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北京短历时强降水与城市化之间高相关性的确凿证据

城市化导致城市下垫面和边界层性质的变化,改变了城市中能量和水的收支平衡,造成城市中诸多气象要素的改变,形成了独特的城市热岛效应。在湿润和半湿润地区,城市热环境的改变导致城区气温持续稳定地高于周边郊区。尽管针对城市热岛效应的研究已经较为成熟,但城市化进程对于城区降水格局特别是强降水事件的影响尚不清楚。我们以温带内陆特大城市北京为例,重点对城市降水事件展开研究,揭示出城市热岛效应显著加剧了城区暖季短历时强降水事件的发生频次和强度。

我们检验了北京城区暖季短历时强降水事件的气候学特征,以及城市热岛效应与城区暴雨的联系。所用资料是一套高密度自动站小时降水资料。我们也分别探讨了基于站点的和区域性短历时强降水事件可能影响因素,特别是城区内城市热岛强度和关键表面气候要素与短历时强降水事件之间的相互作用。

我们的研究表明,在傍晚城市热岛强度快速上升阶段,也是站点基础上短历时强降水事件开始出现时间最为集中的时期,他们多数在后半夜或凌晨结束。在短历时强降水事件发生前3小时或更早,就能够观测到城市热岛强度与短历时强降水(频次及强度)的明显正相关性。短历时强降水事件发生前3小时内,城市热岛强度呈现异常快速上升趋势,但这种降水事件的出现却在更大程度上依赖较早时间内的城市热岛强度。我们的研究还发现,短历时强降水事件高频站点一般出现在城市中心,这与前期城市热岛强度空间分布基本一致。区域性短历时强降水事件的时空分布格局,进一步证实了其与城市热岛强度之间的高相关性。此外,在对北京观象台单站的多要素分析中,我们还发现在城区短历时强降水事件发生前后,气温、气压、相对湿度、风向都发生了显著变化,其中前期异常同样对城区短历时强降水事件发生具有较好预示作用。

这个工作所发现的短历时强降水事件与城市热岛效应的密切联系,对于更好地理解都市降水过程、准确预测城区短历时强降水事件,具有参考意义。

Yang, P., G.Y. Ren, P.C. Yan, 2017, Evidence for strong association of short-duration intense rainfall with urbanization in Beijing urban area, Journal of Climate, 30: 5851-5870in the July issue of Journal of Climate.

 

 
 
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