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。     

中国城市固体废弃物甲烷排放研究

甲烷（CH4）所引起的温室效应仅次于CO2,固体废弃物填埋处理所产生的CH4作为总的人为温室气体排放源的一部分,估算其排放量对于计算大气中整个温室气体增加所引起的气候效应具有重要的作用和意义。在以往研究的基础上,通过对典型城市生活垃圾的采样分析,确定了最近几年中国城市固体废弃物（MSW）中可降解有机碳（DOC）的含量,并根据IPCC计算CH4排放量的方法以及全国不同区域废弃物管理程度状况,估算得到CH4排放量在全国范围内从东部到西部逐渐减少,且在1994-2004年排放量逐年增加。     

基于1 km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。     

城市近地面高分辨率快速风场模型构建与应用

介绍了城市近地面高分辨率快速风场模型的构建,以中尺度模式结果作为背景驱动场,5m分辨率建筑物资料作为模型数据输入,通过区块处理、分区函数插值和质量守恒约束,实现了在较短时间(2～3 h)内获得可覆盖城市尺度的高分辨率(10 m左右)的近地面风场。基于该模型对北京四环内主城区(20 km×19 km)在8个典型时刻的10 m分辨率风场进行了模拟和检验,结果如下:(1)在风速方面,模拟值与观测值相比往往会偏大些,夏季4个时刻模拟的准确率在90%以上,冬季4个时刻模拟的准确率在60%以上;在风向方面,8个时刻的准确率均在40%以上。(2)基于该风场模型模拟得到的高分辨率风场能够反映出北京主城区风的山谷风日变化特征;明显的风速大值区往往对应着粗糙度较小的下垫面,而一些密集高层建筑区域始终是流场凌乱的风速小值区。(3)以东二环某一区块为例,该高分辨率风场模型还可对重点街区的精细化风场特征进行展示,可以清晰地反映出流场因建筑物分布产生的分流、汇合、局部环流,以及尾流。综上所述,该城市风场模型为实现短时间内获得覆盖城市尺度的高分辨率近地面风场提供了有效途径。掌握城市尺度的精细化风环境特征,有助于识别亟需改善或限制开发的关键区域,辅助城市通风廊道的合理构建和实施,从而达到优化城市内部通风性能、缓解城市热岛、增加风环境舒适度的最终目标。     

城市应急服务气象数值模拟系统的建立与应用

针对城市应急需求,建立了突发公共事件应急气象数值模拟系统。该系统主要包含两个模型：①以中尺度数值模式MM5和区域大气模拟系统RAMS 60为核心的快速污染扩散数值预报模型,该模型具有精细准确、可预测性的优点,应急人员在接到命令后15 min内可完成事发后1 h的气体扩散应急产品的制作;②以街区模式和高斯模式为核心的快速应急气象服务软件,它具有操作简洁、安装方便、产品输出快速直观的优点,能够在2～3 min内完成事发地点应急产品制作。通过一年的日常城市应急演习及奥运会、残奥会的应用证明,该服务系统较好的满足了应急指挥时效性、服务性的需求,为北京城市应急指挥人员现场处置提供即时科学依据。     

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。     

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...     

陆/海风电场群对局地湍流和风切变影响差异初步分析

风电场存在着明显的局地气候效应，但陆/海两种不同类型风电场是否存在局地风环境效应的明显差异？以河北尚义陆地风电场和江苏如东海上风电场为例，利用风电场周边气象站及测风塔典型年份观测资料，开展了陆/海风电场对湍流强度（TI）和风切变指数（WSE）的影响差异初步分析研究。研究结果表明：陆/海风电场对TI和WSE会产生显著影响；其中，陆/海风电场对TI均为增强效应，建设后年均TI分别增加31%和37%，最大增幅分别发生在春季（47%）和冬季（49%）；影响差异主要为陆地风电场TI增幅在高层明显大于低层，夜间大于白天，而海上风电场不同高度TI增幅及日变化则较为平稳；陆/海风电场对WSE影响差异显著，陆地风电场建设后WSE白天增加、夜晚降低，日变化明显减小，年均降低8%，最大降幅发生在秋季（12%）；海上风电场建设后WSE白天、夜晚均明显增加，年均增加24%，最大增幅发生在春季（37%）。     

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年）高于最高气温升温速率（0.27℃/10年），气温日较差以0.18℃/10年的速率减小。平均最高（低）气温在冬春季的上升趋势明显高于夏秋季。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为明显。（2）年平均高温热浪日数呈明显增加的趋势（0.44天/10年），尤其是在20世纪90年代之后明显增多。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的趋势。（3）平均年极端最低气温呈显著升高趋势（0.53℃/10年），冷夜天数显著下降（-4.7天/10年），暖夜天数显著上升（3.8天/10年），冷日天数呈下降趋势（-2.4天/10年）。年平均寒潮频次显著减少（-0.5次/10年），呈“北部多、南部少”的空间分布。平均霜冻日数以3.5天/10年的速率减少，20世纪80年代之后减少趋势尤为明显；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。     

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。