北京不同区域表面气温的变化特征以及北京市观象台气温的代表性

利用北京地区14个观测站1990～2007年逐日和2004～2007年逐时的2 m气温观测资料,分析了北京城区、郊区、南部山区以及北部山区4个区域表面气温的年变化、季节变化以及春、夏、秋、冬4个季节的日变化特征,指出4个区域的气温变化特征具有明显的差异.在所有时间尺度上城区气温受城市热岛效应影响最大,表现为温度最高,郊区次之,南部山区较低,北部山区最低.1990～2007年4个区域的气温都表现出增温趋势,其中城区增温最明显,增温率明显大于其他区域.城区与其他区域气温的差异有明显的季节变化,城区与郊区、城区与北部山区气温的差异在冬季最大,夏季最小;城区与南部山区气温的差异在夏季最大,春季最小.在气温的日变化方面,城区气温在各个季节的日较差都是最小的,南部山区最大.通过比较作为北京代表站的北京市观象台的气温与4个区域的差异,发现观象台与城区气温在各个时间尺度上的差异都最小,与其他区域存在显著差异,北京市观象台气温主要代表了城区,对其他区域的代表性较差.     

北京城市热岛效应对冬夏季降水的影响研究

利用北京地区20个气象观测站最近30年（1975～2004年）冬季（12～2月）、夏季（6～8月）平均气温、降水量和降水日数资料，研究了城市热岛效应的年代际变化及其对降水的影响。结果表明:（1）最近30年来，北京城区与北部山区之间的温度梯度在明显加大，其中，冬季温度梯度的平均增幅为0.6℃/10 a，夏季约为0.2℃/10 a。（2）在北京城区南北两侧，冬季和夏季的降水日数、降水量的相对变化趋势明显不同:相对区域平均而言，在城区及南部近郊区，冬季降水日数和降水量都在明显增加；夏季，城区北侧的降水日数呈加速增长趋势，尽管南部平原郊区的相对降水日数变化不大，但降水量在相对减少。（3）城市热岛效应对不同季节降水分布的影响，可能是城乡温度梯度与盛行风相互作用的结果，就北京地区而言，地形的存在，强化了城区与北部郊区之间的温度梯度:冬季盛行北风气流，在北部郊区，热岛效应强迫产生的边界层下沉运动有可能造成局地降水天气过程相对减少，城区及其南侧则相反；夏季盛行南风气流，随着城市热岛效应的增强， 发生在北部近郊区的弱降水天气过程趋于增多。     

北京城、郊和山区不同强度等级降水变化特征比较

利用北京地区1977-2013年18个站点逐小时降水资料,将小时降水分为弱降水（第50百分位值以下）、中等强度降水（第50至90百分位值）以及强降水（第90百分位值以上）3个等级,对北京地区山区、郊区以及城区夏季不同强度等级降水变化特征进行了深入细致的分析。结果表明,北京地区夏季降水量存在显著的减少趋势,这种减少趋势主要是由于弱降水和中等强度降水的显著减少引起的,强降水没有表现出明显的增多或减少趋势;与郊区相比,2004年之后城区的强降水对夏季总降水量的贡献越来越大而弱降水的贡献减小。在降水日变化上,不同地区、不同等级的降水存在差异。弱降水存在清晨和夜间双峰值特征,中等强度和强降水只存在夜间单峰值特征。清晨峰值时刻,山区、郊区和城区弱降水都表现出一致的显著减少趋势;夜间峰值时刻,山区的各等级降水变化不显著,而在2004年之后,城区弱降水少于郊区,强降水则多于郊区。北京地区降水过程不对称性特征（降水过程峰值前后差异性）十分明显,其中以强降水的不对称性最强,相对于郊区和山区来说,城区强降水过程的不对称性有增大的趋势。     

基于自动站观测的北京夏季降水特征

应用2007~2011年北京地区237个自动气象站资料,分析了北京夏季降水的精细化时空分布特征及城郊差异,结果表明:(1)北京大部分地区夏季平均有效降水时数约120~160 h,降水时数高值区主要位于北部怀柔、密云山前迎风坡一带。城、郊区间有效降水时数差异并不明显,城市化对局地降水强度有较明显影响。(2)北京夏季降水主要出现在傍晚到前半夜,凌晨到正午降水较少出现。夏季平均降水量极大值出现在17:00(北京时间),为3.2 mm/h。降水量存在较明显的周期变化特征,其中7 d左右的周期是主周期。(3)夏季城区平均降水量多于郊区,城、郊雨量差异主要来自较强降水过程。城市效应会导致城区弱降水事件的减少,亦会导致较强降水事件的增多。(4)城、郊区间降水持续时长的差异主要由较强降水过程决定,多数情况下城区降水持续时长大于郊区,午后到前半夜发生的降水尤甚。     

1961—2010年中国华南地区夏季降水结构变化分析

利用1961—2010年华南地区64个气象站的逐日降水资料,通过计算降水集中度指数Q,分析了华南夏季降水的结构。结果表明：夏季华南地区北部（南部）大部分地区降水集中度较小（大),表明该地区降水较为分散（集中)。在趋势变化上,近50年华南大部分地区夏季降水量和降水集中度都是增多的。北部和南部的降水量也均呈增加的趋势,北部增加更明显。另外,降水集中度在华南北部和南部也均呈增加的趋势,即降水呈现更集中的趋势,尤其是华南南部降水集中度增加更明显。此外,无论降水量为1 mm以上、25 mm以上还是50 mm以上的降水,持续1 d降水的雨日都在减少,而超过1 d的持续性降水过程都在增多。在空间分布上,华南大部分地区1 mm以上降水的雨日呈减少的趋势,而25 mm以上和50 mm以上的持续性降水过程呈增加的趋势。     

北京地区精细化的降水变化特征

应用2007~2010年北京地区123个数据质量较好的自动气象站逐时降水数据,分析了该地区夏季不同级别降水的空间特征和4~10月降水的时间变化特征。结果表明,北京地区2007~2010年自动站年平均夏季降水量分布与1978~2010年常规站多年平均夏季降水量分布较一致,夏季总降水小时数明显高值中心在北部山区和城区以西山区,小时雨强以东北部、城区为高值中心,自东向西趋势递减,7月城区小时雨强最强。     

1981～2010年北京地区极端降水变化特征

采用北京地区20个常规气象站1981~2010年逐日降水数据,对北京地区极端降水的空间分布特征进行了分析。得到以下主要结论:1981~2010年,北京地区极端降水百分位数(第90、95和99个百分位数)阈值表现出较一致的空间分布特征,以第95个百分位数阈值计算的极端降水日数与降水阈值和降水量的分布有较大差异,极端降水量对总降水量的贡献可达30%~37%,极端降水强度分布与极端降水阈值分布相似。近30年,北京地区多数站点的极端降水量、降水日数和降水强度呈下降趋势,极端降水量以上甸子、怀柔、平谷和观象台下降较为明显,可达到40 mm(10 a)–1以上,极端降水强度以顺义、海淀、观象台、大兴和上甸子等站下降较为显著,每10 a降水强度减小趋势可达4 mm d–1,极端降水日数变化分布与极端降水量变化分布类似,极端降水强度变化与降水量和降水日数变化的分布有明显不同。     

长江流域夏季降水的时空特征及演变趋势分析

利用长江流域107个站1958～2002年逐年夏季降水量资料,对长江流域夏季降水的区域特征及演变规律进行诊断分析。结果表明,长江流域夏季降水主要有3种空间振荡型、7个降水变化敏感区域。其中长江三角洲、鄱阳湖平原、湘江-赣江上游区域夏季降水呈显著的增加趋势,增加率分别为25．8mm／10a、69．4mm／10a、31．0mm／10a,信度水平在95％以上;岷江流域则呈显著的减少趋势,减少率为40．7mm／10a,信度水平在99％以上;岷江流域和汉水-长江三峡在1980年代降水最多,而其它区域在1990年代降水最多。夏季降水量江汉-洞庭湖平原在1985年、鄱阳湖平原在1994年、长江三角洲和汉水-长江三峡在1974年发生了由少到多的突变,而岷江流域则在1963年发生由多到少的突变;各个区域都存在明显的年际或年代际振荡周期。     

近30年北京夏季降水演变的城郊对比

利用1975～2004年北京13个站的夏季降水资料,对30年来北京城区与郊区降水的时空变化趋势进行了对比分析,得出以下主要结论： 1）无论是城区站还是郊区站,北京的夏季降水量均呈明显下降趋势,且城区站的夏季降水量总体上要小于郊区站。2）从大兴、海淀和昌平3站夏季降水量的时间变化特征来看,位于城区盛行风向下风向的昌平下降趋势最不明显,在一定程度上表征了城市化对北京夏季降水的影响。3）地形仍然是决定北京地区降水分布的主导因素,但降水高值区存在向西南城区方向延伸或移动的趋势,而城市化可能是造成这种变化的一个原因。     

长江中下游地区近60a降水变化规律研究

利用1958—2017年长江中下游地区426个国家站逐日降水资料,通过线性趋势分析法、EOF分解法,使用五个降水特征量,分析了60 a来长江中下游地区降水的变化规律。结果表明:(1)长江中下游地区年降水量呈上升趋势,线性趋势为2.21 mm·a~(-1),夏季的线性趋势为2.03 mm·a~(-1),冬季雨量略增,而春、秋两季雨量略减;(2)年降水日数的线性趋势为-0.46 d·a~1,春、秋、冬三季降水日数均有减少,夏季持平;(3)降水强度呈弱上升趋势,降水强度的高值中心在江西以东大部以及湖北东部、安徽南部边缘,夏季的降水强度最大,冬季的最小,四季的降水强度均有弱增加趋势;(4)降水变异系数的高值中心位于安徽西北部边缘,最高值为0.25,低值中心位于湖南西部,最低值为0.14;春季的降水变异系数最低,夏季整体稳定,秋冬两季的波动性较大;(5)以年降水量作为指标可以把长江中下游地区划分为三种空间分布型,即长江中下游流域区域一致型、长江中下游北部和南部南北反相变化空间型以及长江中下游东部和西部东西反相变化空间型。     

Areal differences in diurnal variations in summer precipitation over Beijing metropolitan region

Using hourly rain-gauge measurements for the period 2004?C2007, differences in diurnal variation in summer (June?CAugust) precipitation are investigated in four distinct areas of Beijing: the urban area (UA), suburban area (SA), north mountainous area (NMA), and south mountainous area (SMA), which are distinguished empirically based on underlying surface conditions and verified with a statistical rotated empirical orthogonal function. The diurnal cycles and spatial patterns in seasonal mean precipitation amount, intensity, and frequency in the four areas are compared. Results show that the four areas have distinct diurnal variation patterns in precipitation amounts, with a single peak observed in UA and NMA in the late afternoon, which are 80?% and 121?% higher than their daily average, respectively, and two peaks in SA during the late afternoon and early morning with magnitudes exceeding the daily mean by 76?% and 29?%, respectively. There are also two peaks in SMA: a weaker nocturnal diurnal peak and an afternoon peak. The minimum amounts of rainfall observed in the forenoon in UA, SA, and SMA are 53?%, 47?%, and 57?% lower than the daily mean in each area, respectively, and that observed in the early morning in NMA is 50?% lower than the daily mean. The diurnal variations in precipitation intensities resemble those for precipitation amount in all four areas, but more intense precipitation is observed in SA (2.4?mm/h) than in UA (2.2?mm/h). The lowest frequency for the whole day is observed in UA, whereas the highest frequency occurs in the mountainous areas in the daytime, especially in the late afternoon in SMA. Diurnal variations in surface air temperature and divergence fields in the four areas are further investigated to interpret the physical mechanisms that underlie the spatial and temporal differences in summer diurnal precipitation, and the results indicate the possible dominance of the local circulation arising from mountain?Cvalley wind and the differences in underlying surface heating between the urban, suburban, and mountainous areas of Beijing.     

京津冀地区近47a降水量的变化特征

利用线性回归、突变分析和小波分析方法,分析了京津冀地区1960~2006年84个地面台站降水量的变化.结果表明:47 a来京津冀降水量呈下降趋势,气候倾向率为-15 mm/10 a.除夏季外,其余季节降水量均呈增加趋势.由于华北地区夏季降水量集中了全年降水量的60%~70%,所以夏季降水量的显著减少使得年平均降水量呈下降趋势;京津冀地区夏季降水量在1990年代初发生突变,其他季节降水量无突变现象;年和4季降水量大致存在4个周期的变化.     

北京城市和郊区夏季降雨日变化特征及对排水设计的影响分析

分别选取观象台和密云站作为北京市城区及郊区代表站,应用两站1961—2013年逐分钟雨量观测资料,比较北京城区和郊区夏季降雨量、降雨频次及降雨强度的日变化特征,利用耿贝尔分布拟合的年最大值法推求城区和郊区暴雨强度公式,比较其空间适用性。结果表明,北京地区降雨具有明显的日变化特征：城市和郊区的夜雨比重均大于日雨,降雨量、频次、降雨强度午后至次日清晨为高值区;郊区夏季降雨总量、短历时降雨和降雨雨强均比城区偏大。暴雨强度公式计算结果表明应用城区一站的降雨资料计算得出的公式在全市并不适用,在市政排水设计时应考虑城郊差异,采用不同的标准。     

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。     

近40年北京地区夏季降水日变化及不同持续时间降水事件的特征

利用北京地区20个国家站1980～2020年的长期逐时降水资料,分析了北京夏季降水的基本气候特征和日变化时空分布特征。结果表明:（1）北京地区夏季40年平均降水量分布具有西北山区小,平原大,山区向平原过渡区的迎风坡最大的特点;降水频率则相反,平原降水频率整体小于山区;降水强度整体表现为西北弱,东部强,城区与南部居中的特点。北京夏季降水的强度和极端性较强,致灾风险高。（2）北京夏季平均降水量日变化主体呈单峰型,降水频次为双峰型,降水强度为多峰型,三者同时在22时（北京时,下同）达到最大,在12时最小。（3）降水的峰值时间随月份依次后推,6月最早,7月次之,8月最晚;峰值雨量7月最大,8月次之,6月最小。（4）降水量、降水频率和降水强度的日峰值空间分布具有较强的一致性,西北山区四站出现在20时以前,其余16站出现在20时及以后。使用K均值聚类算法将20站划分为两个区域,结果显示两个区域的降水量、降水频率和强度的日变化具有完全不同的分布特点。（5）近40年北京地区的降水结构在不断调整,短持续时间降水主导期和长持续时间降水主导期交替出现。2000年以前以小于6小时的短持续性降水为主,近15年大于6小时的长持续性降水明显增多。     

Diurnal Variations of Summer Precipitation in the Beijing Area and the Possible Effect of Topography and Urbanization

The present study examined the diurnal variations of summer precipitation in the Beijing area by using subdaily precipitation and wind observations. A combined effect of topography and urbanization on the characteristics of diurnal variations was suggested. It was shown that stations located in the plain areaexhibited typical night rain peaks, whereas those in the mountainous area exhibited clear afternoon peaks ofprecipitation diurnal variations. The precipitation peaks were associated with wind fields around the Beijing area, which were found to be highly modulated by mountain-valley circulation and urban-country circulation.The lower-tropospheric wind exhibited a clear diurnal shift in its direction from north at 0800 LST to southat 2000 LST, which reflected mountain-valley circulation. The transitions from valley to mountain windand the opposite generally happened after sunset and sunrise, respectively, and both occurred earlier for thestations located closer to mountains. By comparing the diurnal variations of precipitation at stations in anortheast suburb, an urban area, and a southwest suburb, it was revealed that the northeast suburb grouphad the highest normalized rainfall frequency, but the southwest group had the lowest from late afternoon tolate evening. On the contrary, in the early morning from about 0200 to 1000 LST, the southwest group andurban group had the highest normalized rainfall frequency. This pattern might originate from the combined effects of mountain-valley topography and urbanization.