Urbanization-associated summer warming and temperature– moisture changes in the Beijing–Tianjin–Hebei region

城市上空的空气很少与周围乡村上空的空气相同。这种差异源于城市是由吸收并储存热量的材料建造而成的，而自然景观则通过植物和土壤进行呼吸。当阳光直射时，城市往往会捕捉这些能量，从而加热其上方的空气。但热量只是故事的一半。大气还携带水分，即在湿润表面蒸发时会冷却空气的看不见的水蒸气。在世界许多地方，城市升温的方式与有多少水分可用于冷却它紧密相关。如果地面是干燥的，热量除了进入空气之外别无去处，这会让白天的感觉更加炎热。如果地面是湿润的，蒸发就像是一个天然的空调。了解热量和水这两股力量如何随着城市的发展而相互作用至关重要，因为这不仅决定了一个夏日会有多热，还决定了整个局部气候在数十年间如何转变。

研究人员早已知道，城市随着扩张会变得更加温暖，这种现象通常被称为城市热岛效应。然而，一项针对中国北方京津冀地区的最新研究表明，这种变暖并不是一个简单的、均匀的毯子。相反，城市升温的方式以及空气保持水分的方式正以复杂且有时相互矛盾的方式发生变化。由国防科技大学科学家领导的研究小组查看了1981年至2025年的夏季天气数据。他们将温度和湿度的记录与显示每个区域有多少地面被建筑和铺设道路覆盖的详细地图相结合。通过追踪这四十五年来的这些变化，他们旨在观察城市化强度是否直接决定了夏季气候的响应方式，特别是在一个水源通常匮乏的地区。

研究发现，整个地区在夏季月份确实变得显著变暖了。一天中最热的时段和最凉爽的时段温度都上升了。然而，白天的热度比夜晚的温暖上升得更快。这种模式表明，该地区的表面在白天保留了更多的热量。当研究人员观察这种变暖与建成区面积之间的关系时，一幅清晰的图景浮现了出来。建筑和混凝土浓度最高的区域经历了最剧烈的白天气温上升。土地被人类结构覆盖得越多，夏季白天的温度就变得越高。这种联系强而有力且具有一致性，表明景观的物理转型是白天热量的主要驱动力。

然而，关于夜晚的故事则略有不同。虽然在开发程度最高的地区，夜晚也变得更暖和了，但建筑量与夜间温度上升之间的联系并不像白天那样紧密。更令人惊讶的是，白天的最高温与夜晚的最低温之间的差异——即日温差——并没有表现出与城市扩张程度的明确关系。这意味着城市化并不简单地以一种可预测的方式让白天变热或让夜晚变冷，反之亦然。相反，昼夜都在共同变暖，这是由土地的底层变化所驱动的，但白天的热量对城市密度的反应更为剧烈。

或许最令人启发的发现涉及空气中的水分。研究人员测量了露点温度，这是一个告诉我们大气中实际存在多少水蒸气的数值。较高的露点意味着空气更潮湿，这虽然可能让热量感觉更压抑，但也允许通过蒸发进行更多冷却。数据显示，尽管该地区的空气在过去几十年里总体变得更加潮湿，但这种增加并不均匀。在建筑和铺设路面最多的区域，大气水分的增长实际上比开发程度较低的区域要弱。换句话说，那些变得最热的地方，其湿度带来的冷却能力也增加得最少。

这为该地区城市化程度最高的局部创造了一个独特的气候特征。随着城市的扩张，它用无法保持水分的硬质表面取代了土壤和植被。由于缺乏能向空气中释放水分的植物，当地的大气相对于周围的乡村变得更加干燥。即使整个地区变得稍微潮湿，这种水分的缺乏意味着没有足够的蒸发来在白天冷却表面，从而导致温度攀升得更高。研究表明，在中国的这一特定部分，由于水资源已经有限，城市化的过程不仅仅是捕捉热量；它还积极地改变了局部的水循环，减少了原本可以调节夏季热量的自然冷却机制。

这些发现挑战了认为城市变暖是一个单一、简单信号的观点。相反，气候响应在很大程度上取决于当地的水分可用性。在像京津冀这样夏季空气通常干燥的地区，通过城市发展移除自然表面会产生一个反馈循环。城市之所以变得更热，是因为它无法通过蒸发实现自我冷却，并且由于其上方的空气没有获得平衡热量所需的水分，所以它会持续保持高温。研究人员指出，虽然他们已经清楚地确定了这些建成环境与气候之间的统计学联系，但土壤和低层大气中发生的精确物理过程仍需进一步研究。然而显而易见的是，随着城市在水分敏感地区的发展，它们不仅仅是在升温；它们正在从根本上改变热量与水之间的关系，创造出一个比原先土地更热、更干燥的夏季气候。