城市化背景下北京地区夏季降水的若干特征

【作者】 李青春； 郑祚芳； 曹伟华； 李林； 陈大刚；

【机构】 中国气象局北京城市气象研究所； 北京市气象局；

【摘要】 本文利用北京观象台1951-2011年长时间序列降水统计资料、北京地区20个气象站1977-2010年逐日降水资料,以及1993-2010年城区气象站逐时降水资料,针对北京地区在复杂地形、快速城市化和气候背景影响下的降水量变化趋势、主要落区、可能影响因素,以及快速城市化后北京主汛期时间段、夏季城区降水量日变化特征和变化规律(主要降雨时间、降水强度、降雨持续时间等)进行综合分析和评价,对于深入了解和认识城市化背景下北京夏季降水的多尺度时空特征、城区和郊区差异及其变化规律,评估区域区气候变化、改进气候模式性能等具有重要的作用。研究得出的主要结论为:(1)位于华北北部的北京年降水量为减少趋势,1995年以后北京处于少雨阶段(干旱期),并划定为快速城市化阶段。(2)北京地区夏季降水量占全年降水量的71.3%。在干旱少雨阶段和快速城市化背景下夏季降水量仅占全年降水量的63.9%。夏季降水量比年降水量的减少速度更明显,而全年降雨日数、夏季降雨日数减少并不明显。因此得出,北京降水量的减少主要是由于夏季降水量减少造成的。(3)北京地区降水量分布主要位于西部山区的东部、东南部地区和北部山区南部地区,与地形有密切关系,另外城区也有降水中心存在。夏季降水量与年降水量分布相似,主要差异是城区的降水中心更加明显,西南地区房山无降水中心。(4)北京地区降水量、降雨日数均呈减少趋势,但空间分布不均匀。从西部地区(门头沟东部)到城区西北部(海淀)、北部地区(顺义)存在降水量减少趋势较缓区域。从西部地区门头沟的东部、城区西部和西北部(石景山、海淀)为降雨日数减少趋势较缓的分布。这种分布特征可能与地形对盛行风的抬升作用、西部山区与城市热岛之间的水平温度梯度最大地区易产生局地中尺度对流性降水天气、北部冷空气南下与城市北部城市热岛边缘形成的水平温度梯度有关。(5)北京夏季有2个主要降水时间段为:7月3日-10日、7月17日-8月12日,后者与"七下八上"的传统说法基本一致。干旱和快速城市化背景下,夏季主要降水时间段后移、跨度变短,由1995年以前的7月2日-8月20日集中到7月17日-8月16日。(6)干旱和快速城市化背景下,北京夏季东部地区(平谷、密云和怀柔)、城区东北部(朝阳、顺义)平均降雨强度较大。东北部地区怀柔附近和东南部地区(大兴、观象台)的平均降雨强度减小趋势较明显,而城区西部(门头沟东部-石景山-海淀)减小趋势不明显;夏季暴雨以上降水主要落区在西南地区(房山)-城区西南部、西北地区(昌平和怀柔交界地区)。城区、城区西南部为大雨、暴雨以上降水高发区域,中雨以下降水出现在西北部和北部地区。(7)城区降水的日变化特征为:在傍晚-午夜19-24时累计降雨量最大。2004年以后主要降雨发生在下午-凌晨(15-02时),而且有向傍晚-前半夜集中、其他时段降水减少的趋势;早晨4-6时降雨次数最多,其次出现在傍晚-前半夜(18-23时)。该时段降雨强度大,主要为对流性强降水天气。而早晨4-6时的降水强度较之18-23时要小,发生对流性降水和稳定降水天气的情况都有。2007年以后发生在傍晚-前半夜的19-22时降雨次数最多。(8)北京夏季城区的短历时性降水的累计降水量明显大于持续性降水。对累计降水量的贡献最大是持续7h以内的降水类型;傍晚-凌晨(17-02时)降水主要由≤6h的短历时降水构成,其中17-21时段主要为持续时间≤3h的降水天气,而且对累计降水量的贡献最大。后半夜03-15时长、短持续时间的降水事件均有发生,对累计降水量的贡献无显著差异;城区降水有持续时间变短(历时短)、降雨量大(强度大)的变化趋势。短历时性降水的累计降水量逐步增加,长持续时间的累计降水量显著减少。更多还原