人为气溶胶对地形云降水的影响:以黄山地区为例

选取黄山站为高山站,周围黄山区、绩溪、黄山市三个低海拔高度站为对比站,比较高山站与对比站1960—2009年降水量差值,即地形影响因子R0的变化趋势,以及同期能见度的变化,分析了人为气溶胶对黄山地形云降水的可能影响。结果表明,1960—1979年能见度下降,气溶胶含量增大,R0升高;1980—1989年,能见度升高,气溶胶含量有下降趋势,不同对比站R0变化趋势不同;1990—2009年,能见度下降,气溶胶含量升高,R0显著下降。气溶胶对降水的影响作用与背景气溶胶浓度有关,背景气溶胶浓度较低时,增加气溶胶浓度可促进降水;背景气溶胶浓度较高时,增加气溶胶含量对降水抑制作用显著,对应的能见度阈值为10km。当气溶胶对降水起抑制作用时,抑制作用与风速成反比,与风频和各风向平均降水量呈显著正相关。     

城市化对广州降水的影响分析

利用1959—2009年逐日降水观测数据,分析了广州51 a来降水的变化规律。发现城郊增城年总降水量变化趋势不明显,但大暴雨降水日数有所增加;广州年降水总量总体呈波动变化,1991年以来有微弱的增加趋势,增率为105 mm/a。而从降水等级日数和降水负荷上分析发现,1982年以来,广州年降水日数有下降的趋势,减少率为72 d/10a;而1991年以来,广州大雨以上等级降水日数和降水负荷均有明显的上升趋势,其中大雨降水日数增长率为28 d/10a,暴雨降水负荷增长率为24%/10a;城市化造成了广州大雨、暴雨和大暴雨等年强降水日数增加,相比1960—1979年,分别增加了6%、11%和23%;相对于城市化之前,从1991年开始,城市化过程使得广州降水量增加的趋势明显,城市化对广州城市降水增加的贡献率为447％。     

长株潭城市化进程中极端降水变化特征

利用长沙、株洲、湘潭城市群9个气象站1961—2012年降水资料,采用百分位法确定城市群各站春、夏、秋、冬四季极端强降水阈值,分析城市化缓慢发展期与快速发展期城市群四季极端降水变化特征。结果表明:(1)各站极端降水阈值、日数与强度无明显的地域差异,影响城市群各站极端降水的天气气候系统基本一致。(2)相对于城市化缓慢发展期,快速发展期偏北区域站点春、夏季极端降水日数减少,而偏南区域站点则增加;前后两个时期,春、秋、冬季极端降水强度变化各站较为一致,但夏季南北区域其变化存在明显差异。(3)从城市化缓慢发展期到快速发展期,城市群夏季极端降水距平分布发生明显变化,即北部夏季极端降水由正距平转为负距平,而南部则由负距平转为正距平。     

长江三角洲城市群对夏季日降水特征

利用耦合了单层城市冠层模型UCM的中尺度模式WRF,探讨了长江三角洲地区城市化对夏季日降水特征的影响。结果表明,WRF模式能较好地再现长三角地区2003—2007年夏季降水的空间分布, 比较成功地模拟出了降水中心的位置及强度。城市化使得长三角地区夏季降水日数减少了1～5 d,这种降水日数的减少主要是由于城市化使小雨日数减少引起。城市化增强了长三角大部分地区的日降水强度。进一步对长三角地区4个典型城市群宁镇扬、苏锡常、上海和杭州湾城市群进行了夏季降水日变化分析,得出城市化对降水日变化的影响存在一定的区域差异。对于长三角整个大城市群,城市化对降水量、降水强度日峰值出现时刻以及降水强度日峰值大小无明显影响,而使得降水量日峰值减少。城市化使得苏锡常地区降水量日峰值略有增加,宁镇扬和上海地区降水量日峰值都减小,而杭州湾城市群区降水量日峰值出现时刻延后。城市化使得4个典型城市群降水强度日变化曲线形态发生改变,使得上海地区降水强度日峰值出现时刻延后,使得杭州湾城市群区夜雨增强。     

长江三角洲城市群对夏季日降水特征影响的模拟研究

利用耦合了单层城市冠层模型UCM的中尺度模式WRF,探讨了长江三角洲地区城市化对夏季日降水特征的影响。结果表明,WRF模式能较好地再现长三角地区2003—2007年夏季降水的空间分布,比较成功地模拟出了降水中心的位置及强度。城市化使得长三角地区夏季降水日数减少了1～5 d,这种降水日数的减少主要是由于城市化使小雨日数减少引起。城市化增强了长三角大部分地区的日降水强度。进一步对长三角地区4个典型城市群宁镇扬、苏锡常、上海和杭州湾城市群进行了夏季降水日变化分析,得出城市化对降水日变化的影响存在一定的区域差异。对于长三角整个大城市群,城市化对降水量、降水强度日峰值出现时刻以及降水强度日峰值大小无明显影响,而使得降水量日峰值减少。城市化使得苏锡常地区降水量日峰值略有增加,宁镇扬和上海地区降水量日峰值都减小,而杭州湾城市群区降水量日峰值出现时刻延后。城市化使得4个典型城市群降水强度日变化曲线形态发生改变,使得上海地区降水强度日峰值出现时刻延后,使得杭州湾城市群区夜雨增强。     

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.     

基于卫星探测资料的珠江三角洲城市群对降水影响的观测研究

利用卫星观测TRMM降水以及QuikSCAT风场资料, 对珠江三角洲地区及临近区域降水的分布特征进行了探讨, 结果表明: (1) 同一纬度相比, 珠江三角洲城市群所处的区域降水明显多于其周边地区, 表明了城市化可能会使所处区域的降水增加; (2) 珠江三角洲城市群所处区域降水的增加存在明显的季节变化特征, 在前汛期城市所处区域的降水增多较其它季节明显; (3) 珠江三角洲城市化对降水的影响与风场的分布密切关联, 降水增多的区域通常位于城市群所在之处及其下风方向的邻近地区; (4) 珠江三角洲城市化使城市群所处区域的降水时次减少, 而降水强度则加强; (5) 珠江三角洲城市群的天气、 气候效应只对对流性降水产生影响, 而层状降水的分布则与城市群的位置没有明显关联。     

城市分类对中国城市化影响评估的不确定性分析

采用美国国防气象卫星计划的夜间灯光数据DMSP/OLS、MODIS土地覆盖数据、人口数据进行城、乡气象站点的划分,探讨了三种不同划分方法对城市化不确定性的影响,并根据三种方法认定的城、乡站点,使用均一化订正的地面观测气温数据,分析了1961—2004年我国不同区域和12个城市群的城市热岛效应(Urban Heat Island effect,UHI effect)对气温变化的影响。结果表明:东南、西南和东北地区城市化影响研究的不确定性主要体现在UHI effect的数值大小上,而西北地区的不确定性则多体现在变化趋势的方向上;用三种方法同时认定的城、乡站点对比表明,中国东南地区城市化对区域气温增暖的贡献较强,西北地区较弱,东北和西南地区则无明显一致的影响;城市化对季节平均温度的影响存在南北差异,春、秋季在南方的影响显著,冬、春季在北方的影响显著。     

近49a中国30°N带不同地形下大城市与其郊区的降水特征

基于1969—2017年全国站点逐日降水资料、地形高度资料以及2017年全国常住人口数据,采用概率密度函数PDF法、最小二乘法、Mann-Kendall法和累积距平法等多种统计分析方法,结合中国地形多样性,从降水量的PDF特征、变化趋势和极端降水特征三个方面,分析了近49 a中国30°N带不同地形下大城市与其郊区的降水特征,结果表明:(1)中国30°N带降水的区域性和极端性明显,其中长江入海口代表站的年降水量PDF曲线最接近正态分布;极端降水阈值和极端降水强度基本为自西向东增加,且与地形高度呈反比关系;对于暴雨及以上等级的降水,代表站降水概率小但降水占比大。(2)降水的城市化效应明显,表现为代表站的日、月、季、年降水量PDF曲线普遍存在城郊差异,且日和年尺度的差异较月和季的尺度差异更明显;大城市代表站相对于其郊区代表站,前者年降水量普遍增加得快,且最小值大于后者;前者极端降水阈值、极端降水强度和年最大日降水量最大值普遍大于后者,且发生中雨及以上等级强降水的概率和占比较后者大。(3)代表站降水存在明显的年际变化和季节变化,存在一定的周变化;年降水量的突变时间集中发生在1980s中、后期以及1990s至2000s初;降水量的季节变化特征为夏季最多、冬季最少,其中江汉平原、长江中下游、长江入海口地形下夏季降水的城市化效应明显;大部分地形下工作日降水的城市化效应较休息日明显。     

华北地区降水、蒸发和降水蒸发差的时空变化特征

利用华北地区1951~2000年80个观测台站的降水、气温的逐日观测资料分析京津唐地区、华北西部、华北中南部和胶东半岛地区降水、蒸发和降水蒸发差在1951~1965年、1966~1976年和1977~2000年3个时期年代际变化特征。京津唐地区和华北西部地区夏季降水和降水蒸发差从1977年开始减少得比较明显;而胶东地区和华北中南部地区从1965年开始减少,1977年之后减少的更加严重,但4个区域5、6月的降水和降水蒸发差却出现明显的增加。分析还指出,胶东地区和京津唐地区可利用水资源量减少最多。另外还利用欧洲中心(ECMWF)1958~2000年的700 hPa风场资料分析了华北地区夏季降水异常的可能成因,分析结果表明:东亚夏季风在1977年之后明显减弱,造成我国华北地区夏季降水偏少。     

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...     

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。     

北京地区降水空间分布及城市效应分析

利用1971-2010年北京地区20个测站降水资料和城市发展数据,分析了北京地区降水的大尺度变化趋势及局地降水的城市效应特征。结果表明:(1)北京地区年降水量具有大尺度变化特征,其线性倾向率为-9.12 mm·(10a)-1;(2)城市化缓慢期城市对降水影响不明显,而快速发展期则表现出明显的雨岛效应,城市化不仅使雨岛增强,还对城市下风向降水有一定影响;(3)受盛行风及热岛环流的共同影响,北京地区不同季节局地降水表现出不同的分布形态;(4)城市化过程对城区局地强降水日数存在增加效应。     

近60年来藏东南降水变化及其对土壤温度与冻融过程的影响

利用1960—2019年藏东南地区9个气象站的降水、土壤温度、土壤冻结深度、积雪深度等观测资料,分析了藏东南地区近60年来降水的年际、季节以及月变化特征,讨论了降水变化与土壤温度、土壤冻融变化的关系。结果表明：藏东南降水分布以念青唐古拉山为界,南部降水较多北部降水较少。从变化趋势来看,近60年来该地区降水量总体呈先下降后上升再下降的变化趋势,转折点发生在1980年和2000年前后;1980—2019年近40年降水空间上主要表现为北部增多南部减少;而2000—2019年近20年降水呈明显的减少趋势。季节降水分配上,多数站点以夏季占主导,部分站点（察隅、波密）春、夏、秋三季降水均较多;而变化上表现为夏季降水减少而其他季节增多,与印度季风减弱对应降水减少相一致;其中6月显著减少,3、4月显著增多。土壤温度和冻融期变化对气温变化响应非常敏感,降水变化也起到重要作用。在冻融期降水作为热源起升温作用,加速冻土融化,减缓冻土冻结;非冻融期降水作为冷源起降温作用,降低土壤温度。在12、1月降水为降雪,增大地表反照率使土壤温度降低。空间上,在冻融期较长、冻结深度较深的地区,降水降温机制和升温机制均比较明...     

华北地区小时极端降水的非稳态研究

本文以华北五省为研究区，基于1960—2014年小时降水数据建立1、2、3、6、12和24 h极端降水序列，对比分析稳态和非稳态假设下极端降水重现期估计的差异。研究表明：1960―2014年华北不同时间极端降水的变化趋势略有不同，时间越短呈上升趋势的站点越多，1~3 h的极端降水呈上升趋势的站点较多，稳态和非稳态假设下的20~100 a一遇重现期平均差异较大，其中，1 h极端降水的显著上升站点中，二者的平均相对误差达30%~43%；而6~24 h极端降水中，呈下降趋势的站点增多，其中，24 h极端降水显著下降站点中，二者的平均相对误差达-43%~-32%；无显著趋势站点，二者的平均相对误差大部分介于-10%~10%。随着重现期增大，二者差异的不确定性区间增大，不同变化趋势站点表现一致。研究发现，华北地区短历时极端降水强度增加，稳态假设下极端降水的重现期会严重低估。因此，选用非稳态假设估计极端降水的重现期，将降低极端降水的灾害风险。     

长江三角洲城市群对夏季降水影响机制的模拟研究

利用耦合了单层城市冠层模型UCM的中尺度模式WRF,对长江三角洲城市群夏季城市化效应进行了5 a(2003—2007年)高分辨数值模拟,并作了长江三角洲地区有无城市的对比试验。结果表明,城市化使得长三角城市群及其邻近地区,夏季近地层水汽混合比呈明显减少趋势,而850~700 h Pa层的水汽混合比有所增大。通过对比有与无城市各等级降水日所对应的2 m水汽混合比,得出小雨降水日对应的2 m水汽混合比差异与总降水日对应的差异最为接近。通过分析环流场、散度场和垂直速度场发现,水汽混合比的垂直变化是由于城市群的存在使得近地层辐合、850~700 h Pa层辐散的配置增强,以及在城市群上空增强了的垂直上升运动,从而增强城区对流活动,水汽的垂直输送也更为活跃,由此可能导致对流性降水的增加。     

近45a长江中下游地区夏季降水的区域特征

利用旋转经验正交函数(Rotated Empirical Orthogonal Function,REOF)展开方法,分析了长江中下游地区六省一市1960—2004年78站夏季(6—8月)降水场,并将降水场分为5个主要区域,在此基础上揭示了长江中下游5个区域夏季降水的时间演变特征。5个区域夏季降水序列的Mann-Kendall突变检验表明,各区代表站中只有衢州和南通发生了突变,且突变时间不同;5个区域夏季降水长期变化呈现增加趋势,Ⅰ区和Ⅴ区表现出较强的增加趋势,Ⅲ区次之,Ⅱ区和Ⅳ区较弱;5个区域夏季降水的周期振荡差异明显。     

我国降水和气温的分级概率时空分布特征

采用全国160站1951—2009年月降水和气温资料,分析了短期气候预测业务评分办法中六级要素概率时空分布特征,并以1月、7月为代表获得了不同地区、不同级别降水和气温异常发生频率。结果表明:降水和气温的六级异常分布存在显著空间不均匀性和年代际变化特征,1980—2009年,北方降水在1月出现特少、特多等级和7月出现特少、偏少等级的概率较大,南方降水出现6个等级的概率基本相同;全国气温在1月和7月出现正常略低、正常略高和偏高等级的概率较大。1980—2009年与1951—1979年相比,全国1月降水为特多、偏多等级和7月降水为偏少等级的站数明显增加,全国1月气温为正常略高、偏高和特高等级的站数明显增加,呈明显的年代际变化特征。     

东莞1957—2011年降水和灰霾的长期变化趋势

利用东莞1957—2011年降水、能见度、相对湿度等地面观测资料,分析了东莞降水和灰霾的长期变化趋势,并探讨了气溶胶对降水长期变化趋势的影响。结果显示:东莞的降水量和不同等级降水日数均呈现明显的年际变化特征;年降水量在1990年后呈增加趋势,2007年开始呈逐渐下降趋势;痕量、微量和小雨降水日从1980年代中期后呈缓慢下降趋势,大雨、暴雨和大暴雨日数则没有明显的变化趋势;东莞的灰霾变化历经3个阶段,分别是1980年—1980年代中期、1990年代初—2000年和2000—2011年。气溶胶浓度的不断增加使降水日数减少,但对强降水的降水频率和降水强度有促进作用。      

北京地区夏季降水与气温的对应关系

随着全球气候的持续变暖,各种高影响天气气候事件的发生频率和强度均有明显增强。由于大气热力条件与降水的变化有着密切的联系,开展降水与气温对应关系的研究具有重要的科学意义。本文应用北京地区20个气象站1978—2012年夏季逐日降水及气温资料,分析了不同量级降水与气温的对应关系及城、郊区间的差异。结果表明:(1)北京地区降水量随气温的升高有一个先升后降的过程。中雨及以上量级的降水,当气温达到临界值后雨量保持平稳,随气温变化不明显。而当气温进一步上升到一定程度后,降水量开始随气温升高而迅速减弱。越是强度大的降水,其在达到峰值前随气温的增速越接近Clausius-Clapeyron变率。(2)降水频率、强度随气温变化的临界值各不相同。当气温超过临界值后,降水频率及强度均开始减弱。(3)城、郊区间不同量级的降水随气温具有相似的变化趋势,但到达临界值前城区降水随气温的增速比郊区更大,表明城区降水对气温的敏感性比郊区更强。鉴于城市化对区域气候的主要影响是导致热岛效应的增强,这将有助于我们从另一个角度探讨城市化效应对降水的影响机制。