中国地质大学（武汉）环境学院大气科学系近期发表于Geophysical Research Letters的研究工作发现，城市化放大了中国东部城市群降水变化的不对称性。
在全球变暖的背景下，中国东部城市地区热浪和洪涝事件频发，危害人们的生命财产安全。虽然中国东部降水量呈现出的小雨减少和暴雨增加的不对称变化已经得到了广泛的研究和证实，但是城市化在降水的这种不对称性变化的发挥的作用并不明晰。针对该问题，中国地质大学（武汉）环境学院大气科学系顾西辉教授课题组的研究工作取得重要进展。
图1 城市化放大降水变化的不对称性
研究发现，自1980年以来，长三角地区城市面积迅速增加，城市化程度逐渐加深。在全球变暖的背景下，1961-2019年间长三角地区雨季降水量呈现暴雨量增加、小雨量在减少的不对称性变化，而城市化放大了这种降水变化的不对称性，即城市化导致小雨减少和暴雨增加的幅度都更加强烈。长三角地区城市站和乡村站小雨和暴雨的变化趋势及城市化的贡献的定量分析结果表明：城市地区小雨减少的趋势为: -0.22mm/decade，农村地区小雨减少的趋势为-0.12mm/decade，城市化对小雨减少的贡献44.4%；城市地区暴雨增加趋势为 +20.1mm/decade，农村地区暴雨增加的趋势为 +14.8mm/decade，城市化对暴雨增加的贡献为26.4%。这种城市化对降水变化不对称性的放大作用可以通过如下的机制来解释。在小雨及无雨期间，城市地区近地面气温的增温趋势更大，近地面气温的快速上升增大了城市地区大气的水分需求，但由于城市化进程扩大了不透水表面，从而抑制了土壤和植物的实际蒸发量，导致城市地区实际蒸散发量减少得更多。一方面，由于实际蒸发量减少较多，导致城市地区相对湿度下降更快，水汽压差增加，这导致了城市干岛效应的形成和发展。在这种更加干燥的水分条件和更高的水气压差条件下，降水发生的可能性降低，从而使城市地区的小雨更快地减少。在另一方面，城市实际蒸散发量的减少会降低本地降水的循环率（即降水来源于本地蒸发量的百分比），进而制约水汽向降水的转化。在这些因素的综合影响下，城市地区小雨减少的幅度更大。而在暴雨期间，城市地区的大气持水能力增大的速度远高于农村地区，当雨季满足大规模水汽输送和水汽汇合的条件时，大气持水能力增大可能导致城市地区出现更强的强降水。除了这种热力和水汽效应，城市热岛效应和地表粗糙度对强降水的热力学效应也发挥了重要作用，它们导致低层大气不稳定性增大，水平辐合增强，从而强化了城市地区的对流系统。在这些因素的综合影响下，城市地区暴雨增加的幅度更大。
图2 城市化对降水变化不对称性的影响机制
该研究工作由中国地质大学（武汉）环境学院硕士研究生余晓洁、顾西辉和刘剑宇教授等共同完成，研究工作得到国家自然科学基金项目（U1911205、41901041）等资助。
近期，该文章被Nature作为亮点研究，以题为“Extreme rains are drenching China’s booming cities”进行专文报到。
参考文献：
Yu Xiaojie, Gu Xihui, Kong Dongdong, Zhang Qiang, Cao Qian, Louise J. Slater, Ren Guoyu, Luo Ming, Li Jianfeng, Liu Jianyu, Cheng Jianmei, Li Yanan. Asymmetrical Shift Toward Less Light and More Heavy Precipitation in an Urban Agglomeration of East China: Intensification by Urbanization. Geophysical Research Letters, 2022, 49, 2021GL097046.
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021GL097046
图/文：顾西辉
