北京地区夏季极端降水变化特征及城市化的影响

应用北京地区20站1971—2010年降水记录及城市发展数据,采用百分位方法定义极端降水事件的阈值,分析了北京地区夏季极端降水事件的时空变化特征及城市化的影响。结果表明：(1)北京夏季极端降水阈值及频数存在较强局地性特征,基本沿地形高度分布,极端降水频数多发区与高阈值区不完全对应;(2)近40年极端降水频率及强度均呈现下降趋势,年际及年代际差异显著;(3)城市化发展不同阶段极端降水强度及频数均有不同的分布形态,城市化对城市不同区域极端降水影响不一样,城市化导致城市下风向近郊区极端降水强度、次数均表现为增多趋势;(4)城市对极端降水的影响还与天气过程强度有关,强天气背景下城市对极端降水频数的影响程度高于对降水强度的影响。     

北京地区大气湿度变化及城市化影响分析

应用北京20个常规气象站1976—2015年逐日观测及同期北京城市发展数据,并借鉴一个新的城、郊区代表站点分类方法,分析了北京地区相对湿度的分布、变化特征及其对城市化的响应。结果表明:(1)北京地区相对湿度的空间分布不均匀,城市化发展早期相对湿度的分布主要受地形影响,城市化程度较高的年代城市效应的影响更为明显,(2)近40年来北京地区平均相对湿度呈现下降趋势,线性倾向率为-0.9%·(10 a)~(-1)。城区相对湿度的下降速率比郊区大,城、郊差异主要表现在20世纪90年代以后;(3)近40年来北京城市干岛强度呈上升趋势,线性倾向率为1.3%·(10 a)~(-1),城市干岛效应在季节分布上以冬季为最强,秋、春季次之,夏季较弱。检验表明自1995年以来北京干岛效应呈现出更为明显的增强趋势;(4)北京城市干岛效应与城市化进程有密切联系,其与北京城市化率及城市热岛强度之间具有显著的高相关性,相关系数分别高达0.87和0.86。     

城市化进程对北京地区降水的影响分析

用北京20个基本气象站1978—2009年的日降水观测资料以及北京地区水文总站遍布全市的82个雨量站资料,讨论了北京地区降水分布的特征及其城市效应的影响。得到如下结论：（1）北京地区降水量的贡献以中雨以上降水为主。30多年来各级降水除了中雨趋势不明显以外,其他都呈现减小趋势。北京地区降雨量的减少,主要是由于大雨以上量级雨量减少所造成的。（2）近30 a来整个区域降水日数呈减少趋势：西部、西北部及北部山区降水日数较多,越靠近城区降水日数越少。（3）当大尺度降水系统较弱或者局地性强降水系统时,城市效应明显,即相对于区域平均而言,城区及下风方局地降雨增加;而大尺度天气系统较强时,城市效应基本被掩盖。（4）从强降水分布看,1980s以后随着城市化进城加快,短时强降雨局地性特征明显,降雨分布不均,降雨中心的面积和强度明显缩小。这种分布可以在城市热岛分布特征上得到一些合理的解释。     

南京地区城郊降雨差异特征分析

利用2009—2013年南京市71个加密自动气象站逐时降水观测资料,对南京地区城郊降雨差异的特征进行了分析。结果表明:南京地区城市"雨岛效应"存在明显的季节差异,城市"雨岛效应"集中出现在6—8月,尤其是7月和8月,而南京地区其他季节城郊降雨无明显差异。对于不同量级的降雨,南京地区小雨、中雨和大雨的降雨量城郊差异均不显著;而城市化使南京地区6—8月暴雨和短时强降水的城郊差异较明显,城区暴雨发生频次和强度及短时强降水的发生频次均高于周边郊区,易形成城市洪涝灾害。城市化进程对一般性降雨的城郊差异影响较小,但城市化使城区夏季暴雨和短时强降水等灾害性降水事件明显加强。     

秦岭山区近50 年降水差异及可能局地成因探讨

利用秦岭山区54个气象站50年以上日降水资料,分析了复杂地形下小区域降水变化差异,探讨了可能的局地成因,结果表明:(1)年均降水量总体为南高北低、西高东低,反映出秦岭阻挡作用和山谷东风回流影响;(2)近50年来区域年降水以减为主,9个增加站位于东部,夏季降水以增加为主,减少站集中在秦岭山上和区域西部,降水向夏季集中倾向明显;(3)日雨量小于5 mm的年雨量和雨日数减少趋势明显,雨量≥50 mm的年雨量和雨日数增加趋势明显,即小雨减少大雨增多;(4)降水变化的多个方面及其与海拔高度和经度对应关系的分析结果,反映出气溶胶抑制地形降水以及成冰作用恢复被抑制降水的作用,说明局地成因中气溶胶起了不可忽视作用;(5)地形作用和区域能量平衡也是重要局地成因.     

长沙城市化进程对局地气候的影响

利用1961—2010年湖南省长沙及周边郊县共5个气象站的逐日气温、降水和相对湿度观测数据,在对各气象要素资料序列进行均一性检验和订正的基础上,以郊县站作为背景场,系统地分析了长沙城市化不同阶段对城市气候的影响。结果表明:受城市化的影响,近50年长沙市区地面气温及其上升速率远高于郊县的,城市热岛效应明显,热岛效应对市区年平均气温的增温贡献率达30%,且主要出现在20世纪90年代之后,四季中城市化贡献率的最大值出现在夏季,秋季和春季的次之,冬季的最小。50年来长沙市区和郊县年降水量差值序列呈显著增加趋势,长沙城市雨岛效应较为显著,且主要发生在春季和夏季,城市化带来的雨岛效应加速了长沙降水结构两极分化,使城市内涝发生的概率进一步增大。50年来长沙市区和郊县年平均相对湿度及其差值的变化趋势均不显著,就全年平均而言,长沙的城市干岛效应并不明显,但近20年来干岛效应显著增强;分季节来看,近50年干岛效应主要发生在夏季。     

上海地区城市化速度与降水空间分布变化的关系研究

采用1960-2007年上海地区11个站的逐日降水资料,基于空间标准化相对降水量,研究上海城市化进程不同阶段的降水空间分布变化.结果表明,伴随城郊城市化进程差异的显著加快,上海年降水量的空间差异增大.城市化进程的快速增长期,年降水量和暴雨以上的强降水日数呈现出明显的城市雨岛分布特征;在城市化进程的缓慢增长期,该特征则不...     

基于TRMM PR探测的夏季合肥地区降水特征分析

利用热带测雨卫星TRMM搭载的测雨雷达（PR）1998-2012年的观测资料,研究了合肥地区夏季（6、7、8月）不同类型降水的降水强度和频次的水平空间分布、降水垂直结构、日变化特征以及气候变化等特征,揭示了城市化效应造成城市及其周边区域降水特征在时空上的分布差异。研究结果表明,（1）主城区对流和层云降水强度低于周边区域,对流降水频次也低于周边区域,但层云降水频次则相反。可见城市化发展是改变降水的空间分布的因素之一,且对不同的降水类型空间分布影响不同。（2）主城区降水回波信号高度高于周边区域,而降水强度低于周边区域,表明城市效应促进降水云发展而未造成降水强度增强。（3）合肥地区对流和层云降水的强度和频次日循环存在时空分布不均匀性,其中城区的对流降水强度和频次日循环与城市热岛效应日循环具有一致性。总体来看,城市化对局地降水强度影响较大,而对局地降水频次的总体影响不是很明显。（4）通过降水气候变化分析表明,城区两种类型降水强度和频次均呈逐年下降趋势,周边区域降水强度呈不显著上升趋势,降水频次呈逐年下降趋势,其中层云降水频次下降趋势较显著。城市化进程使得城市及其周边区域降水不均匀性逐年增强。极端降水空间分布特征分析表明,城市周边区域强降水频次高于主城区,尤其在城市的下风区高出主城区75%;而周边区域弱降水发生的频次低于主城区,城市下风区最低,低于主城区约18%。     

北京地区一次引发强降水的中尺度对流系统的组织发展特征及成因探讨

2008年8月10日白天到夜间,北京地区发生了全市性强降水,其中10日下午15:00-18:00经过城区的三个β中尺度对流单体不但产生强的降水(局地达到45 mm/h和12 mm/5 min的雨强),还出现了明显的组织化发展的迹象。利用北京地区多种高时空观测数据(包括地面自动站、多普勒雷达、风廓线、微波辐射计等)和雷达变分同化分析系统(VDRAS)的高分辨率分析场资料,重点分析研究了这三个对流单体组织发展的特征和成因。结果显示:(1)10日下午城区的短时暴雨与大范围降水云系前部(北京城区南部到房山东部)近地面层β中尺度切变线的产生直接相关,该切变线触发了对流,使对流单体组织化发展成为准南北向排列的β中尺度线状对流系统影响了城区;(2)降水发生前2小时左右,北京本站边界层环境风风向由西南向偏东的转变以及城区局地对流有效位能的短时快速积累,是城区对流得以发展的关键局地环境因素;(3)10日下午北京西北部山区的层状降水系统的低层(500 m以下)形成的西北冷性水平出流与北京东南部低层东南暖平流在城南一带汇合形成的风切变是导致对流单体移进北京后组织化和进一步发展的直接原因。因此,在有利的大尺度环流背景下,对于北京大范围降水而言,预报中需特别注意降水云系移动的近前方、边界层环境风风向的变化(即偏东风的出现),因为大范围降水发生后近地面层所形成的水平出流,可能与其前部偏东环境风构成明显风切变而激发对流的产生和组织化。     

上海市近百年来夏季降水时空分布特征及影响因素

依据前人的研究和上海1949-2005年气象资料,研究了上海地区夏季降水特征,结果显示:上海夏季降水在时间分布上具有周期性变化,在1OO多年中有3个多雨湿润期和3个少雨偏干期;在空间分布上,因城市“雨岛“效应影响,城市和郊区差异明显.太阳活动周期对降水存在周期性的影响,ENSO事件对降水多寡有影响.火山爆发使降水出现1～2 a的较短的周期波动.     

城市阻碍效应对局地台风降水的影响

城市阻碍效应是城市化影响降水形成过程的可能物理机制之一,在于其改变了风场、风场辐合,甚至改变了天气系统本身,进而改变了湿度平流,最终影响城市降水的落区、强度。风速越大,城市阻碍效应越明显。现有关于下垫面对台风降水影响研究主要着重分析地形及地表状况对台风降水落区及强度的影响,但对作为下垫面因子之一的城市对台风降水的影响作用考虑明显不够。全面系统回顾国内外有关城市阻碍效应对降水影响研究进展,以及下垫面对台风降水影响研究进展。上海是我国城市化程度最高的城市,同时平均每年受到2～3个台风影响。已有研究关注到了城市阻碍效应对上海局地台风降水影响作用,但是,对于表征台风降水的城市阻碍效应还存在明显不足。最后具体给出了未来有关城市阻碍效应在上海局地台风降水研究中的应用思考。     

城市化与北京地区降水分布变化初探

根据北京地区城市化进展的程度,以1980年为分界点,将1961～1980年划分为城市化慢速期,1981～2000年划分为城市化快速期。利用北京地区14个标准气象站40年的降水量资料,研究了城市化对北京地区降水分布的可能影响。初步的研究结果表明:北京地区冬季降水量分布发生了显著的系统性的变化,即城市化缓慢期北京地区南部为降水较多地区,北部为降水偏少地区;城市化快速期相对降水量的分布则正好相反,南部地区变为降水较少地区,而北部变为降水偏多地区。其他季节,北京地区的相对降水量分布并未发生整体性的显著变化。造成冬季降水分布变化的原因可能是随着城市规模的扩大,北京冬季"城市热岛"和"城市干岛"效应增强进而使云下蒸发过程增强,造成城区及南部地区地面降水量减少。至于夏季降水分布并未发生系统性的变化,还需深入研究。以上结果与国内外的相关研究结论大相径庭。     

上海市近百年来夏季降水时空分布特征及影响因素

依据前人的研究和上海1949-2005年气象资料,研究了上海地区夏季降水特征,结果显示:上海夏季降水在时间分布上具有周期性变化,在100多年中有3个多雨湿润期和3个少雨偏干期;在空间分布上,因城市"雨岛"效应影响,城市和郊区差异明显。太阳活动周期对降水存在周期性的影响,ENSO事件对降水多寡有影响,火山爆发使降水出现1~2 a的较短的周期波动。     

近50年天津地区局地气候变化特征分析

利用天津地区5个台站的降水、云量和大雾等常规地面观测资料,分析了近50年天津地区的气候变化特征。结果表明,天津地区的城市化对局地气候变化的影响日趋明显,人类活动产生的气溶胶浓度的增加已经对云、降水和雾等的气候特征造成了较为显著的影响。表现为：自上个世纪80年代以来,城市化进程比较明显的地区,低云量呈增加的趋势,毛毛雨日数的减少呈减缓的趋势,冬季大雾日数有明显的增加趋势等。而天津地区近50年降水趋势的变化特征,也同时包含了区域大尺度背景条件的影响。     

城市化对咸宁地区风速和相对湿度的影响分析

利用1981—2014年的地面观测资料、NCEP/NCAR再分析资料,根据卫星数据实现城郊站点分类,选取赤壁站作为城市站,崇阳站作为郊区站,分析咸宁地区相对湿度和风的年和季节变化特征,并采用UMR(Urban Minus Rural)方法和OMR(Observation Minus Reanalysis)方法定量解析城市化对咸宁地区相对湿度和风速的影响。结果表明:近34年来城区和郊区的风速分别以-0.18 m·s~(-1)/10a和-0.05 m·s~(-1)/10a的速率逐渐减小,UMR值(城郊距平差)的变化趋势为-0.13 m·s~(-1)/10a,对应的城市化贡献率为75%,城市化对风速的影响在夏季最为明显,其贡献率为100%。近34年来城区和郊区的相对湿度分别以-1.34%/10a和-2.49%/10a的速度减小,且郊区减小的幅度大于城区的,近10年来城区的相对湿度开始大于郊区的,城市化对咸宁地区相对湿度的影响表现为由"干岛效应"向"湿岛效应"的转换,且"湿岛效应"在夏季表现最为明显。利用UMR和OMR方法计算的风速和相对湿度的变化趋势较为一致,但UMR计算结果表明城市化对风速减小及相对湿度增加的影响更为显著,能更好地反映城市化进程对咸宁地区相对湿度和风速的影响。     

祁连山中段大冬树山降水稳定同位素的环境意义

为探讨祁连山中段大冬树山降水稳定同位素的环境意义,依据2014年大冬树山垭口站(4146. 8 m)的145个降水样品以及同期气象数据,对研究区降水稳定同位素特征及降水稳定同位素与各局地气象因子的相关关系进行分析。结果表明:(1)研究时段内大冬树山垭口站降水稳定同位素年际波动大,季节变化明显,表现为夏、秋季高,冬、春季低的特征;(2)所有次降水事件中δ18O温度效应显著,温度每升高1℃,δ18O增加0. 62‰,而降水量效应不明显,仅在夏季降水事件中δ18O存在微弱的降水量效应,表明研究区温度是降水稳定同位素演化的主要因素;(3)研究区δ18O和d-excess与平均气压都呈显著正相关,表明云下二次蒸发对降水稳定同位素的影响显著。研究结果有助于进一步了解祁连山内陆河流域同位素水文过程。     

海风与热岛耦合对上海强对流天气影响的数值模拟

使用新一代区域中尺度数值天气模式WRF并耦合多层次城市冠层模式(BEP+BEM),采用NCEP GFS 0.25°×0.25°全球模式3 h预报为初始场和边界条件,对2013年9月13日发生在上海地区的午后强对流天气过程进行数值模拟。通过对比耦合了城市冠层模块的试验(Ctrl)和替换城市为农田的试验(Crop),探究城市效应对本次降水过程造成影响的机理。通过分析发现:(1)此次降水主要受天气系统支配,但城市的存在对局地的降水过程有重要的调节作用;(2)城市热岛使得城市地区温度升高,气压降低,有力地增强了海风以及城市地区的上升气流,最终影响局地的降水分布和降水强度;(3)城市热岛效应能够使降水较早的发生,并且降水落区更为集中。     

城市化进程对重庆都市圈降水空间分布的影响

利用重庆17站逐日气象观测资料、重庆统计数据,采用降水量空间标准化方法,研究了城市化进程不同阶段对重庆都市圈降水空间分布的影响.结果表明;重庆城市化进程能够以1997年为界限被划分为城市化缓慢发展阶段和快速发展阶段,都市圈年降水量变化的空间差异与城市化进程的速度有关.比较两个阶段的差值,发现随着城市化进程的加快,核心都市圈年降水量、降水强度、中雨和暴雨日数都有所增加,呈明显的“城市雨岛”特征.从季节差异来看,夏季降水以主城区及其北侧郊区降水增加,冬季降水以主城区及其南侧郊区增加为主,可能是因为城乡温度梯度与环境风场相互作用,导致不同季节降水分布的区域差异,使得主城区及其下风方向降水增加,且以下风区增加最为显著.     

城市化对北京一次极端降水过程影响的数值分析

通过敏感性试验探讨了城市化对北京2011年6月23日局地极端降水事件的影响.结果表明耦合了城市冠层模式的WRF系统能较好地模拟出强降水的局地性和突发性特征,考虑了精细下垫面分类的敏感性试验模拟降水更接近实况;下垫面城市化对地表能量平衡影响明显,对大气的热量影响除加强地表对边界层大气向上感热输送外,还会减少局地地表蒸发及大气水分供应,增加边界层高度,并对移经本地的天气系统强度及水汽输送产生较明显的影响.     

环北京地区空气污染指数与降水的周循环特征及其影响机制分析

部分气象要素在某些地区表现出明显的周循环特征,其位相和尺度因时因地而异.利用1980～2009年环北京地区地面常规观测气象要素资料、空气污染指数资料(简称API)及NCEP/DOE再分析资料,本文分析了环北京地区API、降水及多种气象要素的周变化特征,并对气溶胶影响降水的可能机制做了初步证明.分析表明:API表现出明显...