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北京地区夏季降水变化特征及城市热岛对小时强降水的影响分析

袁宇锋  
【摘要】:利用北京地区1977-2013年18个观测站点逐小时降水资料,将小时降水分为弱降水、中等强度降水以及强降水三个等级,对北京山区,郊区以及城区夏季小时尺度的降水的气候特征及其变化特征进行了全面细致的分析与研究。对其气候特征的分析表明:山区的弱降水贡献比郊区和城区高,但是中等强度降水和强降水方面则明显偏少,城区的中等强度降水和强降水的年均贡献和郊区有着相似的特征。北京地区的降水以短历时降水为主,强降水事件的持续时间最长,弱降水事件的持续时间最短。在降水日变化方面,弱降水表现出清晨和晚间双峰值的结构,中等强度降水和强降水仅表现出晚间单峰值的特征,郊区的弱降水清晨峰值时刻相对城区和山区略微超前,郊区和城区弱降水晚间峰值较之山区略微滞后。城区中等强度降水的峰值时刻在22时刻,滞后于郊区和山区。城区和郊区的强降水峰值在21时刻,山区在17时刻。从降水变化角度看: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增多或减少的趋势。与郊区相比,2004年之后城区的强降水对夏季总降水量贡献的比重越来越大而弱降水的比重减小。虽然降水持续性特征没有显著的变化特征,但是北京地区降水过程不对称性特征十分明显,其中以强降水的不对称性最强,相对于郊区和山区来说,近几十年城区强降水过程的不对称性越来越强。在清晨峰值时刻,山区、郊区和城区三个地区在弱降水方面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,2004年之后,城区弱降水少于郊区,强降水则多于郊区。城市化对小时强降水的影响分析表明,城市热岛强度随着城市的发展呈现显著的增长趋势,且有着明显的日较差特征,夜间时分的热岛强度比之白天时分更强。日益加强的城市热岛强度会引起城区和郊区的气压异常,城区低层的空气受热膨胀上升,从而使得局地的气压变低,气压变低使得空气产生辐合上升运动,进而促进城郊环流的形成,这种现象在夜间尤为明显,导致了城区小时强降水事件在夜间更为多发。


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