1.3　我国主要城市群影响降水的观测与模拟研究

自改革开放以来，我国的城市化进程正在朝着大都市区和大城市集群方向发展（谢志清等，2007）。随着经济的高速发展，我国东部地区土地利用快速扩张、能源消耗高度集中、大气污染日趋严重，已成为世界上经济发展最快、工业化和城市化进程最为迅速的地区，以长三角、珠三角和京津冀三个特大城市群为代表的东部大规模城市群已经形成并在继续快速扩张。珠三角地区城市面积1988—1996年扩展了364％，京津冀地区的城市用地1990—2000年扩展了71％，而长三角2005年城市用地为1979年的12倍。城市群、特别是大城市群是我国经济发展的主要动力源，在我国经济社会发展中起着重大作用。我国东部大规模城市化伴随的土地利用/土地覆盖快速变化与大范围大气污染和高强度的区域性人类活动有关，给我国经济社会发展带来了巨大的环境压力。

近几年，我国东部地区强降水等极端天气气候事件时有发生，给城市带来了巨大的物质和财产损失（Miao et al.，2011；Zhang et al.，2009；Wan et al.，2013）。在针对该城市群对于降水的影响研究中，目前仍然存在争议。一些研究发现，京津冀地区城市群的城市冠层会增加城区的降水，并且城市冠层通过热力输送对于降水的影响要强于动力输送，也就是说，城市降水的增加主要是由于城市热岛现象导致对流降水增加。此外，城市的建筑物的拦截作用使得飑线分裂成多个对流单体，最终增加了城区的降水总量（Miao et al.，2011）。周建康等（2003）统计分析南京雨量站1922—1999年的观测资料发现，南京城市化后城区降水量增大，大雨和暴雨次数增多，出现峰高量大的暴雨洪水机会增多。蒙伟光等（2007）采用耦合了陆面模式的MM5模式研究珠三角地区城市化对强雷暴天气的影响。结果表明，更加真实的土地利用类型可以更加成功地模拟出强雷暴天气的发展和演变过程；雷暴系统的增强与城市热岛效应有关；城市下风方向的低层辐合增强导致了较强的上升运动，有利于新的对流活动的发展，促使雷暴强度增强。解令运等（2008）利用MM5模式对江苏2003年6月下旬至7月上旬强降水进行了数值模拟，研究城市化急剧扩张对区域强降水的影响和可能机制。结果表明，城市化地区降水减少，而在城市下风区会有局地的降水增加。Lin等（2011）采用MM5中尺度模式研究城市热岛效应对降水的影响后指出，台湾岛中部城市下风区降水显著增加。他们还指出，热岛效应影响了降水位置和降水量。江志红和唐振飞（2011）利用CMORPH卫星降水资料和再分析资料，综合分析了长三角地区主要城市的降水分布特征。分析结果表明，在700hPa平均引导气流的控制下，城市中心和其下风区夏半年降水强度比上风区增加了5％～15％，最大值通常位于城市中心下游20～70km。Miao等（2011）采用高分辨率数值模拟方法研究城市化对北京夏季局地强降水的影响。其结果还表明，1980年前北京早期城市化使得最大降水量减少，而此后的城市化发展容易导致降水路径发生分叉。受城市地表影响，降水局地集中现象更加明显，城市中心的高楼建筑导致降水路径分叉，但却增加了强降水的面积百分比。黎伟标等（2009）采用TRMM卫星降水资料，从珠三角及其周边地区的强弱降水时空变化角度出发，研究了该地区城市化效应对降水的影响，结果表明，城区降水强度增强而降水频数减少。敖翔宇等（2011）采用耦合了城市冠层模型的中尺度模式WRF，探讨了长三角地区城市化对夏季日降水特征的影响。结果表明，城市化对降水日变化的影响存在一定的地域差异；城市化效应导致长三角大部分地区夏季日降水强度增强。

尽管不少研究结果表明城市化效应对城市及其下风区的降水变化起着增强的作用，仍有一些研究给出了不同的结果。Guo等（2006）采用中尺度模式MM5开展数值模拟，研究了北京地区城市化对对流性降水系统的影响。结果表明，城市化导致城市和郊区的交界处降水增多，但在模拟的整个区域，尤其是城市化地区，降水总量则是减少的；降水强度高值中心位于城市下风区。Zhang等（2009）研究了近30年来京津冀城市群城区的降水变化，发现城市化的进程与夏季降水和全年降水有明显的负相关。他们利用数值模式模拟了北京的城市化进程对于两次夏季强降水过程的影响，结果表明城市的扩张减少了边界层水汽含量，导致市区降水减少。此外，还有研究指出，气溶胶含量的增加同样会导致该区域内降水的减少，Zhao等（2006）的研究发现，我国中东部地区气溶胶的含量较高，导致了该地区近40年来降水的显著减少。Xia等（2007）的研究发现京津冀城市群近30年来北京城区的气溶胶含量显著增加，气溶胶的直接效应导致了城区地表接收的太阳辐射明显减少，导致地表降温，抵消了城市热岛效应，不利于降水，并且气溶胶的间接效应同样会通过云凝结核抑制降水。解令运等（2009）利用MM5模式对江苏2003年6月下旬至7月上旬强降水进行了数值模拟，研究城市化急剧扩张对区域强降水的影响和可能机制，最终导致城市地区降水减少，而在城市下风区会有局地的降水增加。此外，京津冀城市群的城市化效应对城区降水的日变化规律产生影响，研究发现，城区的最大降水量出现的时刻比周边地区推迟，并且降水频率减少，但是降水强度增加。