大氣所揭示城市降水對不同城市發(fā)展規(guī)模的敏感性及其物理機制

  對城市降水效應的研究一直存在爭論，大致有兩種不同的看法：其一認為城市對區(qū)域降水尤其是城市下風向地區(qū)降水存在促進作用；其二認為城市對區(qū)域降水存在抑制作用。近期，中國科學院大氣物理研究所博士王君與研究員馮錦明、嚴中偉利用區(qū)域模式的模擬研究發(fā)現(xiàn)，區(qū)域降水對不同城市發(fā)展規(guī)模具有敏感性。

　　該研究以北京7.21特大暴雨為例，設計了多組典型城市土地利用情景進行模擬對比分析，結果發(fā)現(xiàn)，早期小規(guī)模城市化導致的城市化效應使得城市下風向降水明顯增加；然而，近期大規(guī)模城市化反而使得區(qū)域降水變化不太明顯。研究表明：城市促進降水的正面機制如城市近地面增溫、局地大氣輻合和垂直運動增強等在早期小規(guī)模城市化效應中起主導作用；然而，當城市規(guī)模增加到一定程度以后，大面積不透水層覆蓋導致地表蒸發(fā)受到很大抑制，使得大氣不穩(wěn)定能量顯著減少，這在一定程度上抵消了城市化降水效應中正面機制的影響。研究還開展了多年的區(qū)域氣候模擬（2001-2010，七月），結果進一步印證了上述針對極端天氣個例模擬的結論。

　　城市降水效應的爭議由來已久，該研究首次揭示了城市降水效應對城市發(fā)展規(guī)模具有敏感性，為解決相關爭議進而更好地理解城市化的氣候效應提供了新的認識。

　　論文信息：Wang, J., J. M. Feng *, and Z. W. Yan, 2015: Potential sensitivity of warm season precipitation to urbanization extents: Modeling study in Beijing–Tianjin–Hebei urban agglomeration in China. J. Geophys. Res. Atmos., 120, 9408-9425, doi: 10.1002/2015JD023572.

　　圖1. 京津冀地區(qū)不同規(guī)模城市化引起的北京7.21暴雨降水變化的空間分布：（a）1980年代城市的模擬結果；（b）2009年城市的模擬結果。單位：毫米/小時。

　　圖2. 在不同城市土地利用情景下（無城市、1980年代、1990年代、2000年代、2009年城市以及未來可能的城市化），模式模擬的北京7.21暴雨總降水量。藍線：整個京津冀地區(qū)平均總降水量（左縱軸）；紅線：北京地區(qū)平均總降水量（右縱軸）。