面向气候韧性社区建设的北京东四社区暴雨内涝灾害风险研究

利用气候数据和社会经济数据,分析了北京市东四社区降水特征,评估了社区尺度的暴雨内涝灾害风险。研究表明,20世纪80年代以来,东四社区年降水量、极端日降水量、连续5日最大降水量和大雨日数均呈增加趋势,进一步分析暴雨内涝灾害风险空间分布情况,高风险区主要集中在东四社区西北区域,包括东四北大街沿线,东四九条、八条和七条的西段、月牙胡同的部分区域。研究方法和结果可为社区层面的气候韧性城市适应目标、具体规划建设的提出和实施提供参考。

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。

1981—2020年北京城市热岛效应时空特征及其影响因素分析

在气候变暖和快速城市化背景下,北京一直面临着城市热岛效应带来的环境问题。基于北京市1981—2020年逐日气温观测资料,采用线性回归、克里金插值和相关性分析等方法,研究了北京市城郊气温变化趋势以及北京市城市热岛强度(Urban Heat Island, UHI)的时空变化特征,并评估了气象因素、人口密度和土地利用/覆盖类型对城市热岛效应的影响。结果表明:近40 a来北京市城郊区的平均气温均呈上升的变化趋势,且城区气温增幅大于郊区,表明北京市UHI上升趋势显著。就季节而言,北京市冬季UHI最强(1.22℃),秋季次之,春、夏最弱,其中秋季UHI增幅最大。同时,北京市城市热岛效应范围也在逐渐扩大,其中城六区为高值区,热岛区由西北向东南方向延伸至城市副中心通州区,朝阳区和通州区增温趋势明显。2000年以来,北京市冬季UHI出现了显著的增加趋势,高值区UHI增加至1.6℃。此外,主成分分析表明人口、建设用地和气压对城市热岛效应的形成起促进作用,而风速和耕地是缓解城市热岛效应的重要影响因素。

近40a黄土高原酿酒葡萄春霜冻气候风险评估

选取黄土高原酿酒葡萄产区13个气象站点1981−2020年春霜冻期(4月1日−5月31日)逐日最低气温观测资料,运用数理统计和空间分析方法,研究不同年代黄土高原酿酒葡萄春霜冻灾害发生站次比、频率、日数、强度及风险,评估黄土高原酿酒葡萄春霜冻气候风险。结果表明:1981−2020年,黄土高原酿酒葡萄春霜冻期平均日最低气温呈极显著上升趋势(P<0.01),气候倾向率为0.42℃·10a^(-1);日最低气温极小值呈极显著下降趋势(P<0.01),气候倾向率为−0.75℃·10a^(-1);日最低气温极小值的气候倾向率负值主要分布在产区北部或南部零星地区,左权地区降温(0.76℃·10a^(-1))达显著水平(P<0.05)。黄土高原轻度春霜冻发生站次比下降,中度、重度及综合春霜冻上升;轻度、中度春霜冻频率和日数降低,重度春霜冻频率、日数增加,且重度春霜冻强度呈显著增加趋势(P<0.05),春霜冻综合频率、日数降低,强度呈显著增加趋势(P<0.05);各级春霜冻频率、日数、强度自西南向东北增加。黄土高原酿酒葡萄气候风险特征为轻、中度春霜冻的风险降低,重度和综合风险增加;高风险区域主要分布在北部的左权、太古等地,低风险区域主要分布在南部的鄠邑区、渭南等地。

北京西部地区气候变化及气候舒适度特征分析

利用位于北京西部山区的门头沟和斋堂两个国家气象站1980—2021年逐日气温、降水量、相对湿度、日照时数、风速等观测数据,分析北京西部的气象要素变化特征,并通过温湿、风效和舒适度三项指标统计月分布特征和年变化趋势。结果表明:门头沟区域的年平均气温、极端最高气温、年降水量和极端日降水量均呈上升趋势,而年日照时数和雨日呈现缓慢下降趋势。从气候舒适度来看,在全球变暖气候变化的大环境下,门头沟年“最舒适”的日数受影响不大,每年的5—9月最宜居,在此期间的气候条件能达到“大部分人舒适”及以上的标准。

国家气候中心两个CMIP6模式模拟的东亚夏季风的季节内演变

分析了国家气候中心两个参加第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的模式BCC-CSM2-MR和BCCESM1对东亚夏季风季节内演变的模拟情况,包括气候态特征以及在ENSO(El Nino and Southern Oscillation)循环不同位相下的特征。本文同时对比分析了观测海温海冰驱动大气环流模式试验(AMIP试验)以及耦合模式的历史气候模拟试验(Historical试验)的结果。结果表明,模式能够合理地模拟出东亚夏季风环流和降水的气候态特征。相比大气模式,耦合模式能够明显改善对气候态的模拟,特别是耦合模式能够较好地模拟出副热带高压从6~8月向北以及向东移动的季节内演变特征。对于El Nino衰减年和La Nina年合成来说,大气模式能够在一定程度上模拟出El Nino衰减年(La Nina年)副高偏西(东)、对流减弱(增强)的特征,但是对于位置和强度的模拟存在偏差,特别是对于其季节内尺度的演变。耦合模式相比大气模式来说,并没有改善对于ENSO循环影响东亚夏季风季节内演变的模拟,这可能和耦合模式模拟的ENSO本身的偏差有关。因此要想改善对于东亚夏季风季节内演变及其年际差异的模拟,除了考虑海气相互作用之外,还需要改进模式对于ENSO的模拟效果。

基于ETCCDI指数的京津冀地区极端气候事件特征及影响分析

利用京津冀地区1961—2020年175个气象站逐日气温和降水资料,通过计算9个典型极端指数,采用线性趋势、Sen突变分析,分析了极端气温和降水时空变化,并基于极端指数构建极端事件影响评价指标体系,量化了2003—2019年本地区受极端气候影响的强度。结果表明:1961—2020年,京津冀地区呈极端暖事件显著增多、冷事件显著减少趋势,自20世纪90年代末以来增温速率快速增加,冷事件减少突变时间早于暖事件增加;与天津、河北两地相比,北京极端高温增温及暖事件频次增多幅度最大、极端低温增温及冷事件减少最小,说明北京暖事件更强、冷事件不弱;京津冀地区极端降水指数呈微弱的减少趋势且年代际变化特征明显,北京、河北极端降水量极值增大,说明两地极强降水事件增强;2020年日最高温(TXx)、暖昼(TX90p)、热持续指数(WSDI)、日最低温(TNn)略高于常年值,冷夜(TN10p)、冷持续指数(CSDI)及降水指数低于常年值,天津多个站点(CSDI)及降水指数为1961年以来最低,指示本地区2020年的极端气温接近正常年、极端降水在天津地区为最少年;2003年以来极端事件的影响总体上升;北京气候灾害损失强度优于河北,但极端天气强度较高。

北京市樱桃沟流域小气候探析

对北京市门头沟区樱桃沟流域进行气候观测研究结果表明 ,该区樱桃沟流域具有一定的气候资源优势 ,符合大樱桃种植的气候要求 。

城市化对北京地区气候的影响

利用北京地区20个气象站36年(1970—2005年)的逐日雨量、平均风速和冬季08时平均温度资料,对北京城市化进程中城市气候变化趋势进行了分析。结果表明,(1)36年来热岛效应呈现强度逐渐增强、面积逐渐增大、由单一向多个热岛中心演变的趋势,2000—2005年热岛强度最大达2.11℃,城区冬季的平均增温率为0.298℃/10a。(2)城市化发展使得北京地区降水量呈现不均匀分布态势。20世纪70年代城市西部降水较多,东南部降水少;80年代整个城区处于少雨区;90年代城市西部、南部降水少,东北部是大雨量区。2000年以后降水较少区域自城区逐渐朝东南方向扩展。(3)不断增高、密度不断加大的建筑物对气流的阻滞作用使得城区平均风速呈减少趋势,城区的平均风速70年代是2.49 m.s-1,80年代是2.32 m.s-1,90年代是2.16 m.s-1,2000—2005年是2.28 m.s-1,平均风速递减率为0.05 m.s-1.(10a)-1。(4)人口密度的对数与气温呈线性相关,相关系数为0.65;城区面积与温度呈线性相关,相关系数为0.6387。

北京山区农业气候资源系统的模糊综合评判

为了定量分析北京山区农业气候资源,利用山区1 km2小网格的气候资料,应用农业气候适宜度理论、模糊数学和因子分析等方法,通过5项农业气候指标与山区栽培植物生长发育条件之间隶属函数的建立及其权重的确定,分别计算山区各网格点的农业气候资源指数、效能指数和利用系数,并在GIS的支持下建立了它们的栅格图。结果表明:北京山区以平谷、密云、怀柔南部等东北部地区的农业气候资源系统较为优良,无论是气候资源总量还是其匹配状况以及利用率都是本地区最高的;与之相反,西北部和海拔较高的山区,不仅农业气候资源总量贫乏,而且光、热、水资源的匹配程度较差,导致农作物对资源的利用率较低;此外,房山东南部和昌平南部等地区气候资源总量较为丰富,但受水资源的限制,光、热、水资源的匹配程度较差,致使当地气候资源利用率较低。

近30年北京气候舒适度城郊变化对比分析

利用北京市城郊20个气象观测站1981—2010年30年气象资料，计算了20个站点的逐日舒适度指数，并统计了北京城郊夏季最热舒适度、冬季最冷舒适度的年平均值以及炎热日数、酷热日数、寒冷日数和严寒日数，最终分析给出了北京舒适度的年际和空间变化特征以及城郊舒适度差异。结果表明：20世纪80年代，北京夏季最热舒适度在炎热标准以下，城郊差异不大；90年代至今增热趋势明显，炎热和酷热日数显著增多，特别是平原地区炎热和酷热日数分别增加到40天和8天，且炎热和酷热日数空间分布范围不断扩大，2000年后扩大到除朝阳区东部以外的大部分主城区。相比较郊区而言，城区的热舒适度指数和变热幅度大，山前平原比山区热。且城区的冬季暖于郊区，寒冷和严寒日数也低于郊区，这种差距从80年代中后期逐渐明显，最大差距一年能达到10～20天；90年代后严寒区域范围逐渐缩小，平原地区的寒冷Et数较80年代平均减少10天。

城市地表通风潜力研究技术方法与应用——以北京和广州中心城为例

城市地表通风潜力是城市通风评估和通风廊道规划的前提条件,目前尚缺乏科学合理的指标来表征。文章面向城市区域尺度,基于城市形态学模型构建了通风潜力系数(VPC)指标,对城市通风潜力的强弱进行评估。随后,分别以北京和广州中心城为例,应用1∶2 000基础地理信息和Landsat8卫星资料,开展了2015年VPC估算及通风潜力评估分析。研究结果表明,VPC可有效反映城市地表通风潜力大小,其与天空开阔度呈负相关关系,线性回归模型R^2为0.459 1,与建筑高度、容积率、迎风截面积密度和粗糙度长度呈明显正相关关系,线性回归模型R^2分别为0.717 9、0.784 2、0.796 2和0.842 4;北京和广州中心城地表通风潜力最差的区域分别为三环—二环区域和越秀区,广州中心城的总体地表通风潜力明显好于北京中心城,这是由于广州具有更大面积的利于通风的林地、绿地和水体等冷源区域。

北京种植桃气候适应性及优势分析

依据桃的光、温、水及病害发生等生长气候特性,选择了北京平谷地区典型的早、中、晚熟等4个品种桃,利用北京平谷地区30年的气候资料,从地形、土壤和水资源、冬季冻害和霜冻、开花授粉、果实生长期、日较差与病害等多方面分析论证了平谷桃种植的气候适应性及相对于北京南部平原地区的气候优势。分析表明,平谷桃种植在气候资源上具有地形小气候优势,且冬季无冻害之忧,春季几乎无低温霜冻之害,开花授粉期相对平原地区具有气候优势,果实生长期适宜日数较多,而不适宜的高温日数较大兴区偏少,在对果实品质有影响的日较差方面相对于平原地区具有明显优势,病害发生发展也较大兴区轻。与北京其他地区相比,平谷气候更适于发展桃种植。

北京雾和霾临界气象条件的气候变化特征

近年来北京市频繁遭受雾和霾天气的影响,表现为天数增多、持续时间增长的特点,这一变化越来越受到专家学者的重视。气象条件是雾和霾污染形成的客观因素。利用北京市观象台多年雾和霾天气(2013-2015年)和气象要素(1961-2015年)观测资料,从气候变化角度出发,研究雾和霾临界气象条件的气候变化特征。研究结果表明:对雾和霾的形成有促进作用的临界气象条件是日平均风速≤1.9 m/s,日相对湿度≥76%,偏南方向的风向;对雾和霾的形成有抑制作用的临界气象条件是日平均风速≥2.6 m/s,日相对湿度≤69%,日降水量≥0.5mm。1961-2015年北京市观象台低风速日数呈增加趋势,且多为西南方向,高风速日数呈减小趋势,污染物清除能力下降,对污染物的累积起关键性作用;相对湿度较高的日数呈减小趋势,相对湿度较低的日数呈增加趋势;日降水量较大的日数呈下降趋势。三种气象条件中相对湿度条件随年代的变化有利于雾和霾的消散,而风速风向和降水量条件随年代的变化不利于雾和霾的扩散和沉降。但有研究表明,在雾和霾污染的形成消散过程中,风速条件起决定性作用,故北京地区较低风速日数的增加是导致大气污染的重要原因。此外,不利的风向条件加重了北京地区污染物的积累聚集。

2009/2010年度异常气候对北京冬小麦生产的影响

通过收集小麦主产区气象数据,结合田间"三情"监测点调查结果,采用比较分析方法,针对2009/2010年度北京地区出现的异常气候对冬小麦不同生育期产生的影响进行了分析。结果表明:2009/2010年冬小麦全生育期遭遇播种-出苗期干旱、初冬强降温、冬季持续极端低温、春季低温霜冻和灌浆后期连阴寡照等异常气候造成的农业气象灾害,对小麦造成的影响包括生育期推迟、群体不足、个体生长较弱、产量下降等。

气候变化对北京市水资源可持续利用的影响及对策

北京是严重缺水的大城市,目前人均拥有量300m3左右,为世界平均值的4%,全国平均值的16%。随着城市的发展,水资源的严重不足已成为影响北京市可持续发展的障碍因素。本文分析了北京地区水资源的特点、现状,包括地表水及地下水资源的开发利用及其存在问题,重点分析了近50a来的气候变化对水资源的影响,对未来50a水资源需求量和可供量做出预测,并进行了评估分析。在此基础上,从气象学角度提出了缓解水资源紧缺的对策,以实现水资源的可持续发展与利用。

影响北京城市生态环境的气候指数变化趋势

应用北京地区15个气象站1961—2010年逐日观测的温度、相对湿度及风速资料,在对数据进行均一化订正的基础上,分析了近50年来北京地区与城市生态环境有关的几个气候指数如植物生长季指数、人体舒适度指数、度日指数的变化特征及其对区域气候变化及城市化进程的响应。结果表明:近50年北京地区生物生长季指数、人体舒适日数呈上升趋势,表明北京地区的气候在朝着更加适于人们居住的方向发展,但自1990年代以来,人体感觉冷、热不舒适日数的年际振幅均在增加;北京地区冷度日指数(CDD)呈增加趋势,热度日指数(HDD)则呈下降趋势。热度日指数的下降幅度明显高于冷度日指数的上升幅度,意味着未来北京地区用于夏季制冷的能耗仍将进一步增加,但用于冬季取暖的能耗有望较大幅度减少,这将有利于减少冬季燃煤取暖排放的污染,改善空气质量;受城市发展导致下垫面变化的影响,北京地区各生态环境气候指数倾向率空间差异明显,城区及东南部平原地带气候指数倾向率明显高于郊区及山区站点;北京城市化效应对区域生态环境气候指数的贡献率在47.2%～76.3%之间,表明北京地区城市气候效应对区域生态环境具有不可忽视的影响。

气候变化背景下北京地区倒春寒时空演变特征研究

为了掌握气候变暖背景下北京地区倒春寒变化规律,利用1951-2012年北京地区20个气象台站的逐日气温资料,结合北京地区春季气候特点,定义了北京地区倒春寒气候监测指标;从倒春寒发生频率、站次比、年代际变化等方面,分析了北京地区倒春寒的时空演变特征。结果表明,观象台的倒春寒等级序列对于农区和城区来说均有很好的代表性,北京地区倒春寒测站总数存在明显的年际变化;除佛爷顶以外,林区的弱倒春寒频率较高,在40%以上;除佛爷顶和汤河口外,林区强倒春寒频率在10%以上;农区弱倒春寒频率在20%-40%,除石景山以外,农区强倒春寒频率在10%以下。总的来说,北京地区倒春寒频率差异显著,从南向北依次升高,房山倒春寒频率最低,为21%,汤河口最高,为54%;弱倒春寒发生频率空间分布与总的倒春寒发生频率较为相似。

气候变化背景下京津冀极端高温事件变化特征研究

基于京津冀地区174个气象台站1981—2020年逐日最高气温、最低气温数据资料,统计计算了京津冀地区极端高温事件相关指标(极端最高温TXx、高温日数Htd和闷热日数Swd),利用多种统计方法分析了京津冀地区近40年极端高温事件的时空分布特征,并探究了在气候变化背景下两个典型年代Htd和Swd的空间变化情况。结果表明:①近40年年极端最高温(TXx)、高温日数(Htd)和闷热日数(Swd)均呈上升趋势,京津冀地区极端高温事件强度增强、频次增加,并且年代际呈波动变化特征。②京津冀地区极端高温事件主要集中发生在6—8月份,其中TXx和Htd主要发生在6、7月份,Swd集中发生在7月份;冀北山区的高温、闷热日集中发生在7月份。③京津冀地区高温日和闷热日初(终)日呈提前(显著推迟)趋势,高温和闷热日更早发生且持续时间更长、同步性增强。④京津冀地区极端高温事件多发生在南部,TXx和Htd空间分布均呈南高北低的分布特征,Swd呈东南高、西北低的分布特征;极端高温事件显著增加的地区主要集中在经济人口发展较快的北京、天津和石家庄三个大城市。⑤M-K突变分析发现京津冀地区极端高温事件突变发生在1990年代,对比突变前后两个年代(偏冷的1980年代和偏暖的2010年代)发现京津冀邻近渤海区域(天津、唐山以及沧州市)高温闷热天气随年代际发生的概率显著增加。