李明财
, 任雨, 熊明明, 杨艳娟
天津市气候中心,天津 300074
LI Ming-cai, REN Yu, XIONG Ming-ming, YANG Yan-juan
中图分类号: P963
文献标识码: A
文章编号: 1000-0690（2012）12-1538-07
收稿日期: 2011-11-25
修回日期: 2012-04-9
网络出版日期: 2012-12-20
版权声明: 2012 《地理科学》编辑部 本文是开放获取期刊文献，在以下情况下可以自由使用：学术研究、学术交流、科研教学等，但不允许用于商业目的.
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作者简介:
作者简介：李明财（1976-）,男,吉林抚松人,博士,高级工程师,主要从事气候变化及应用气象研究。E-mail:li_mingcai@163.com
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摘要
设计暴雨是区域防洪排涝和城市市政排水的重要基础,是关系到区域安全和城市运行的重要问题。利用天津站和塘沽站完整的分钟降雨量资料以及环城四区和滨海新区其它台站的降雨年最大值资料,推求了各台站的暴雨强度公式,分析了天津市城市化对设计暴雨强度的影响,以及中心城区与滨海新区的空间差异。结果表明：城市化对设计雨量有明显的影响,城区重现期1 a的暴雨强度有降低的趋势,而重现期3 a以上的暴雨强度有所增强,而且城市化效应在不同环城区域存在明显的一致性,环城四区排水设计在重现期1 a及以下时对城市化影响应有所考虑,而3 a以上重现期设计雨量采用中心城区暴雨公式是安全的;滨海新区3个区域各历时不同重现期下的暴雨强度均高于中心城区,尤其是塘沽远远高于中心城区,滨海区域采用全市统一的暴雨公式进行排水系统设计是不安全的,宜采用滨海新区各区县当地的暴雨强度公式。
关键词：
Abstract
Rainstorm, which is of great importance for regional flood control and city municipal drainage, is closely related to the regional security and urban running. In this paper, the rainstorm intensity formulas for every station were deduced using complete rainfall-in-minute data of Tianjin and Tanggu stations and annual maximum rainfall data for other stations. According to the difference in design rainfall volume between the urban area and four districts around urban area, the effect of urbanization on design rainstorm intensity was determined. In addition, the spatial difference of design rainfall between the urban area and Tianjin Binhai New Area was analyzed. The results showed that urbanization effect had apparent influence on design rainfall volume, showing decrease trend in rainstorm intensity of 1 year recurrence period, whereas increasing rainstorm intensity with the recurrence period of 3-10 years. Importantly, the urbanization effect showed a clear consistency in different districts around urban area. This suggests, with the recurrence period of shorter than 1 year, urbanization should be considered in the drainage system design of suburbs. By contrast, it is safe to use the rainstorm intensity formula of the urban area under recurrence period of longer than 3 years. Rainstorm intensity was very higher in three districts, especially Tanggu in Binhai New Area compared with the urban area. This indicates that rainstorm intensity formula for the urban area is unsafe in the design of drainage systems of the Binhai New Area. The local rainstorm intensity formula should be deduced to satisfy the design of drainage systems in the Binhai New Area.
Keywords：
根据国家《给水排水设计手册》[1]和《室外排水设计规范GB50014-2006》[2],设计暴雨是为排水、防洪等工程设计拟定的、符合指定设计标准的、当地可能出现的暴雨,或定义为符合设计标准的暴雨雨量及其时程分配和面分布(《水利水电工程设计洪水计算规范SL44-2006》)[3],暴雨强度是设计防洪和水利工程设施中的重要指标[4],同属于应用气象学和应用水文学两个学科。
气候变暖背景下,极端强降水的频率和强度普遍呈增大趋势,而且不同地区有所差异,降水的区域性更为明显,给区域防洪排涝和城市市政排水带来了更大的潜在压力。另一方面,随着城市化进程不断加快,城市建筑密度、下垫面性质以及人类活动发生明显变化,进一步驱使城市地区的气候状况发生改变。目前,城市化效应对气温[5~8]和降水[9~13]的影响已有大量的研究,而对于城市化对设计暴雨的影响却十分有限 [14,15]。
由于以往可用的暴雨观测数据在时间和空间上都比较有限,导致设计暴雨推算不够精细：一是观测年限较短导致暴雨强度的推算不够精确;二是观测点不足导致地区差异在一定程度上被忽视。比如：深圳现采用的是1995年编制的,基于深圳气象站1954~1994年降水资料推算的强度公式[16];而且,大型城市采用一个暴雨强度公式,更多中小城市借用邻近城市公式[17]。以天津为例,当前的暴雨强度公式是基于1932~1981年50 a的降水资料编制的,而且整个天津市使用同一公式,即不能顾及到空间差异对防洪排涝、城市排水风险的可能影响,也不利于城市防灾减灾和应对气候变化的潜在风险。
随着近年来中国地面气象观测站网的建设和逐步完善,暴雨的观测资料在时间和空间上不断丰富,为细化和完善设计暴雨提供了良好的数据基础[18]。本研究选取天津市区和滨海新区塘沽2个具有累年降水自记信息化数据的气象站,以及周边气象站,研究城市化对设计暴雨的影响以及滨海地区与主城区之间的差异,对天津市设计暴雨的空间特征进行分析,以期为天津市防洪排涝设计提供依据,也为城市防灾减灾提供理论支撑。
天津市（116º43′ E~118º04′ E,38º34′ N~40°15′ N）地处华北平原东北部,环渤海中心,东临渤海,北依燕山。天津市域面积11 916.88 km2,周长约为1 290.8 km,海岸线长153 km,陆界长1 137.8 km,人口 1 115×104万人。地势以平原和洼地为主,北部有低山丘陵,海拔由北向南逐渐下降。北部海拔1 052 m,东南部海拔3.5 m。地貌主要有山地、丘陵、平原、洼地、滩涂等。全市包括市内6区、环城4区和其它8个区县。天津市地处海河流域下游,属典型的暖温带半湿润半干旱季风气候,四季分明,季节交替明显。年平均温度为12.9 ℃,年降水量和年蒸发量分别为547.9 mm和1 717.4 mm。
选取天津市区和滨海新区塘沽2个具有累年降水自记信息化数据的气象站的分钟雨量数据进行研究（图1）,另外选取天津主城区和环城四区（北辰、东丽、津南和西青）气象站降水数据分析城市化的影响,并选取滨海地区塘沽、大港和汉沽气象站的资料分析滨海地区设计暴雨是否与城区有明显差异。
天津市区气象站（站号54517）和塘沽气象站（站号54623）降水自记信息化数据和自动站分钟雨量数据,包含有1981~2010年历年5 min、10 min、15 min、20 min、30 min、45 min、60 min、90 min、120 min、180 min、240 min、360 min、540 min、720 min和1 440 min的前10位最大降水量,可以基于年多值法计算设计暴雨强度。其余各站没有上述15个历时的最大降水量,数据抄录自地面气象观测记录年报
表1 基于两种采样法的各重现期下30 min、60 min和120 min设计雨量的比较
Table 1 Comparison of design rainfall volume of 30 min, 60 min and 120 min under different recurrence periods based on the two different methods of data sampling
| 30min设计雨量(mm) | 60 min设计雨量(mm) | 120 min设计雨量(mm) | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 重现期（a） | 年多值法 | 最大值法 | 相对差值 (%) | 年多值法 | 最大值法 | 相对差值 (%) | 年多值法 | 最大值法 | 相对差值(%) | |
| 天津站 | 1 | 27.75 | 24.83 | -10.54 | 36.99 | 33.19 | -10.27 | 47.51 | 42.99 | -0.47 |
| 2 | 32.53 | 31.26 | -3.92 | 43.36 | 41.78 | -3.64 | 55.69 | 54.13 | -0.66 | |
| 3 | 35.33 | 35.02 | -0.88 | 47.09 | 46.81 | -0.59 | 60.47 | 60.64 | -1.05 | |
| 5 | 38.85 | 39.75 | 2.33 | 51.78 | 53.14 | 2.63 | 66.50 | 68.84 | -1.34 | |
| 10 | 43.63 | 46.18 | 5.86 | 58.15 | 61.73 | 6.16 | 74.68 | 79.97 | -1.95 | |
| 20 | 48.41 | 52.61 | 8.68 | 64.52 | 70.33 | 9.00 | 82.86 | 91.10 | -2.41 | |
| 50 | 54.72 | 61.11 | 11.67 | 72.94 | 81.69 | 11.99 | 93.67 | 105.81 | -2.86 | |
| 塘沽站 | 1 | 33.16 | 32.23 | -2.81 | 42.83 | 43.01 | 0.41 | 51.20 | 53.85 | 12.97 |
| 2 | 39.16 | 38.73 | -1.11 | 50.58 | 51.68 | 2.17 | 60.47 | 64.71 | 7.08 | |
| 3 | 42.67 | 42.53 | -0.33 | 55.11 | 56.75 | 2.98 | 65.89 | 71.06 | 4.48 | |
| 5 | 47.09 | 47.32 | 0.49 | 60.83 | 63.15 | 3.82 | 72.71 | 79.07 | 1.89 | |
| 10 | 53.09 | 53.82 | 1.37 | 68.58 | 71.82 | 4.73 | 81.98 | 89.93 | -0.72 | |
| 20 | 59.09 | 60.32 | 2.08 | 76.32 | 80.50 | 5.46 | 91.24 | 100.79 | -2.86 | |
| 50 | 67.03 | 68.92 | 2.82 | 86.57 | 91.96 | 6.23 | 103.49 | 115.15 | -4.98 | |
年多值法是将所有数据依降序排列,取前n个样本,使年均样本量为3个或4个。参照《室外排水设计规范GB50014-2006》[2]有关原则,将各历时所有最大雨量（每年前10位,总样本量是年限的10倍）依降序排列,市区站（样本年限26 a）取前104位,塘沽站（样本年限27 a）取前108位。年最大值采样即每年取最大值,采用国家气象站地面气象观测记录年报表中历年15个历时最大降水量为年最大值进行数据采样。在确定了年最大值法的精度之后,计算天津环城四区（北辰、东丽、津南和西青）和汉沽及大港的设计雨量。
年多值法分别应用指数分布和皮尔逊- III型分布（即伽马分布）进行拟合,最终根据暴雨公式的精度,确定理论频率曲线宜选用伽马分布;对于年最大值法最终确定用耿贝尔分布进行拟合。概率密度函数的参数估计采用最大似然法。
应用卡方拟合适度检验（简称卡方检验）和科莫尔洛夫-斯米尔诺夫检验（简称K-S检验）进行概率分布的统计显著性检验。检验的原假设H0为样本拟合的分布,备择假设H1为样本非拟合的分布,显著性水平取0.05。
依《室外排水设计规范GB50014-2006》[2],暴雨强度总公式的形式为
式中,i为暴雨强度（mm/min）,t为历时（min）,T为重现期（a）,A1、b、C和n为待定参数,采用列文伯格-马夸尔特算法求解。采用均方根误差和相对均方根误差（或称绝对均方差和相对均方差）作为评价暴雨强度公式拟合效果的统计量[20]。
从表2可以看出,当重现期为1 a时,中心城区与环城四区设计雨量的绝对偏差均为负值,表明中心城区的暴雨低于环城四区;随着重现期的增加,中心城区设计雨量明显升高,重现期为2 a及3 a时,北辰及西青区部分历时的设计雨量高于中心城区;而至重现期为5 a时,仅有西青30 min历时的设计雨量接近中心城区,其余均低于中心城区;重现期为10 a时,中心城区设计雨量明显高于环城四区。
表2 各重现期下中心城区30 min、60 min、120 min设计雨量与环城四区雨量的绝对差值 （mm）
Table 2 Absolute difference of 30 min, 60 min and 120 min design rainfall volume for Tianjin urban area and four districts around urban area under different recurrence periods (mm)
| 重现期 | 30min | 60min | 120min | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 北辰 | 津南 | 东丽 | 西青 | 北辰 | 津南 | 东丽 | 西青 | 北辰 | 津南 | 东丽 | 西青 | |
| 1 a | -2.14 | -0.12 | -0.87 | -1.82 | -2.73 | -0.52 | -1.43 | -2.10 | -2.40 | -0.59 | -1.64 | -2.04 |
| 2 a | -1.06 | 0.59 | 0.82 | -1.08 | -1.24 | 0.35 | 0.77 | -1.04 | -0.25 | 0.55 | 1.25 | -0.52 |
| 3 a | -0.42 | 1.01 | 1.80 | -0.64 | -0.38 | 0.86 | 2.06 | -0.42 | 1.00 | 1.22 | 2.95 | 0.37 |
| 5 a | 0.38 | 1.53 | 3.05 | -0.10 | -0.72 | 1.49 | 3.69 | 0.36 | 2.58 | 2.06 | 5.08 | 1.49 |
| 10 a | 1.47 | 2.24 | 4.74 | 0.64 | 2.20 | 2.36 | 5.89 | 1.43 | 4.72 | 3.21 | 7.98 | 3.01 |
该研究结果证实,城市化对设计暴雨有明显影响,而且与中心城区相比,环城四区均表现出一致变化趋势（表2）。从影响的程度来看,东丽区设计雨量与中心城区的差值最大,表明其受城市化影响最为明显,其次为北辰、津南,西青受影响较弱。不同区县设计暴雨的变化可能与天津环城四区的城市化水平有关。近20多a来,天津城市的发展总体上空间重心向东南方向移动,就各区县来看,西青和津南两区县接近中心城区的区域建设用地增加最为明显,而且受政策的驱动,西青的GDP增长和人口增加最快,其次为津南[21]。前人的研究证实城市化对中心城区的降雨有增加作用,对降雨的频次、雨型、分布等均有明显影响,增加了不同强度等级的降雨机率,尤其是暴雨强度大大增加[12,14,22],推断与地形变化、城市粗糙度与凝结核增多以及城市热岛效应引起的热力对流有关。本文所研究区域位于市中心城区以及环城四区,地形基本一致,因此认为地形对降雨的影响可以忽略。天津中心城区降水的增加与热岛效应有关,城市化带来的热岛效应产生城市上空的上升气流,利于形成对流雨;另外,城区大面积建筑的阻障效应,延长了降雨时间,空气中的凝结核也有一定的作用[22]。
从中心城区与环城四区不同历时平均设计雨量的相对差值来看（图2）,重现期为1 a时,中心城区设计雨量较环城四区偏低4.66%。但需要指出的是,重现期为1 a时,2种算法的误差较大,故重现期1 a的设计雨量仅有参考价值;而重现期为2 a时,中心城区雨量与环城四区平均值接近,仅偏低0.27%;从重现期3 a至10 a,中心城区雨量较环城四区均偏高,表明城市化效应增大了中心城区3 a以上较大重现期的暴雨强度,而且相对差值是随重现期的升高而增大,变化幅度为1.77%~5.21%（图2）。城市化对降水的影响已经有了一些报道。郊区与城区相比,城区存在明显的雨岛[9,22],而且城市化对年雨量、汛期雨量和最大日雨量都有不同程度的增加作用,其中对最大日雨量的影响最为显著[10]。城市化对设计暴雨影响的研究还较少。有研究发现,短历时（60 min）降水暴雨的发生概率和强度在市中心增加最显著[14],城市化效应增加了重现期0.5 a、历时为30 min的设计雨量,而较大重现期（1~3 a）中心城区的设计雨量小于区县[15]。本文分析了30 min、60 min、120 min短历时的暴雨,总体上城区3 a以上较大重现期的设计雨量高于环城四区,这与前人得出的城市化使城市存在雨岛效应以及增加了主城区短历时暴雨强度的结论是一致的。与上海较大重现期（1~3 a）中心城区设计雨量偏低的结果不同[15],本研究较大重现期（3 a及以上）中心城区设计雨量高于环城四区,这可能与降雨的局地性有关或不同地区环流特征有关。上海历时较长、重现期较大的暴雨往往与台风的作用密切相关[15],而天津历史上极少有台风出现,其具体影响因素及形成机理有待于进一步研究。
图2 各重现期下中心城区设计雨量与环城四区平均雨量的相对偏差注：数据为30min、60min、120 min的平均值
Fig.2 Relative difference between design rainfall volume of Tianjin urban area and average design rainfall volume of four districts around urban area under different recurrence periods
从表3可以看出,除汉沽重现期1 a、历时120 min的设计雨量低于中心城区外,中心城区与塘沽、大港及汉沽的各重现期下30 min、60 min、120 min的设计雨量均为负值,表明中心城区的设计雨量明显低于滨海新区,与沿海极端强降水偏多有关[23]。尽管都处于滨海地区,塘沽、汉沽和大港3个站的设计雨量存在明显差异,而且与中心城区的差值也明显不同,塘沽站与中心城区的差值远高于其他两站,30 min、60 min、120 min的设计雨量分别较中心城区高22.26%、22.01%和17.97%。另外,与中心城区-环城四区平均雨量相对差值随重现期的变化趋势不同（图3）,重现期1~10 a,滨海新区与中心城区的相对差值总体上呈降低趋势。3个站也有明显的差异,塘沽站30 min、60 min历时设计雨量呈弱的升高趋势,而120 min雨量则微弱降低;大港3个历时设计雨量均呈明显降低,汉沽3个历时的雨量则均呈升高趋势（表3）。
图3 各重现期下滨海新区设计雨量与中心城区的相对偏差
Fig.3 Relative difference between design rainfall volume of Binhai New Area and that of Tianjin urban area under different recurrence periods
表3 各重现期下中心城区30 min、60 min、120 min设计雨量与滨海新区雨量的绝对偏差 (mm)
Table 3 Absolute deviation of 30 min, 60 min and 120 min design rainfall volume for Tianjin urban area and Binhai New Area under different recurrence periods (mm)
| 重现期 | 30 min | 60 min | 120 min | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 塘沽 | 大港 | 汉沽 | 塘沽 | 大港 | 汉沽 | 塘沽 | 大港 | 汉沽 | |
| 1 a | -7.43 | -3.86 | -1.09 | -9.86 | -5.20 | -1.20 | -10.91 | -6.08 | 1.28 |
| 2 a | -7.51 | -3.07 | -2.50 | -9.95 | -4.15 | -3.00 | -10.65 | -4.59 | -0.20 |
| 3 a | -7.55 | -2.61 | -3.33 | -10.00 | -3.54 | -4.06 | -10.49 | -3.72 | -1.07 |
| 5 a | -7.61 | -2.03 | -4.36 | -10.07 | -2.76 | -5.39 | -10.30 | -2.62 | -2.16 |
| 10 a | -7.69 | -1.24 | -5.77 | -10.16 | -1.72 | -7.19 | -10.04 | -1.13 | -3.64 |
目前,天津市使用的是基于中心城区天津站1932~1981年50 a的降水资料计算得到的暴雨强度公式,近年来暴雨强度明显增大,如基于原公式计算得到的历时1 h、重现期1 a的雨量为34.3 mm,而按1961~2010年50 a的降水资料计算得到的雨量为40.7 mm,增大了18.6%;塘沽站的计算雨量值为44.1 mm,增加了28.6%。显然,应用以前制定的暴雨强度公式进行排水设计安全性降低,存在安全风险。另外,设计雨量在空间上存在明显差异,天津市区（包括中心城区和环城四区）要明显低于滨海地区,且1 a重现期的暴雨强度中心城区较环城四区有降低的趋势,3 a以上重现期中心城区的设计雨量明显高于环城四区。在排水设计上,环城四区小重现期的设计雨量要考虑中心城区暴雨强度略偏低的现象,而3 a以上设计标准时,应用中心城区的暴雨公式是安全的。滨海新区设计暴雨强度要明显高于中心城区,尤其是塘沽区各重现期不同历时的雨量平均值较中心城区偏高20%左右。从表4可以看出,各历时（30 min、60 min、120 min）不同重现期的设计雨量塘沽区均高于中心城区,而且就30 min、60 min塘沽区历时来看,重现期1 a高于中心城区2 a的雨量,2 a高于3 a,3 a高于5 a,5 a高于10 a的雨量,120 min历时也有类似的情况,塘沽较小重现期的设计雨量高于或者接近中心城区较大重现期。随着滨海新区的开发开放,大的工业区（如南港工业区、临港工业区）相继建立,单位GDP不断提高,对极端气候事件的敏感性和脆弱性提高,如果采用全市统一的暴雨公式进行排水系统的设计,必然存在较大的安全风险,在极端降水发生时可能会造成较大的经济损失,对滨海新区降雨强度偏大的现象应予以重视,不同地区采用精细化的排水设计,在尽可能的降低排水系统建设成本的同时达到排水的标准。
表4 各重现期下历时30 min、60 min、120 min中心城区与塘沽的设计雨量 (mm)
Table 4 Design rainfall volume of 30 min, 60 min and 120 min for Tianjin urban area and Tanggu under different recurrence periods (mm)
| 重现期 | 30 min | 60 min | 120 min | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 天津 | 塘沽 | 天津 | 塘沽 | 天津 | 塘沽 | |
| 1 a | 24.83 | 32.26 | 33.19 | 43.05 | 43.00 | 53.90 |
| 2 a | 31.26 | 38.77 | 41.79 | 51.74 | 54.14 | 64.78 |
| 3 a | 35.02 | 42.58 | 46.82 | 56.83 | 60.66 | 71.15 |
| 5 a | 39.77 | 47.38 | 53.16 | 63.23 | 68.87 | 79.17 |
| 10 a | 46.20 | 53.89 | 61.76 | 71.92 | 80.01 | 90.05 |
设计暴雨是区域防洪排涝和城市市政排水的重要基础,城市尺度的暴雨强度是否存在明显的空间分异,是关系到区域安全和城市运行的重要问题,目前此类研究还十分缺乏。本文以北方特大城市天津市为研究区域,重点分析了中心城区和环城四区及滨海新区设计暴雨的空间分异,主要结论如下：
1） 城市化对设计雨量有明显的影响,中心城区1 a重现期的暴雨强度有降低的趋势,增大了重现期3 a以上的暴雨强度,而且城市化效应在不同环城区域存在明显的一致性,其中经济发展较快的西青区与中心城区设计雨量的差异最小。在排水设计上,环城四区小重现期的设计雨量应考虑城市的影响,但由于1a重现期两种算法的误差较大,仅具有参考价值;而3 a以上设计标准时,应用中心城区的公式是安全的,亦可建立各区县的暴雨强度公式进行设计,可以适当降低排水标准。
2） 受滨海极端强降水频发的影响,滨海新区不同重新期下30 min、60 min、120 min历时的设计雨量均高于中心城区,尤其是1 a重现期塘沽区设计雨量高于中心城区2 a的设计雨量,而5 a的设计雨量高于10 a的设计雨量,汉沽及大港的设计雨量与中心城区的差异低于塘沽。随着滨海新区的开发开放,工业区的密集,单位GDP不断提高,采用全市统一的暴雨公式进行排水系统的设计是不安全的,应重视滨海新区降雨强度偏大的现象,减少极端降水发生时可能的经济损失。
3）本文仅分析了天津市对10 a以下重现期的设计雨量的空间分布特征,从初步研究结果来看,存在明显的空间分异,表明其对城市排水设计有明显的影响。但由于数据限制,区县仅通过年最大值法进行了推算,确保2~10 a重现期的设计雨量可以作为城市排水的设计依据,小重现期（1 a以下）推算的设计雨量,仅可以作为参考,未来应该尽快信息化分钟降雨量数据,将设计暴雨强度推到1 a以下和10 a以上,为城市排水和防洪提供可靠的参考依据。
The authors have declared that no competing interests exist.
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水文学中雨强公式参数求解的一种最优化方法 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-7313.2007.02.015 URL [本文引用: 1] 摘要
提出了一种客观的、最优化的暴雨强度公式参数估算方法:先将公式 线性化,确定出未知参数b,C取值范围,给定一个b值(分公式)、b,C组合(总公式),再对雨强-历时-重现期(i-t-T)三联表数据进行最小二乘法 拟合可得到参数A,n,以总误差最小为控制条件,理论上可得到最优的一组参数估算值.并以深圳、武汉两市为例,进行暴雨强度公式参数估算,精度高于国家标 准要求,且明显优于对比方法.该法已被编制成计算机软件,只要输入原始资料就可以很快输出结果,包括曲线型估计、参数估算、误差分析、图表,使用极其方 便,可向全国各地推广应用.
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上海极端气温变化特征及其对城市化的响应 [J].
利用上海气象站逐日最高和最低气温资料,分析上海极端气温时间变化特征及对上海城市化的响应过程。结果表明上海1873~2007年极端最高气温总体上无显著变化趋势,极端最低气温以0.27℃/10 a的线性倾向率显著增加,2001~2007年,上海高温日数最多,低温日数最少。1960~2007年,上海极端最高气温和高温日数在市区增加较多,近郊和远郊增加较少;极端最低气温和低温日数市区和近郊减少较多,远郊减少较少。
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北京极端气温变化特征及其对城市化的响应 [J].URL 摘要
应用1960～2009年逐日 气象记录,在对观测资料进行均一化处理的基础上,分析北京地区极端气温的时间变化特征及其对城市化的响应过程。结果表明,过去50a北京极端最高、最低气 温分别以0.23℃/10a及1.02℃/10a的线性倾向率显著增加,最高最低气温变化具明显的非对称性;在1988年前后存在明显的增暖性突变。 1997~2009年间北京高温日数最多,霜冻日数最少。1980年起,北京市区极端最高气温及其增温率明显高于近郊和远郊,高温日数维持市区多于近郊, 近郊多于远郊的格局。近、远郊极端最低气温温差高于城、近郊温差。
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长江三角洲气温变化特征及城市化影响 [J].Magsci 摘要
<p>基于长江三角洲国家基本/基准站历史气象资料和区域人口资料,分析了1959~2005年和1981~2005年期间长江三角洲气温的年和季节变化特征,气温变化在大城市、中等城市和小城镇站之间的差异,以及城市化效应对气温的增温率和增温贡献率。结果表明,过去47年和25年期间,长江三角洲年均气温、年均最高和最低气温都显著增加,增温率都是冬季和春季较高,夏季最低。大城市站增温率明显高于小城镇和中等城市站,城市化效应对大城市气温基本上都是增温作用,其中对平均最低气温的增温率及贡献率最大,对平均最高气温都最小。长江三角洲气温变化趋势和增温率、城市化效应的增温率及增温贡献率与其他地区具有较好的一致性。</p>
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东莞市城市热环境时空变化及其驱动机制 [J].[本文引用: 1] 摘要
东莞市处于快速城市化进程中,基于1990~2005年Landsat TM/ETM+反演地表温度,对地表温度数据进行归一化处理,分析东莞市热环境格局的时空变化特征,并引入建筑密度和交通干道对区域热环境格局的形成机制进行分析。研究表明:东莞市在近15年间城市热环境格局发生重大变化,随着城市建设用地的扩张,热岛由起初的分散点状分布向条状和带状分布演变。东莞市热格局的形成与发展与建筑密度密切相关,非城市用地的热岛强度为0.18℃,比郊区温度高0.18℃;热岛效应随离交通干道距离的增加而逐渐较弱。
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杨上海降水百年变化趋势及其城郊的差异 [J]. |
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苏州城市化进程对降雨特征影响分析 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-8227.2006.03.013 URL [本文引用: 1] 摘要
城市化的发展过程中，城市下垫面的改变以及人类的生产生活共同作用使大气边界层的特性发生变 化，从而影响了城市地区的降雨。位于太湖流域平原水网地区的苏州城市化发展迅速。在分析了苏州城市化发展进程的特点及1953～2000年降雨时间序列特 征基础上，采用同时期城区（苏州站）与郊区（望亭站）雨量横向对比、城市化发展不同时期同一站雨量纵向对比的方法，研究了城市化对该地区降雨量、降雨年内 分配、降雨发生次数等的影响。通过研究发现：城市化对年雨量、汛期雨量和最大日雨量都有不同程度的增加作用，其中对最大日雨量的影响最显著；受城市化影 响，降雨年内分配有集中的趋势；城市化使不同类型降雨发生次数均增加，其中对暴雨发生次数的影响最大。
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杭嘉湖地区城市发展对降水影响的分析 [J].URL 摘要
利用杭嘉湖地区长系列逐日降水资料,采用统计分析、线性回归、R/S分析、集中度和集中期等方法,探讨城市化发展条件下的降水变化规律。结果表明随着城市化的快速发展,在年雨量、汛期雨量、大雨和暴雨日数上,杭嘉湖地区城区降水的增多趋势较郊区明显,城郊降水差距在增大,城市"增雨效应"显著;城郊年雨量的集中度均具有减少的趋势,但郊区递减速度稍大于城区;而冬季雨量则呈现出区域性特征,且城市化对小雨和中雨日数的影响仍具有一定的不确定性,反映出城市化对降雨影响的复杂性。
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城市化对济南市汛期降雨特征的影响 [J].
在介绍济南市城市化发展水平及暴雨特性的基础上，选用济南市黄台桥、燕子山、东红庙、吴家铺 和刘家庄雨量站1977—2007年汛期降雨资料，通过趋势线、距平统计、双累积曲线等方法，对济南市区汛期降雨量进行了统计分析，并对济南市城区、郊区 的降雨时空特征进行对比研究。研究结果表明，城区多年汛期降雨量表现出较强的波动性，但整体上升趋势较为明显，尤其是改革开放早期的降雨量增长较为迅速。 城市化对济南城区产生了较为明显的雨岛效应，城区比郊区降雨量增加约10％。城市化对降雨的频次以及雨型均造成了较大的影响，增加了各种降雨强度等级的降 雨机率，城区比郊区的降雨机率增加10％以上，特别是暴雨以上的降雨场次增加了22％。
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近48 年城市化发展对北京区域气候的影响分析 [J].https://doi.org/10.3878/j.issn.1006-9895.2011.02.15 [本文引用: 1] 摘要
利用1961～2008年北京12个台站的气候观测资料, 研究分析了北京城区和郊区气温、降水、相对湿度、风速的年际和四季变化趋势及特点, 并探讨了城市化发展对北京区域气候的影响。结果表明: 近半个世纪以来, 平均气温上升明显, 其中尤以冬季最为突出, 而夏季最弱。通过气温变化的年代比较发现气温增加有加快的趋势, 尤其是城市地区, 导致热岛效应不断加强, 特别是1990年代以后增幅更加明显。最高和最低气温在近48年来也都呈上升趋势, 且城市化发展对最低气温的变化影响最大, 其次是平均气温, 对最高气温影响最弱。而降水有减弱的趋势, 尤其是夏季的降水减弱最为明显。城区的风速和湿度都呈减小的趋势, 这与城市化的加剧, 尤其是下垫面的变化有密切的关系。
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城市化效应对北京市短历时降水特征的影响 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-7097.2000.01.011 URL [本文引用: 3] 摘要
对北京市城区和郊区的自动气象站的部分小时降水量资料进行了分析和概率分布的拟合,结果为:小时降水量适用对数-Weibull分布模式拟合; 中到大雨时,城市效应对下风区的短历时降水雨量增加影响最明显;而在市中心,短历时降水暴雨的发生概率和强度增加最显著.
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城市化效应对上海短历时设计暴雨强度的影响 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-4602.2007.15.013 URL [本文引用: 4] 摘要
了解城市化对短历时设计暴雨强 度的影响,对改善市政基础设施的设计、管理有重要意义。利用上海徐汇区40年完整的降雨资料和市郊站点25年的短历时降雨年最大值资料,分别推求了上海市 中心城区和市郊区县的暴雨强度公式。通过同一时期中心城区和区县设计雨量的对比,结合气候和地理因素的影响分析,揭示了上海中心城区与市郊短历时设计暴雨 强度的差异及其与重现期的关系。在国内目前的设计重现期下,城市化效应对上海城区排水系统的设计标准并无实质性影响;重现期1 a,则中心城区的设计雨量反而小于郊县,其暴雨强度公式应用于多数区县排水系统的设计不甚安全;南汇区的短历时设计暴雨强度明显大于中心城区,其排水系统 设计宜考虑采用当地的暴雨强度公式。
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深圳市新一代暴雨强度公式的研制 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-4574.2007.03.006 URL [本文引用: 1] 摘要
首先构造了深圳市新一代暴雨强度公式研制的路线图,重点是利用深 圳市气象局1954-2003年50年间的暴雨记录,用指数分布和P-Ⅲ分布进行分布曲线拟合和选优,得到了理论上的雨强-历时-重现期三联表,在此基础 上再分别采用最优法、二分搜索法和广义逆法等3种方法求解分公式和总公式参数,根据误差最小的原则确定最优方法.结果表明:由指数分布拟合分布曲线,经过 上述步骤求解得到的公式参数,误差最小,符合相关国标要求.
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暴雨选样与频率分布模型及其应用 [J].
暴雨选样方法按机率概念分可为年最最大值法与非年最大值法（年超大值法、超定量法与年多个样法）两类。本文论证不同选样方法的关系及其相应频率分布计算，指出改用年最大值法后频率分布计算要改用相应的模型，并对雨水道设计重现期也要做一些修正，这样才能获得相当于现行的强度，否则会产生频率模型与选样方法不协调，计算暴雨强度偏低等不合理现象。本文提出的论证与计算方法为改用年最大值法选提供了实用条件。
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中国设计暴雨和暴雨特性的研究 [J].
全面回顾了中国近50年来的暴雨研究工作,分别介绍了有关设计暴雨地区综合研究成果、设计暴雨分析计算方法的改进以及暴雨特性研究的进展;概略叙述了各项研究的主要内容、资料基础、分析方法和重要结论。
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天津地区设计暴雨强度的推算与适用 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-7313.2012.03.013 URL [本文引用: 1] 摘要
设计暴雨是防洪和排水设施建设的重要基础,完善设计暴雨是加强应对区域洪水和城市内涝灾害风险的重要保障。由于一般气象站的暴雨观测资料不足以推算城市排水所需的设计暴雨强度,因此研究如何最大限度地利用常规观测资料,对于在空间上细化城市排水设计暴雨具有重要意义。该文选取天津市区和塘沽两个具有长年分钟雨量资料的气象站,基于年最大值和年多值两种数据采样方式对暴雨强度进行推算,并分别编制了暴雨强度公式。与天津市区相比,塘沽的暴雨强度明显偏大,其在市政排水设计上不宜采用与天津市区相同的标准,否则将面临更大的暴雨内涝风险。对比分析两种暴雨强度公式计算值表明：当标准为2～10年一遇时,基于年最大值采样法的暴雨强度公式在排水设计上具有适用性,即利用常规观测资料推算的设计暴雨强度在排水设计方面的适用范围。这为在空间上进一步细化城市排水设计暴雨提供了参考。
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基于遥感和GIS的天津建成区扩张特征及驱动力 [J].
城市地域时空扩张特征是表征城市化水平的重要测量指标.利用 1987-2006年4期TM(或ETM)影像资料,获取了天津市市内六区和环城四区近20年的土地利用变化数据.结合社会经济统计数据,应用GIS空间 分析方法和空间重心转移模型,分析了天津市建成区的扩张过程、扩张方向及其驱动力.结果表明:2006年天津市中心城区基本上被建设用地所占据,建设用地 达到全区面积的82.0%,而环城四区建设用地也占到了24.9%;1987-2006年,天津市建成区扩张非常明显,近20年来建设用地面积增加了 19.1%,2001-2006年是天津市建成区扩张最明显时期,建设用地的增加主要来自耕地和水域;1987-2006年天津建成区主要以市内六区为中 心呈外向型方式扩张,但总体上空间重心转移方向为东南;经济增长是建成区扩张最重要的因素,主要源于GDP的快速增长和产业结构的调整;交通的发展对城市 用地的扩展有明显的促进作用,对城市空间扩张有指向性作用;人口增加也加剧了建成区扩张,但主要通过经济的发展对建成区扩张起作用;宏观政策在很大程度上 决定了天津市扩张的格局和规模.
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天津夏季降水演变规律及其城市效应 [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2008.05.006 [本文引用: 3] 摘要
<p>利用1956~2005 年天津25 个雨量站的月降水数据， 借助累积距平、相关分析、Mann- Kendall 秩次相关检验 法等， 分析了夏季降水的时空演变规律。在此基础上， 结合ARCGIS 空间分析功能， 研究了天津雨岛效应的时空特 征。结果表明: 25 个站点的年降水量70%以上集中在夏季， 夏季降水倾向率均为负， 60%的站点通过了显著水平检 验。从加权平均得到的全市夏季降水序列得出1956~2005 年倾向率为- 24.7mm/10a， 其中1956~1988 年倾向率为 7.6mm/10a， 1989~2005 年倾向率达- 28.6mm/10a， 由此可见天津夏季降水减少主要发生在近17 年。又比较其不同 历史时段的空间演变规律发现， 夏季降水减少趋势北部山区大于南部平原， 南部平原的市区大于市郊， 呈现城市雨 岛效应， 特别是在20 世纪70 年代初期之后雨岛效应更加明显， 且受降水的丰枯影响较大， 丰水年雨岛现象明显， 枯水年雨岛消失。</p>
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近47年环渤海地区不同级别降水事件变化 [J].https://doi.org/10.3724/SP.J.1084.2010.00199 URL [本文引用: 1] 摘要
利用1961～2007年逐日降水资料,分析了环渤海地区不同级 别降水日数、降水量和降水强度的气候特征和变化趋势.结果表明:年及四季雨日均呈减少趋势,雨日的减少主要体现在微雨和小雨日数的显著减少;降水强度略有 增加,但主要是源于微雨和小雨降水强度的增加;20世纪90年代以来,小雨和中雨雨量对年总降水量的贡献较大,极端强降水频率和降水量减少,其对年总降水 量的贡献偏小,造成环渤海地区年降水量减少,气象干旱加重;雨日的减少使连续无降水事件频率加大,也在一定程度上加剧了干旱程度.
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