地理环境对北京夏季高温影响的数值模拟研究(S7)
摘要
夏季城市高温作为一种重要的城市灾害天气,其相关领域的研究受到专家学者的广泛关注。北京市处于华北平原与太行山脉、燕山山脉的交接部位,西北部群山环绕,东南部为平原,西北高、东南低的地势特点使北京市焚风效应明显,此外,近二十年来,北京城市发展迅速,城区下垫面发生很大改变,其独特的地形和城市发展使北京夏季高温出现次数和日最高温度均有增加趋势。2010 年7 月3—7 日,北京地区出现持续高温,5 日16 时,全市气温达到40.2℃以上,成为北京全年历史上第三大高温。本文首先应用NCEP 再分析资料和自动观测站数据分析发现,此次高温过程主要是由大陆暖高压控制下的增温和焚风效应引起,且热岛效应的存在加剧了夜间城区高温。为了探讨北京周边地形及城市下垫面对此次高温强度的影响,利用WRF(3.1 版本)模式设计敏感性试验,对此次高温过程进行模拟分析,结果表明:(1)对照试验能较好地模拟城区气温变化趋势、日最高气温及其出现时间,且夜间城区存在一个34℃左右的高温中心,其西部、北部盛行西北向过山气流,南部盛行偏南风,两种气流在城区辐合下沉,形成城市热岛环流;(2)地形敏感试验中,取均匀地形,剔除北京西北部山脉影响后,焚风效应消失,模拟的城区气温明显降低,但夜间仍存在32℃左右的高温区;(3)随着城市化发展,郊区农田被城市地表所覆盖,夜间温度升高1.5~3.5 ℃,剔除城市影响后,模拟的近地面气温降低,且夜间城市热岛效应消失;(4)随着北京城市化进程加快,城区范围不断扩张,WRF 模式调用的1993 年地表类型数据明显不符合实况,因此,采用MODIS 地表类型产品数据 MCD12Q1 作为真实地表进行模拟分析,结果表明,与1993 年相比,北京城区范围向四周扩展将近一倍,模拟的近地面气温、日最高温度及出现时间更接近观测数据,且夜间热岛强度增强,范围扩大,更接近实况。由此可以得出,采用MODIS 地表类型产品数据作为真实地表能较好改进模式对近地面气温和夜间热岛效应的模拟精度。