2004年7月10日北京城区局地暴雨分析（二）论文

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1、2004年7月10日北京城区局地暴雨分析（二）论文二、降雨成因分析强降水的形成通常受多种因素影响，与此相关的因素却极为复杂。而且它们彼此之间交叉反馈，相互影响，形成各种各样的有利与不利条件。这些因素的变化，不仅与大雨滴增长和降落的物理过程密切相关，而且与强降水的降水效率也有很大的关联。无论是宏观、微观，或哪一种尺度的影响因素，它们都是错综复杂的.freel/s以上的较大范围的西南气流出现在雨区的南侧，而且主要出现在降雨发展阶段。随着降雨的加强，西南风急流的南风分量不断加强。南风分量的加强，意味着水汽输送能力

2、的加强。强降雨发展前和发展期间，大量的暖湿气流被输送到雨区来，为这次强降水的发展提供了充沛的水汽条件。另外，在急流中，风的垂直切变很大，使大气层结处于极不稳定状态。为中尺度系统的发展提供了有利条件。4、城市小气候影响北京是个热岛效应很强烈的城市，一般来讲，在同纬度地区，北京的日平均温度和年平均温度最高，而热力条件是降雨产生的一个必要条件，因此，这次暴雨的落区在北京城区内也就不足为奇了。然而，温度的高低并不能代表这个地区的降雨一定充沛或是一定不足。降水的产生受多种因素的制约，如季风、大尺度环流系统、局地地形、

3、小气候因子等等。我们这里讨论的是这种地方性小气候对降水产生的影响。北京7月上旬的湿度一直维持在一个较高数值。这种低层高温、高湿状态在北京气候史上曾多次出现，已经成为很具地方特点的一种小气候特征。这种状态除了与低气压，空气不易扩散相联系，还与一些城市因子有关。如在石景山地区，石景山电厂、首都钢铁公司厂区内都设置了排放量很大的工业用烟囱，因为生产需要，这些烟囱昼夜不停地向空中排放废气。一方面，高温的废气对低层大气起到加温、增湿的作用，另一方面，烟囱中排放、汽车排放、空调制冷等在对空气加热的同时排放出来的细小尘粒

4、大大增加了空气中气熔胶的数量使下层由于低气压而扩散不开的水汽大量附着，悬浮在大气低层。这就使得北京城市地区下层具备了优于周边地区的产生降雨的有利条件。根据这个假设，我们对历史资料进行模拟分析。验证低层大气加热和污染物的增加对降水系统产生的影响。结果发现，每当大的降水系统，特别是稳定的降水系统经过湿润的水体上空及周围地区时，降雨强度加大，降雨总量也有明显加大；同一降水系统经过下方有加热和污染物存在的地点时，降水强度也会有明显加大，降水总量也明显增多，与水体的加湿作用相类似。从2004年7月10日之后的几场大雨

5、来看也得出同样的结论：北京城区降水量在各地的分布有很大差异，大的雨量点总是出现在较大的水体上空和空气污染物较多的地方。这些地点小气候特征明显，极易形成良好的不稳定能量聚集。这次强降雨的分布恰好吻合上述假设，因此，污染物的存在和下垫面空气的加热作用加剧了不稳定能量的产生。低空污染源不仅对环境造成恶劣影响，也对强降雨具有不可忽略的贡献。三、暴雨强度分析本次分析重点计算松林闸雨量站和天安门雨量站不同时段的降水量，根据北京市水文手册、北京市政暴雨强度公式，分别确定各时段降水量的重现期，见表5.、表6.。表5天安门站

6、雨量重现期计算时段(分钟)5101520304560901201802403601440雨量（毫米）19.030.04044.056.867.971.878.182.697.4102.8104.5106水文重现期（年）15201553市政重现期（年）20203015202015108表6松林闸站雨量重现期计算时段(分钟)5101520304560901201802403601440雨量（毫米）6.511.516.520.526.034.042.547.055.458.862.764.265.8水文重现期（年

7、）1.52321.5市政重现期（年）0.40.50.80.90.91.31.81.82根据计算可以看出，本次局地暴雨的总量并不是特大，其24小时降水值的重现期为1.5～3年，远远低于北京城市河道现有的防洪设计标准。因此，本次暴雨并没有给城市河道防洪带来压力。本次暴雨的短历时降水非常大，降雨强度高，暴雨中心10分钟、30分钟、45分钟、60分钟等几个特短历时降雨强度重现期超过15年一遇，而北京城区目前大部分排水管道均按照0.5年、1年、2年一遇的标准设计。因此可以说，降水强度超出排水设计能力是此次暴雨中心区发

8、生了大面积积水情况的主要原因之一。四、暴雨产汇流计算本次计算以城市中心区为计算区，面积为94平方公里，雨量及雨型直接采用天安门雨量站资料。该区不透水面积大于70%，径流系数采用0.6。根据计算区域总降水量996.4万立方米，产流量597.8万立方米。汇流采用纳须瞬时单位线模型计算。瞬时单位线就是在瞬时（无限小的时段）内，流域上降一个单位的地面净雨（水量）在出口断面形成的地面径流过程线，通常以u(0,t)表示。瞬时