Deciphering the sensitivity of urban canopy air temperature to anthropogenic heat flux with a forcing-feedback framework

Abstract

Abstract The sensitivity of urban canopy air temperature ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>T</mml:mi> <mml:mi>a</mml:mi> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> ) to anthropogenic heat flux ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>Q</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>A</mml:mi> <mml:mi>H</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> ) is known to vary with space and time, but the key factors controlling such spatiotemporal variabilities remain elusive. To quantify the contributions of different physical processes to the magnitude and variability of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>T</mml:mi> <mml:mi>a</mml:mi> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>Q</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>A</mml:mi> <mml:mi>H</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> (where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi> </mml:math> represents a change), we develop a forcing-feedback framework based on the energy budget of air within the urban canopy layer and apply it to diagnosing <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>T</mml:mi> <mml:mi>a</mml:mi> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>Q</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>A</mml:mi> <mml:mi>H</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> simulated by the Community Land Model Urban over the contiguous United States (CONUS). In summer, the median <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>T</mml:mi> <mml:mi>a</mml:mi> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>Q</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>A</mml:mi> <mml:mi>H</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> is around 0.01 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mtext>K </mml:mtext> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mfenced close=")" open="("> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext>W </mml:mtext> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mtext>m</mml:mtext> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mtext>2</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> over the CONUS. Besides the direct effect of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>Q</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>A</mml:mi> <mml:mi>H</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> on <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>T</mml:mi> <mml:mi>a</mml:mi> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> , there are important feedbacks through changes in the surface temperature, the atmosphere–canopy air heat conductance ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>c</mml:mi> <mml:mi>a</mml:mi> </mml:msub>

Topics & Concepts