本期嘉宾：北京城市气象研究院研究员 苗世光 副研究员 张亦洲

　　采访人：中国气象报记者 宛霞 通讯员 楚艳丽

　　本期观点：

　　城市化对天气的影响越来越显著 ，城市热岛强度可作为区分城市下垫面对夏季降水影响类型的重要因素。

　　一直以来，北京三面环山的地形、复杂的城市下垫面、夏季降水对流性强的特点等因素，增加了降水的预报难度和不确定性。

　　不同热岛强度下，北京城市化对夏季降水影响几何？北京城市气象研究院院长苗世光研究员带领的城市气候与生态发展研究团队指出，城市下垫面在不同热力条件下，对夏季对流性降水有着不可忽视的影响；降水前城市热岛强度的变化，可作为区分城市下垫面对降水影响类型的重要因素。

　　城市化：影响北京降水的重要因子

　　城市化是一种特殊的土地利用类型变化。城市环境下的人类活动通过改变大气成分、影响水循环过程、改变碳循环和生态系统，在区域甚至全球尺度上对天气气候产生影响。观测研究表明，城市的存在在很大程度上改变了区域的能量平衡和动力条件，从而导致边界层结构发生变化。这些变化促使城市降水的频率、强度和模式均发生变化。

　　以北京为例，近年来，城市化对天气的影响越来越显著。城市局地扰动引发的强局地性天气事件、尤其是局地强降水事件越来越多。

　　研究指出，目前城市天气预报技术对大尺度天气系统引起的降水有较好的预报能力，而对局地对流性降水的预报预警能力较弱，还不能满足公众生产生活和防灾减灾的需要。因此，局地对流性强降水事件产生的社会影响和危害更为显著。

　　“理清并正确理解城市化对北京地区对流性降水的影响，有助于做好北京地区的降水预报，提高天气预报质量，从而更好地为公众的生产生活和防灾减灾服务。”苗世光说。

　　强热岛条件：降水“偏爱”中心城区

　　城市下垫面对降水的影响主要分为热力作用和动力作用两个方面，城市热岛对降水的影响是城市下垫面热力作用的主要表现形式之一，而城市下垫面的动力作用主要通过地表粗糙度的变化，对经过城市上空的天气系统产生影响。降水前城市热岛的强度在一定程度上能够反映城市下垫面对降水过程热力作用影响的强弱。

　　科学研究离不开具体案例的支撑。为研究北京城市下垫面在不同热力条件下对夏季对流性降水的影响，研究团队从北京地区降水天气案例中，选取了2011年夏季发生的两个对流性强降水案例进行分析。

　　2011年8月13日至14日，受雷雨云团影响，北京自北向南出现强对流天气过程，部分地区短时雨强较大，达到暴雨量级，造成此次降水过程的是超级对流单体系统。数据显示，在降水前主城区存在较强的城市热岛，这为研究北京城市下垫面在强热岛条件下为对流降水系统的影响提供了较理想的条件。

　　研究显示，城市下垫面存在时，对流单体强度明显增强，且移动速度减慢，在中心城区有较长时间的停滞。城市热岛的存在，导致北京主城区低层大气不稳定性增加，更有利于对流发展；而城郊连接部较大的地表粗糙度梯度和温度梯度也有利于近地面大气的辐合上升，增强对流，以上因素导致对流单体在主城区合并加强。

　　“通过对该案例的分析，我们明确了在强热岛条件下，城市地表主要通过热力作用影响降水的结论，即强热岛使城市地区低层大气更加不稳定，水平辐合增强，导致对流系统在城区增强，降水在城区增多。”张亦洲说。

　　弱热岛条件：降水出现分叉“绕道”

　　2011年6月23日，北京地区受蒙古东移的高空低涡和暖湿气流影响，出现强降水过程，并伴有雷电，局部地区降水量达大暴雨量级。此次过程为飑线系统影响所致，在降水前北京地区没有明显的城市热岛。

　　鉴于该案例在降水前城市热岛较弱，城市下垫面对这次降水过程的热力影响相对较弱，以动力作用影响为主，有利于研究城市下垫面在弱热岛条件下对对流性降水系统的影响。

　　张亦洲说，飑线在经过城市下垫面时的推进速度明显减慢，这是由于城市下垫面地表粗糙度和拖曳力的增大，增加了飑线前进的阻力，从而减慢了其推进速度；同时，对流强度明显减弱，强对流的范围也相应减小。

　　值得一提的是，因城市下垫面的存在产生较大的地表拖曳力，使得降水系统在城市上游形成分叉或绕过城市地区的趋势，促使城市中心的对流系统减弱，而城市两侧的对流系统加强。对此，张亦洲进一步解释，城市下垫面存在时，经过城市中心地区的对流系统中垂直速度明显减小，垂直速度大值区的范围也较小，对流减弱，而城市两侧的对流系统中垂直速度增大，对流强度增强。

　　事实也证明，该案例中的降水系统出现了分叉和从城市侧面外围绕过城市主城区的现象，在北京中心城区及其下游地区的降水量明显减小，而在主城区西侧及西南近郊区降水量明显增加。

　　北京降水两个案例的主要区别是，降水前城市热岛强度差别较大，这对于研究北京城市下垫面不同热力条件对降水的影响具有典型性。

　　张亦洲说，通过对二者的研究，可以看出，降水前城市热岛的强度可作为区分城市化对降水影响类型的重要因素。“然而，城市对降水的影响是非常复杂的，其中的奥妙还需要我们继续通过科学研究去探索和明晰，以此不断提高降水尤其是城市降水的预报准确率。”

(来源：《中国气象报》2020年7月8日三版 责任编辑：王美丽)