北京城区春季空气污染物垂直分布与气象条件观测分析

分析了北京城区春季污染物 (SO2 、NOX)垂直分布与相应的气象条件之间的关系 ,结果表明 ,不同高度的 SO2 浓度差异不显著 ,而不同高度的 NOX 浓度有明显的差异 ,知春路低层浓度高于中、高层 ,潘家园则是低层低于中、高层。一日中 ,特别是当无大的天气系统影响 ,地面呈典型的山谷风日变化时不同高度的 SO2 和 NOX浓度均呈明显的峰谷变化。工作日污染物浓度比休息日浓度高 50 %。

1961—2017年华北地区温度相关高影响天气气候事件变化特征分析

利用华北地区85个气象站1961—2017年地面均一化日值资料,统计分析了华北地区年平均最高(低)气温、极端最低气温、高温热浪以及寒潮、霜冻等高影响天气气候事件的时空分布特征。结果表明:(1)华北地区年平均最低气温升温速率(0.45℃/10 a)高于最高气温升温速率(0.27℃/10 a),气温日较差以0.18℃/10 a的速率减小。最高气温在内蒙古中部及北部部分地区和山西中南部地区的增加趋势相对更大,最低气温在内蒙古大部、山西东北部、河北中部和京津地区的增温更明显。(2)年平均高温热浪日数呈明显增加的趋势(0.44 d/10 a),20世纪90年代之后尤为明显。高温热浪日数的大值区集中在华北南部和西部;除河北南部部分地区趋势值为负外,华北大部分地区高温热浪日数呈增加趋势。(3)平均年极端最低气温呈显著升高趋势(0.53℃/10 a),冷夜天数显著下降(-4.7 d/10 a),暖夜天数显著上升(3.8 d/10 a),冷日天数呈下降趋势(-2.4 d/10 a)。年平均寒潮频次显著减少(-0.5次/10 a),呈“北部多、南部少”的空间分布。平均霜冻日数以3.5 d/10 a的速率减少,20世纪80年代之后尤为明显;除山西西北部和内蒙古东南部个别地区外,华北大部分地区霜冻日数呈减少趋势。(4)不同分区的对比结果显示,天津对气候暖化响应最敏感,其次是内蒙古西部;山西最不敏感(尤其是对低温相关要素指标),其次是河北(尤其是对高温相关要素指标)。研究结果有助于进一步认识华北地区温度相关高影响天气气候事件的区域性特征。

适用于海绵城市规划建设的北京城市副中心降水特征研究

利用气象观测站降水数据,分析了北京城市副中心所在区域日降水的时空变化特征,编制了适用于副中心的短历时暴雨强度公式,最后计算了海绵城市建设的控制目标指标——年径流总量控制率。结果表明:研究区降水量年际变化较大,降水量最多与最少年差值可达684.0 mm,年内降水量分布不均,汛期6—9月降水量(415.3 mm)占全年总降水量的75%。汛期降水量、强度和频次的日变化均为单峰位相,降水量和降水强度位相分布特征一致,主峰值出现在22时,主谷值出现在12时,降水频次主峰值出现在04时,主谷值出现在14时。降水量和强度的多年变化趋势在大部分时刻是一致的,均在凌晨和下午时间段呈增加和变强的特点,在上午、中午和夜间有减少和减弱的特点。空间分布上,北京市副中心北部地区降水量峰值大都出现在夜间,南部地区降水量峰值大都出现在清晨。对比新编暴雨强度公式和现行公式结果,当重现期越大时,新编公式对应的降水强度就越大。新编公式更加适应未来极端降水频发背景下的海绵城市设计和建设,海绵城市建设控制指标——年径流总量控制率为80%和85%时,对应的设计降水量为27.6 mm和33.9 mm。

城市中水体布局对大气环境的影响

城市下垫面状况在很大程度上决定城市大气物理环境的特征。在城市区域增加湿地等自然地表有利于城市的减温增湿,促使局地流场发生变化,改善局地微气象条件以及大气物理环境。城市规划大气物理环境多尺度数值模拟系统为城市规划大气物理环境定量评估提供了有效的模拟工具。利用该系统中的城市尺度模式模拟了水体布局为集中型和分散型,水体面积占有率分别为4%、8%、12%和16%条件下,城市大气温度、湿度、风速、城市大气扩散条件的变化及其对城市大气环境的影响,利用北京市城市水体气象观测数据,分析了水体周边和商业区、交通区温、湿度的差异,并对模式模拟结果进行了验证,揭示了城市水体布局对城市大气物理环境影响的可能机制。模拟和观测结果显示,城市水体布局会对城市微气象环境产生一定影响。无论分散型或集中型布局,城市水体面积的增加,都在一定程度上使城市气温降低、湿度增加、平均风速增大。比较而言,分散型水体布局对城市区域微气象环境的影响更为显著。

北京市冬季采暖气候条件分析

根据国家有关规范中关于采暖气候条件的规定 ,通过对北京城、近郊 5个气象台站近 4 0年的气象资料的分析发现 :①近年来采暖终日较传统终日有明显提前的趋势 ;②采暖期长度有缩短的趋势 ;③由于近年气候变暖 ,采暖强度明显减弱 ;④室外计算温度比现在采用的 - 9℃高 1℃。

基于1km网格的北京暴雨洪涝灾害风险区划

目前许多城市暴雨洪涝灾害综合风险区划对暴雨在复杂地形下可能引发的山洪与地质灾害造成的高风险以及对城市交通安全风险估计不足,同时常规的气象观测资料已难以描述暴雨致灾危险性精细化分布。本文基于自然灾害风险评估理论,利用遴选的293个北京气象自动站2006—2017年逐时降水观测资料、北京2015年1∶25万基础地理信息、2016年Landsat8晴空遥感影像、灾情资料以及网格化的社会经济资料,在承灾体暴露度基础上充分考虑了承灾体对暴雨引发的城市积涝、山洪与地质灾害灾损敏感性差异,从暴雨致灾危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性3个方面开展了北京地区暴雨灾害1km分辨率的精细网格化风险评估与区划,并结合实际案例进行了分析。结果显示:(1)基于高密度降水观测资料提取的网格化短历时暴雨频次和暴雨量能较为精细地评估致灾危险性;基于遥感与GIS提取的不透水盖度、地形起伏度与河网密度可有效评估暴雨洪涝孕灾环境敏感性;基于1km格网化的GDP、人口密度和路网密度以及灾损敏感系数可有效评估暴雨引发的积涝、山洪与地质灾害对人员、财产和公路交通的易损性;(2)与已有成果比较,本次北京暴雨洪涝风险区划不但凸显了暴雨对城市的积涝风险,也凸显了暴雨引发的山洪与地质灾害风险,同时突出了暴雨对城市交通设施安全的影响;(3)风险区划结果基本反映了北京市暴雨灾害的潜在风险,北京暴雨洪涝灾害防御的重点区域应放在风险较高的三个区域。

基于风险矩阵的重大活动气象风险评估

基于风险矩阵理论,初步建立了重大活动气象风险评估方法与流程,并以北京某重大庆祝活动服务为例,在多部门联合共同确定活动期间气象风险源的基础上,利用长时间序列气象资料及短期测风雷达观测资料,分析了庆祝活动期间各类气象风险的可能性,结合对活动可能造成后果的严重程度,利用风险矩阵开展了气象风险评估及风险控制研究。评估结果表明,庆祝活动期间主要气象风险依次为降水/阴雨、白天大风、雾-霾、夜晚大风、高温、雷电、低温等7类。其中,降水/阴雨、白天大风、雾-霾为高风险,夜晚大风为中风险,其余均为低风险,根据评估结果建立的风险控制原则和具体措施成功应用于庆祝活动风险控制中。与现有气象业务服务中天气风险评估相比,本研究实现了重大活动气象风险评估由仅考虑高影响天气出现概率向基于影响的风险评估的转变。

北京城市化进程对城市热岛的影响研究

利用1971—2000年北京20个气象观测站逐日4个时次（02：00、08：00、14：00、20：00）的温度资料。选取具有代表性的城区和郊区多个站点的平均值对北京城市化进程对城市热岛效应的影响、城市热岛强度的日变化和长期变化进行了研究．分析结果指出：（1）北京城市热岛强度和总人口对数呈线性相关关系，其长期变化相关系数为0．76；（2）北京城市建成区的范围与城市热岛影响范围呈同步变化趋势；（3）不同时次城市热岛强度的长期变化指出，北京城市热岛强度以平均每10年0．22℃的速率加剧，其中1999年北京热岛强度达1．13℃（夜间，02：00）；（4）夜间热岛强度明显大于日间．就10年平均而言，20世纪80年代和90年代夜戒热岛强度均超过0．5℃；（5）一天4个时次热岛强度的季节变化趋势基本一致，均表现为冬季强、夏季弱．并且，夜间02：00时热岛最强，中午14：00时热岛最弱．

1961—2017年华北地区高温日数及高温热浪时空变化特征

利用华北地区85个气象站1961—2017年逐日最高气温资料,统计分析了华北地区高温日数及高温热浪(频次、持续时间、强度)的时空变化特征。结果表明:①华北地区年高温日数整体呈增加趋势,自20世纪90年代中期之后年均高温日数明显增多;高温多出现在华北地区的南部和西部,华北地区大部分站点的高温日数呈增加趋势。②就气候平均态而言,高温初日有略提前趋势,高温终日则明显推迟;空间上,绝大多数台站的高温终日呈推迟的趋势,其中京津冀中北部地区尤为明显。③累计高温热浪次数、轻度和中度热浪次数均整体增加,并在1990年左右明显由少变多,重度热浪次数增加趋势更为显著;1987年之后,平均每次高温热浪事件的高温有效积温明显增加,表明高温热浪的平均强度增大。④不同等级高温热浪总频次的空间分布特征相近,高频次区域均集中在内蒙古西部、山西西南部和河北南部;热浪累计频次的变化趋势在内蒙和山西以增多为主,在京津冀地区以减少为主。除山西南部和河北南部的个别站点以外,绝大多数站点的热浪平均持续天数和平均高温有效积温的变化呈增多增强趋势。总体来看,华北大部分区域自20世纪90年代以来,高温日数及热浪事件明显增强,同时存在明显的空间差异,研究结果将有助于进一步认识华北高温的区域性特征。

北京城区冬季空气污染物垂直分布与气象状况的观测分析

在北京城区布点实测了冬季 (2 0 0 0年 1月 2 6日～ 2月 2日 )主要空气污染物 (SO2 、NOx)浓度的垂直分布以及边界层气象要素的分布 ,并对该时间段内气象条件和污染物浓度分布之间的关系做了初步分析。结果表明 :在不利于扩散的气象条件下 ,污染物浓度剧增 ;随着气象状况的交替变化 ,污染物浓度也呈交替变化的规律 ;在同一建筑物的不同高度 ,污染物浓度分布存在差别 ;在同一建筑物不同朝向处 ,污染物浓度也存在差异 ,特别是在不利扩散的气象条件下 ,空气质量差异可达一个级别。此外 ,城南和城北处的污染物浓度也有显著的差异。

地形对“00.7”北京特大暴雨过程影响的数值研究

针对2000年7月4-5日北京地区的一次特大暴雨过程(24 h降水量达240 mm),利用MM5/WRF三维变分系统,对地基GPS大气水汽监测资料、地面自动气象站和常规气象观测资料进行了同化分析;然后以分析结果作为MM5v3.6模式初值对此过程进行了模拟.分别以1,5, 10和20 mm作为降水量客观检验阈值,模拟区域内的测站24 h降水TS评分依次高达0.72, 0.76,0.67和0.63.基于以上对照试验,在总体保持模式大气下边界地形与地理分布特征,尽可能不改变初始时刻模式大气的动力和热力协调性的原则下,进行了不同地形分辨率(分别约为110, 50和3.7 km)对降水影响的敏感性试验,研究表明,北京独特的地形特征和复杂的地势变化对此次降水的强度和落区有重要影响.

城市化对北京气温变化的贡献分析

采用均一化订正后的地面观测最高、最低气温资料及NCEP/DOE AM IP-ⅡReanalysis(R-2)再分析温度数据,分别研究分析了北京地区城市化引起的气温增暖影响。结果表明,城市化对北京地区气温的年/季节增暖影响非常显著,并且在整个时期的春、冬季气温升高尤为突出。发现由北京台站与背景气候的地面观测资料比较得到的城市热岛效应导致的增暖贡献过程主要发生在1960-2006年,其对年平均气温的增暖贡献为44.8%;而采用实测资料与R-2背景气候资料对比得到的城市化对气温增暖的影响主要表现在1979-2006年,其对地面年平均气温增暖贡献达73.5%,但利用同时期城-乡台站观测资料分离得到的热岛效应贡献水平则仅为34.4%。通过两种不同的思路对城市化影响进行分析,可以弥补传统的城市气候研究方法的不足,为对中国局地气候变化的人类活动影响的认识提供重要的参考依据。

城市中水体的微气候效应研究

应用观测资料分析和数值模拟的方法来研究城市中水体的微气候效应,结果表明,城市中的水体对其周边的小气候有着明显的调节作用。城市中商业区温度最高、湿度最小;交通区次之;水体附近温度最低、湿度最大,平均湿度比商业区高出约10%。水体区的月平均温度日较差比其他功能区明显大。水体区的月平均温度比其他功能区低0.37-1.15℃。水体对环境的影响主要发生在上风岸2 km以内和下风岸9 km以内,以2.5 km以内最为明显。水体的面积和布局是影响小气候效应的重要因素。水体面积越大对环境影响越大,单块的小于0.25 km2的水体对环境的影响不明显,但是多块、密集分布的小面积水体会对环境的降温增湿效果更显著。在本文个例中,与其他湖泊邻近的面积为1.25 km2的水体,可以使2.5 km之内温差达到0.2-1.0℃,水汽比湿增加0.1-0.7 g/kg。相对孤立的面积为2 km2的水体,可以使1.0 km范围内降温幅度0.6℃,水汽比湿增加0.1-0.4 g/kg。水体可以使地面风速增加,一般能使风速增加0.1-0.2 m/s。

1961—2017年华北地区降水气候特征分析

基于华北地区1961—2017年的均一化降水数据,从降水量、降水强度、降水日数和降水量贡献率等方面揭示了华北地区降水的气候特征。结果表明:1961—2017年华北地区年降水量以3.2 mm/10a的速率减少,其主要原因是夏季降水的减少。空间上,降水量大值区的降水趋势变化呈减少特征;降水强度呈增大趋势,降水的时间分布更加集中;小雨、暴雨和大暴雨及以上量级降水日数和贡献率呈减小趋势,而中雨和大雨则有所增加;分析各等级降水对华北地区空间分布的贡献率,小雨事件对华北地区西部降水的贡献最主要,大雨、暴雨和大暴雨对华北东南部地区降水量的贡献最为主要,这进一步解释了小雨、暴雨和大暴雨及以上量级降水量的减少造成了华北地区西部和东南部地区降水总量的下降。华北地区降水气候特征研究可为区域气候变化以及暴雨、干旱等灾害应对提供科学支撑。

基于卫星资料的北京陆表水体的热环境效应分析

应用不同分辨率的卫星资料对北京水体类别、密云水库及城区典型水体的热环境特性及城区水体对其周围热环境影响进行研究分析.利用2006年的MODIS卫星地表温度产品对北京不同类型的地表温度研究显示:就北京四季平均状态来说,水体类别在白天具有降温作用,在秋季和冬季夜晚具有保温作用,在春季和夏季夜晚具有降温作用.利用NOAA/AVHRR卫星资料对密云水库的研究分析显示:密云水库在夏季白天具有"冷湖效应",夜晚具有"暖湖效应";密云水库在冬季未结冰时白天和夜间具有"暖湖效应",在结冰时白天具有"冷湖效应"而晚上无冷暖效应.利用FY-3A/MERSI、NOAA/AVHRR和Landsat-TM卫星资料对北京城区典型水体监测结果显示:城区水体不会有热岛现象出现,大面积的水体易出现"冷岛效应".利用2008年夏季Landsat-TM卫星资料对城区典型水体和天坛公园绿地500 m范围内的建筑地温研究分析显示:城区水体温度明显低于天坛公园绿地.城区各水体周边100 m范围内建筑区地温平均下降1.2℃;100～200 m内下降0.6℃;200～300 m内下降0.4℃,300 m范围外无明显变化.天坛公园绿地周边仅100 m内的建筑区地温下降,下降值为0.4℃.这些研究结果表明:卫星资料能有效监测水体的热环境效应,大面积的水体是降低城市地表热岛效应的重要来源,北京城区水体对周边最大300 m范围内的建筑区地表温度具有降温效应.

北京地区城市暴雨积涝灾害风险预评估

该文提出自下而上的城市暴雨积涝灾害风险定量评估方法,即在三级评估指标体系下,由下级指标综合核算上级指标系数。在第2级指标计算中,风险区划的危险性指数由历史降水量资料推算得出,风险预警则用实况及预报降水量来计算致灾因子危险性指数;暴雨敏感性指数综合叠加地形、不透水地表因子及河网密度得出;暴雨积涝的风险暴露因子侧重地均人口密度、地均GDP及重点防汛指标等因子,着重于城市地区人口、经济、防汛重点目标的暴露程度。然后在危险性、敏感性及暴露性指数的基础上叠加得出积涝风险指数。通过对比发现,得到的风险区划结果与2004—2008年北京地区暴雨积涝的历史灾情基本吻合。最后,选用北京2011年"6.23"暴雨作风险预警的实例应用检验及分析,结果表明:采用自下而上的快速风险评估结果与积涝的实际发生情况较为接近,无论是风险变化趋势还是风险区域分布情况均与当天的积涝发生情况基本吻合。即该方法能较为准确、快捷地圈定城市地区各级风险区域,能较好地满足风险评估、区划及风险预警的要求。

北京奥运期间冰雹灾害风险评估

采用空间信息技术的评估方法对北京地区奥运期间的冰雹灾害进行风险评估,并从原理、方法及过程3个方面作了系统的论述。冰雹灾害风险评估基于空间评估模型,综合叠加了以地形为外界敏感性因素的敏感度因子、以出现概率为主的危险性评估结果及考虑下垫面的人口、经济、人文分布情况的脆弱性评估结果。评估结果所展现的北京地区奥运期间的冰雹灾害的风险情况表明:冰雹灾害风险除了与雹源分布有密切关系外,还与城市人口及社会、经济情况关联,其权重组合计算结果显示北部山区及北京市的中心地带为易受冰雹灾害影响的高风险或较高风险区域。

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。

北京地区主要传染病与气象条件关系的探讨

对肝炎、痢疾、猩红热的发病率与气象要素的相关分析表明：肝炎月发病率与前第二个月的月平均温度、月平均最高温度、月平均最低温度呈负相关；痢疾月发病率与当月的月平均最高温度、月平均温度呈正相关；猩红热月发病人数与前第５个月的月平均相对湿度、月平均风速呈负相关。建立了肝炎、痢疾月发病率及猩红热月发病人数与气象要素的回归方程，因此，可根据气象要素的预报预测主要传染病的发病趋势。

京津冀城市群高温灾害风险区划研究

本文利用175个气象站观测数据和社会经济资料,从致灾因子、孕灾环境、承灾体、抗灾能力四个方面研究了京津冀城市群高温灾害风险,结果表明:京津冀城市群高温频次呈南部高、北部低以及平原地区高、山区低的空间分布特征,频次最高区域位于石家庄和衡水以南、邯郸以北地区,北部的承德、张家口和秦皇岛地区高温频次最低;致灾因子高危险区和孕灾环境高敏感区主要分布在河北省南部,承灾体高易损区主要位于大型城市,经济发达的城区抗灾能力较强,抗灾能力风险较低;京津冀城市群高温灾害综合风险区划呈南高北低特征,高风险区集中在河北中南部及北京和天津的市区,河北中部及邻近北京、天津地区则为次高风险区和中等风险区,河北北部、西北部和东北部多为低风险区和较低风险区.