城市扩张-北京城面积十年翻两番

2015.7.9 科学网

    一项新的研究发现，通过观察基础设施变化可以用来量化城市化的程度。研究人员使用该技术对北京的城市扩张进行了研究，发现其面积在2000至2009十年间翻了两番。

      由斯坦福大学的Mark Jacobson和美国航空航天局喷气推进实验室的Son Nghiem领导的研究小组，使用了来自美国宇航局Quikscat的卫星数据，对基础设施变化（如新建筑物和道路）数据进行了研究。然后，他们利用Jacobson开发的气候和空气质量计算机模型，量化出城市化对北京风速和污染的影响情况。

      新的基础设施——建筑物和道路本身，不包括由新城区居民和他们的车辆排放的额外污染——让北京周边的旧区受到了连锁影响。影响包括：提高冬季温度大约3至4摄氏度（5-7华氏度），降低风速约1至3米每秒（2-7英里），使城市污染无法排出。

   “建筑物阻隔了空气流通，使摩擦力增加、风速减慢,” Jacobson解释说，“建筑物覆盖了土壤，使蒸发这一吸热过程放缓，导致了温度的上升”。道路和房屋比土壤和植被在白天温度更高，因为它们不吸水。热量的增加和空气的凝滞会造成许多后果，例如地表臭氧量增加。

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美国宇航局的Quikscat卫星数据显示了2000至2009年间，北京基础设施的变化情况。黑色和灰色的地方指的是建筑物，在城市商业中心的最高最宏伟的建筑则由浅灰色表示。其它颜色显示的是尚未被城市化的区域（例如土地开垦或砍树）的变化，颜色的变化表明变化程度：蓝绿色表示轻微变化，橙黄色的表示中度变化，红色的表示巨大变化。

   北京官方公布的城市范围比康涅狄格州还大，但康州大部分区域是未开发的，并可能在未来也保持这种状态——如自然保护区和原生态山脉。而中国首都北京不是世界上唯一一个官方报道的城市面积和实际面积不符的城市。“城区边界的法律定义和行政定义有很多”,Nghiem指出，“但想要了解基础设施变化是如何影响环境的，则不能使用这些定义。重要的是研究建筑物的变化。”

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     其它卫星，如1972年开始使用的Lansat卫星，在芬兰语国家极地轨道卫星上使用的可见红外成像辐射仪，也时刻记录着世界各国的城市扩张进程。这些大多都提供了可靠的证据，如以城市灯光或植被变化作为城市扩张的依据。然而，这些措施也有局限性。例如，晚上城市街区没有路灯，这样就难以区分哪里是郊区，哪里是农村。Nghiem的技术可以使现有的测量方法得到补充。

     Nghiem采用先进的数据处理技术，使用从美国宇航局的QuikSCAT卫星雷达上得到的数据，这颗卫星是在1999到2009年间由喷气推进实验室投入运行的。像所有的雷达一样，QuikScat卫星向地球发送脉冲并记录反弹波长，称为反向散射。Nghiem的技术利用的是建筑物比土壤或植被有更强的反向散射，建筑物越高越宏伟散射越强等特点。他的数据处理方法将QuikSCAT卫星图像的“焦点”像素大小从约25公里（15英里）提高到1公里（0.6英里），这样，研究人员就能够同时观察几个城市街区范围内的细节。

     Nghiem强调该项研究仅设置了城市化对当地天气和污染影响的下限。“即便一个城市没有任何污染源，没有一辆汽车，这些负面影响仍然会存在。”

    该研究发表在AGU美国地球物理学会期刊Journal of Geophysical Research: Atmospheres上，点击查看原文： Ring of impact from the mega-urbanization of Beijing between 2000 and 2009

    本篇文章英文原文：http://blogs.agu.org/geospace/2015/06/29/beijing-quadrupled-in-size-in-a-decade-new-study-finds/

    关注更多美国宇航局地球科学活动，请访问：http://www.nasa.gov/earth