3.1.1 對溫度的影響
城市化導(dǎo)致熱島效應(yīng)對局部地區(qū)升溫作用顯著。大量研究表明，城市地區(qū)經(jīng)歷了比非城市地區(qū)更強(qiáng)烈的變暖趨勢[55]。即使在人口不足1萬的小城鎮(zhèn)也能檢測到熱島效應(yīng)[7]。研究表明，城市熱島的局部升溫作用與城市建筑幾何形狀、土地覆蓋、不透水表面、人為熱、植被和水覆蓋面積減少等相關(guān)[6, 56-57]。土地城市化導(dǎo)致城市地表反照率降低，粗糙度提高，使得城市在白天吸收更多短波輻射。這些吸收熱量在夜晚逐漸釋放，導(dǎo)致悶熱夜晚的發(fā)生[58]。在太陽輻射較強(qiáng)情況下，城市化會誘發(fā)極端熱浪天氣的發(fā)生[8]。不合理的城市布局可能阻礙城鎮(zhèn)空氣流動，導(dǎo)致熱量疏散減慢[59]。城市人口規(guī)模擴(kuò)大導(dǎo)致從交通出行、住宅能耗、人體新陳代謝等各種來源產(chǎn)生的人為熱增加，導(dǎo)致地表能量盈余[60]。
3.1.2 對降水的影響
城市化導(dǎo)致降水空間分布的局部改變，尤其是增加了城市下風(fēng)區(qū)降水。Li等通過對北京城市化進(jìn)程中氣候變化趨勢分析，發(fā)現(xiàn)自20世紀(jì)70年代以來北京降水較多區(qū)域從城西轉(zhuǎn)到東北部[10]。大量研究發(fā)現(xiàn)，城市化導(dǎo)致城市下風(fēng)區(qū)降水增加[11]。Huff等檢測圣路易斯、芝加哥、休斯頓、華盛頓等8座城市地區(qū)降水變化，發(fā)現(xiàn)其夏季降水最大值增加7%~19%，且主要發(fā)生在中心城區(qū)下風(fēng)處16~56 km位置[12]。城市表面粗糙度的增加，有利于上升氣流的大氣輻合作用增強(qiáng)，促進(jìn)降水[61]。而大量不透水地表，降低城市蒸發(fā)量，抑制降水。同時，工業(yè)排放增加氣溶膠負(fù)荷，使大氣穩(wěn)定性提升，從而減少降水[8]。
3.1.3 對極端天氣的影響
城市化導(dǎo)致了高溫?zé)崂?、暴雨、冰雹等極端天氣和強(qiáng)對流天氣明顯增多、增強(qiáng)[13]。Huff等發(fā)現(xiàn)城市化導(dǎo)致美國中西部圣路易斯及周圍地區(qū)暴雨最大值增加13%~47%，冰雹最大值增加90%~350%[12]。Kong等利用1961—2010年6—8月中國544個氣象站點(diǎn)的日降水?dāng)?shù)據(jù)，得出中國城市化使得全國范圍內(nèi)極端降水閾值提升1.68%[14]。同時，由于大量不透水地表，使得地表徑流時間縮短，徑流峰值大于排水系統(tǒng)閾值，導(dǎo)致城市內(nèi)澇甚至洪水等事件頻發(fā)。由于人地關(guān)系緊張，不少河流三角洲地區(qū)的城市占用大面積洪澇緩沖區(qū)甚至湖泊、河道，使得城市在相同降水條件下遭受到更大的洪澇災(zāi)害[62]。地表徑流短時間內(nèi)將大量污染物帶入河流或下滲進(jìn)入地下水系統(tǒng)，導(dǎo)致水質(zhì)惡化與水中溶解氧濃度降低[63]。研究估計(jì)，自20世紀(jì)50年代以來，溫室氣體排放和快速城市化帶來
的城市熱島增強(qiáng)等人為因素導(dǎo)致華東地區(qū)夏季極端高溫事件頻率增加60倍以上[64]。Wang等研究發(fā)現(xiàn)城市化使得京津冀地區(qū)熱浪的平均溫度提升約0.6 ℃[65]。
3.1.4 對局地—區(qū)域—全球多尺度氣候變化影響
城市化不僅能引起局地和區(qū)域氣候變化（城市熱島、極端天氣等），其排放的溫室氣體及大氣污染物通過大氣環(huán)流影響全球氣候變化[15, 57]。自18世紀(jì)50年以來，盡管城市僅占地表面積0.4%~0.9%，卻承擔(dān)了世界上3/4能量消耗和溫室氣體排放，是全球氣候變暖的重要原因。城市化進(jìn)程中化石燃料燃燒以及汽車尾氣排放導(dǎo)致大氣氮氧化物濃度超高。Chase等模擬得出，區(qū)域內(nèi)土地利用變化并不局限于當(dāng)?shù)?，可能引起全球氣候連鎖反應(yīng)[66]。城市化可以直接引起局地/區(qū)域氣候變化，也能通過影響全球氣候間接作用于局地/區(qū)域氣候變化，產(chǎn)生尺度疊加效應(yīng)（圖3）。
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