地表下垫面特征对区域气候的形成具有重要影响，其相关参数是驱动区域气候模型运行的基础数据。城市下垫面具有复杂性高、空间异质性大的特点，区域气候模型模拟非常必要对其参数进行优化和本地化。目前，欧美地区均已发展出区域尺度的城市多要素数据集，极大促进了该地区城市生态气候模型模拟相关研究的进展。但我国仅有少数核心城市数据集，尚缺乏覆盖全国的城市生态气候模型地表驱动数据集，导致我国相关模型模拟结果存在较大不确定性，且无法支撑大尺度城市生态气候研究的需要。
中国科学院沈阳应用生态研究所生态气候组提出了发展多要素城市数据的新方法，创建了全国高分辨率城市形态学数据集、高精度土地利用和城市冠层参数数据集，进而实现对区域气候模型城市驱动数据集的本地化和优化，提高了区域气候的模拟精度。主要研究成果包括：1）建立提取城市形态学参数的新流程，提出了两步栅格化方法，创建包含多个城市形态学参数的全国100米分辨率数据集，揭示了我国城市形态学特征的空间差异（图1）。新建的城市形态学数据集在街区和城市尺度上均呈现较高精度；城市内部和不同城市间形态学参数空间差异较大。相较于南方城市，北方城市整体上呈现更小的楼高和迎风面积指数，但更大的街区宽度和天空开阔度。2）建立基于城市形态学特征划分城市土地类型的新方法，构建用于驱动城市冠层模型的全国高精度土地利用数据和关键城市冠层参数数据集，促进了城市气候模型在我国的应用（图2）。新方法克服了传统基于土地利用功能划分土地类型导致分类结果与城市冠层特征联系不紧密的缺点，提高了城市气候模拟精度。冠层参数数据集分别针对单层和多层冠层模型进行构建，可满足针对不同生态环境过程模拟研究的需要。
相关研究成果以“ Urban morphology in China: Dataset development and spatial pattern characterization ”和“ Improving the WRF/urban modeling system in China by developing a national urban datase ”为题分别发表在 SCI 期刊《 Sustainable Cities and Society 》 (IF=7.59) 和《 Geoscience Frontier 》 (IF=6.85) 上。李辉东研究员为第一和通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金的资助。
图1. 城市形态学参数计算流程（左）和空间特征（右）
图 2. 全国主要城市冠层参数特征（左）、土地利用分布特征（中）及其对城市气候模拟的改进（右）