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Urbanization-induced Earth’s surface energy alteration and warming: A global spatiotemporal analysis

Urbanization effects,Surface energy balance,Surface warming,Space-for-time substitution,Future prediction

城市作为驱动者和第一响应者，在塑造全球气候变化方面的重要性正与日俱增。然而，当前对全球尺度城市化影响地表能量平衡（SEB）方面认知仍存在很大不确定性。因此，本文利用逐年动态不透水表面地图和卫星遥感测量的表面能量通量、地表温度（LST），结合空间替代时间法（空间）与时间序列分析法（时间），对城市化导致地表能量改变进行了全球时空分析。通过空间替代时间法量化估算，2003-2018年间全球城市化驱动平均地温增温达0.054 ℃（95% CI， -0.009 ~ 0.214 ℃）（该结果具有时间稳定性），夏季白天尤为明显（0.122℃， -0.038 ~ 0.495 ℃），这主要归因于局地潜热冷却下降、长波散热增大以及人为热量排放。城市化时间效应量化结果显示与空间梯度方法较为一致，这表明可以采用空间替代时间分析策略去理解和预估未来城市化对SEB与温度的影响（即城市地区是全球气候变化的“预兆”）。通过进一步预估，本世纪前35年平均LST增加幅度将比1985-2018年高出近一倍，特别是在全球变暖背景下，城市化对SEB扰动体现在干旱、暖温带气候的国家或地区将更为强烈。这项研究所提供科学基础研究有助于为IPCC城市与气候变化特别报告提供相关信息，并强调当前迫切需要结合SEB归因与气候背景制定具有针对性的减缓和适应战略，以应对快速变暖趋势。