2004年上半年工作总结 与城市气象灾害简介 城市气象灾害室 2004-8-19

一、科研课题申报 撰写并提交北京市科委2005年科研项目（课题）建议书《北京城市气象灾害预报预警技术研究》 北京市自然科学基金《北京地区沙尘天气地能见度数值预报研究》

二、课题执行情况 完成北京市科委“北京总体规划中城市综合防灾减灾规划研究”中气象灾害子课题《北京城市气象灾害防灾减灾规划研究》

三、国内外科研学术交流 美国马里兰大学大气科学系张大林教授应邀在中国气象局北京城市气象研究所8层学术厅作了《Emergency Response & Hazards Mitigation by the US Federal Government》的报告 2004年6月24日下午2：00，美国马里兰大学气象系金孟林博士应邀来我所做了题为“Detect and simulate land surface climate by using MODIS and NCAR community land model”的学术报告

其他工作 参加中国气象事业发展战略研究第五卷部分内容（增强国家可持续发展能力的工程建设）的“防灾、减灾工程”撰写 参加《大气监测自动化系统二期工程可行性研究报告》中“城市生态气候监测子系统”的编制 根据北京市气象局业务科技处的“关于展开风沙流和尘沙流试验观测的通知”的要求，对采样技术进行指导，沙尘流观测方法的制定，观测数据的分析研究 对7.10强降水过程进行天气分析总结与数值模拟，并进行初步分析

城市气象灾害研究室　 　　　　　科研目标 研究城市气象灾害演变规律及其城市发展的相互关系，城市生命线系统和城市重大建设工程的气象灾害风险评估技术，城市气象灾害防御对策和减灾工程技术，为城市可持续发展和城市综合安全减灾管理提供气象科学依据。

科研内容 1 城市气象灾害变化规律研究,重点研究城市化发展过程中，气象灾害（干旱、沥涝、雷电、大风、大雪、高温热浪、低能见度等）的时空演变规律，包括城市规模与热岛效应、城市下垫面变化对气象灾害时空分布和强度演变的影响，城市灾害发生的气象要素阈值，城市气象灾害引发的次生灾害等。 2 城市气象灾害风险评估技术研究研究城市发展规划的气象灾害综合风险评估技术、城市生命线系统安全的气象风险评估技术以及重大城市建设工程的气象风险评估技术，探讨城市恶劣气象条件（致灾因子）与城市承灾体的统计关系，各种城市气象灾害风险评估方法和评估模型、气象灾害与城市保险业管理等。 3 城市气象灾害防御和减灾工程技术研究研究人工增雨、防雷、消雾和高温防御新技术及其应用试验，城市气象灾害预警和防御效果客观评价方法，气象灾害应急对策，城市综合安全减灾管理技术。

“北京城市气象灾害防灾减灾研究” 一、北京城市面临的气象灾害背景 北京是我国的首都，是千年古都和历史文化名城，又是全国的政治中心和文化中心。但是北京由于其特殊的地理位置，各种自然灾害发生频繁，尢其是随着城市化进程的加快，人口高度集中、建筑物高度密集、人们对水、电、气以及道路桥梁等基础设施的依赖程度越来越高，各种自然灾害对城市的破坏性及造成的损失也愈来愈重。 北京市面临的气象灾害主要有干旱、暴雨洪涝、大风、沙尘、冰雹、高温、寒潮、雷电、浓雾、积雪等，还有由气象灾害衍生的泥石流、火灾、大气污染等灾害。

1、干旱 1.准周期性：北京地区降水存在着周期性特征，表现为长期偏少（干期）、长期偏多（湿期）和上下摆动期交替出现的准周期性变化特征，一般干期持续时段比其他期长 2.频繁、交替：北京地区旱年发生频次多，且具有旱涝年交替出现的特征。发生偏旱和大旱年的概率分别为31%和10%。 3.连旱：北京地区的干旱具有明显的连续性，在277年（1924-2000）中有24次连续旱年出现，最长连续12年，一般连续2年（占连续旱年总数的73%）。 4.季节性强：北京地区四季气候特点不同，降水年内分布极不均匀。春季干燥多风，蒸发量大，降水量仅占全年降水的9%，易发生旱灾，有“十年九春旱”之说。

2、暴雨洪涝 我国气象部门规定，24小时降水量为50毫米以上的降水称为“暴雨”。由于长期降雨或暴雨不能及时排入河道沟渠，造成城市积水，建筑设施冲毁淹没，即形成城市洪涝灾害。 北京市暴雨落区雨地形关系密切，在山的迎风坡有暴雨日数的高值区，最多地区位于怀柔，一年中暴雨主要集中在6-8月，大暴雨与特大暴雨主要集中在7月至8月上、中 旬

洪涝灾的危害 （1）整体防洪的影响。丰台西永定河河底比天安门还高，历史上永定河因暴雨洪水淹过北京前门一带。涝期到来，洪水对北京城市的威胁仍然存在。另外，洪水冲毁铁路、公路、输电线路等设施，将中断城市的运输、供电等。 （2）运转的影响。城市暴雨洪涝，立交桥、低洼处积水，使交通瘫痪，影响城市正常运转和市民正常生活。

3.大风 气象上将瞬时风速大于或等于17米/秒（风力大于等于8级）规定为大风,这一天不论大风持续时间长短，均记为大风日。 户外设施、供电线路、通讯线路等遭到损坏，影响交通等 影响环境质量 影响生命安全

4. 沙尘 浮尘、扬沙、沙尘暴天气统称为沙尘天气。 沙尘天气的危害 影响交通 出现沙尘天气时能见度很低，这对城市交通非常的不利。 2. 影响空气质量 出现沙尘天气时，空气中充满了微细的沙粒，可吸入颗粒物严重超标，空气质量恶化，尤其是北京主要污染物可吸入颗粒物

5.冰雹 冰雹是从发展强盛的积雨云中降落到地面的冰球或冰块。其直径一般为5～50毫米，大的可达30厘米以上，常给国民经济，人身安全带来严重危害。北京地区平均每年有27个雹日，年际变化大。全年最少降雹日为4个，1971年最多达46个。雹灾主要集中在6～10月，其中以6、7两个月居多，10月份最少。冰雹天气的产生不仅取决于气象条件，而且受地理条件影响很大。

6、雾 雾是由空气中水汽凝结或凝华而形成的，它对能见度有很大影响。气象观测规范上把水平能见度小于一万米的叫轻雾，水平能见度小于一千米叫雾。 雾是本市较为常见的灾害性天气之一，它具有出现几率高、发生范围广、危害程度大等特点。

7.雷电 雷击灾害是雷暴这种局地强对流天气出现时发生的一种气象灾害。 随着城市的发展，高层建筑和现代化通讯设备的增多，城市对雷电灾害越来越敏感；又由于城市热岛强度的增大，城市对流性天气增多，雷暴日数也随之增多。北京城区年雷暴日数由50年代的30多天增加到90年代的46天，事实证明雷击是城市现代化建设的一大灾害，必须认真研究对策。

8、积雪 可使交通瘫痪、电讯中断、塌房、以及市民摔倒骨折的事故。 如：2001年12月7日下午北京下了一场小雪，仅为1.8毫米的降雪，却引起了城市交通大堵塞，影响十分严重。2003年11月日6时到昨早6时，共接到变压器、电缆线的火警达到34起，大都是因为初冬的第一场大雪，使许多电线的外皮脱落、短路等引发火灾。全市受损树木1347万株，100多条供电线路受到影响，地铁13号线因铁轨结冰短时影响运行。

9.高温 以日最高气温≥35℃作为高温酷热天气的标准。 用长时间序列资料的观象台为代表分析高温日数的时间变化，结果表明，50、60年代高温日数较多，70、80年代有所下降，90年代开始迅速增多，1999年高温为21天，2000年达26天。

二、气象灾害对城市可持续发展的影响 1、城市是减灾的重点地区 随着经济和社会的发展，城市人口集中、建筑林立、商家云集、土地含金量大，气象灾害在城市造成经济损失的绝对值越来越加大。 2、北京的建设和发展，使城市气象灾害出现了新特点 城市建设规模扩张和城市群经济发达区域的出现等，使城市生态环境不同于农村，气象灾害在城市有明显的放大效应，而且产生了新的气象灾害。 3、城市“热岛效应”，加重了供水危机 城市地表对接收太阳辐射的特殊变化，使城市温度通常高于郊区，形成“城市热岛效应”，从而加重城市高温、超负荷用电等

4、城市地面径流加大，暴雨洪涝严重 城市高层建筑和热岛效应对气流的强迫抬升作用，加剧了城市暴雨、强雷雨和雷击等灾害性天气的突发频次。同时，城市不透水地面的增加，阻碍了雨水地表渗透，加大了地面径流，改变了水循环的自然过程，从而易出现城市内涝、交通堵塞等。

5、城市建筑“狭管效应”，大风灾害增多 由于城市高层建筑和布局的特点，空气流动产生的“狭管效应”会加重北京城市的大风灾害，吹毁设施、火灾增多、伤亡人员、污染空气等。 6、城市“浑浊”岛，空气污染严重 城市小气候的显著变化，增强了冬半年城市上空的逆温层，使城市排放出的污染气体不能向外扩散，空气十分浑浊，严重影响了北京城市的空气质量。

三、北京城市气象灾害的防、减灾对策和措施 目前，我国利用常规气象观测、气象卫星、多普勒雷达等现代化监测手段，促进了较大范围天气、灾害性天气预报准确得到了明显的提高。随着我国经济的快速发展，近年来一些城市开展了开始启动对闪电、能见度、雾等监测技术方面的研究，开展了气象灾害(强降水、雷电、沙尘)监测、预报、预警及对策研究。

1．气象灾害的监测 1、常规气象观测 包括：地面观测、高空观测、自动气象观测、雷达监测、气象卫星探测等 地面观测 气压、气温(最高、最低)、湿度、风、降水量、地温 高空观测 各标准等压面的位势高度、温度、湿度、风 自动气象观测 气压、气温(最高、最低)、湿度、风、降水量、地表温度 卫星 云、降水、沙尘暴、土壤墒情、洪涝 雷达 降水、雷电、冰雹

2、特殊气象灾害观测包括： 闪电定位仪 雷电 能见度自动观测仪 雾、沙尘暴 风沙流和尘沙流仪 横向风沙量 GPS 气柱水汽含量（大气可降水量） 风廓线仪 风、气温

灾害性天气短期预报业务流程 发布预报 灾害性天气 短期预报系统 中尺度模式预报 MICAPS显示系统 集成预报系统 地面 高空 实况 资料 分县降水量级预报方法 分县温度预报方法 分县冰雹预报方法 暴雨落区预报方法 大雪预报方法 大雾预报方法 初霜冻预报方法 MICAPS显示系统 集成预报系统 地面 高空 实况 资料 欧洲 日本 T106 HLAFS 卫星云图资料 多普勒雷达资料 逐时降水量预报 三小时风场预报 三小时温度预报 分县温度预报 分县冰雹预报 预报会商系统 最终预报结论 发布预报

城市气象灾害的 相关科学研究与试验 城市气象灾害演变规律及其与城市发展的相互关系研究 开展城区沥涝灾害研究。 城市化发展,使城区沥涝灾害增多,城区不透水地面（道路和房屋）面积增大使地面径流同步增大。 利用卫星遥感、常规气象要素观测、沙尘数值预报、天气概念模型，建立了沙尘暴监测、预警系统并投入试运行。对近两年冬、春季的沙尘进行了监测。对沙尘天气发生的机制、移动路线进行研究。2002年春季（3-5月）分别在北京延庆和南郊观象台观测进行了连续观测试验，观测项目包括 TSP、PM10和PM2.5以及降尘量。开展沙尘数值预报模式和沙尘抬升输送方案的研究。 对能见度与大气污染物浓度、地面气象要素进行相关性研究。

(2)城市生命线系统和城市重大建设工程的气象灾害风险评估技术研究（欠缺） (3) 城市气象灾害防御对策和减灾工程技术研究。为城市可持续发展和城市综合安全减灾管理提供气象科学依据。

四、北京在城市防灾、减灾上存在的问题 几十年来，北京市日益深入地开展了气象减灾工作，自北京减灾协会成立以来，使城市防灾减灾工作又向前推动了一步。但目前的减灾系统，针对城市的减灾相对薄弱，主要表现在以下几个方面。 1.对城市气象灾害的风险和城市防灾减灾的重要性缺乏应有的认识。 不论是政府管理部门还是社会各界对目前和今后北京城市可能遭遇哪些气象灾害，其风险程度多大，城市的抗灾能力如何，灾害到来时如何应对缺乏充分的认识，即城市气象安全意识不强。因此，对城市气象灾害的减灾缺乏全面的科学对策和长远规划，靠采取应急办法，尽管可以避过一时之灾，但不能更有效地消除灾害威胁，实现减灾目标。

2.北京城市气象灾害的监测、预测能力不适应首都的城市发展、生活水平提高和防灾减灾的需要 随着城市的发展，城市对大气环境的影响也越来越大，因而加剧了城市气象灾害的发生，如城市高温、干旱、局地暴雨和大风、浓雾等。因此，准确地监测、预测城市灾害性天气的发生、发展意义重大，但难度也是很大的。目前由于受大气探测手段的限制，所获取的资料密度小、时次和种类少，影响了对灾害性天气的监测、预测能力。北京市的气象台站建设基础相当薄弱，大气探测手段仍以人工读取为主，探测的自动化水平和精度不仅远落后于欧美等发达国家，而且也落后于国内的上海和广东，与首都的地位不相配。预测技术水平低。

3.城市气象灾害的形成机理、发生规律、防御措施的研究不够深入 在各类气象灾害中，研究较多的是暴雨和干旱，但是研究的对象主要是针对农业而言，而对城市洪涝和干旱的影响及防范对策研究相对还很少。城市的大雾、雷电、高温、风沙等灾害的监测、预测技术研究刚刚起步。因此，研究影响城市人民生活和城市生命线的气候灾害的形成机理、发生规律及防御措施对城市安全和可持续发展具有重要意义。

4.城市规划对气象因素考虑不够，抗灾能力不高 在城市建设规划中对立交桥、道路、排水管道设计等方面对气象条件考虑不够细致，目前只是考虑了需求的不同气象要素的平均状况，没有考虑极端情况，也没有针对不同地区、不同功能区对气象条件的需求而采取不同的设计方案，因此常常造成城市局部地区灾害严重，如：大风、洪涝、大气污染等等。

5.城市气象减灾管理有待加强 目前，缺乏有效的城市减灾管理系统，基本上是零散的、临时性的管理，缺少统一的组织管理机构，许多方面甚至还是空白。例如，至今没有建立城市灾情调查统计指标和灾害评估方法，城市灾情调查统计和管理极不规范；缺乏基本的城市减灾法规以及防灾、抗灾、救灾技术规程、标准，灾害管理和减灾行动缺乏法规支持和保障；城市减灾规划不系统，缺少长远规划；有些灾害没有制定可靠的抗灾、救灾应急预案，对突发性灾害缺乏必要的准备。因此，城市的减灾管理有待加强。

五、北京城市气象灾害的防灾减灾方案和措施 1、加强北京城市气象灾害的监测和预测 2、提高重大灾害性天气预测水平 3、加强气象科学研究和气象科学实验 4、建立北京市主要气象灾害救援决策服务系统

近期工作重点 1、积极申请课题 2、研究工作 沙尘天气数值预报 城市发展对城市降水的影响研究 城市热岛效应对城市强对流天气的影响研究 城市发展与城市气象灾害的关系 城市气象灾害风险定量评估技术研究 基于GIS的城市沥涝预报预警系统研究 2、研究工作 沙尘天气数值预报 城市发展对城市降水的影响研究 城市热岛效应对城市强对流天气的影响研究

谢谢，请提宝贵意见！

7.10降水MM5模拟结果 7.10降水WRF模拟结果