4.3 土地利用的改变与气溶胶浓度增加对降水的影响
各组试验之差从2008年6月27日08：00至6月28日08：00地表平均温度之差的分布（U1A0-U0A0、U1A1-U1A0及U1A1-U0A0）不难看出，由于城市化带来土地利用/土地覆盖的变化，通过改变地表反照率以及建筑物的拦截效应吸收了更多的太阳辐射，最终导致市区温度明显升高，形成热岛。北京、天津及河北各城市的地表温度明显高于周边郊区，城市与郊区的平均温度差为2.93℃。此外，由于气溶胶的直接效应，对太阳辐射有吸收/散射作用，使得到达地面的太阳辐射能减少，地表温度降低。在气溶胶浓度较大的北京、天津及河北省石家庄和保定等较大城市，地表温度的降低更加显著。与城市热岛效应不同，气溶胶对温度的影响不仅仅局限在排放量较高的城区，其影响范围更大。而在土地利用变化和气溶胶浓度增加的共同作用下，京津冀大部分地区受气溶胶直接效应的影响更显著，使得地表温度呈现出降低特点，但是在城区由于热岛效应更加显著，抵消了气溶胶的直接效应，导致城区温度仍然高于周边地区。
对各组试验在降水过程中平均的整层大气在过饱和度为0.1%情况下的云凝结核数之差的分布（U1A0-U0A0，U1A1-U1A0和U1A1-U0A0）进行了分析。结果发现，城市土地利用/土地覆盖使整层大气的云凝结核数稍有减少，这与城市化对于这次降水过程的影响有关。人为气溶胶的浓度增加对该地区此次降水过程中云凝结核数具有明显的增加作用，D3区域中平均增加了11.24×108 个/cm2。气溶胶充当云凝结核可以改变云的物理特征和辐射特征（气溶胶间接效应），同样会影响城市及其周边地区的降水 （Rosenfeld，2000），对于此次强降水的发展和空间分布具有重要的影响。此外，对于降水过程中平均整层大气云滴数和云水路径的分析可以看出，城市土地利用/土地覆盖对于整层大气云滴数目和云水路径的影响并不大，而气溶胶通过充当云凝结核使得该地区的云滴数明显增加，并且云水路径LWP在北京以南，即降水量最大的区域显著增加。
模拟结果表明，城市土地利用变化和气溶胶浓度增加对降水过程有不同的影响，图4.1（b）～（f）给出了表4.2所示的各组试验从6月27日14：00至6月28日02：00累积降水之差，分别代表土地利用、气溶胶 （直接/间接）效应对此次强降水的影响。如图4.2（b）所示，城市土地利用造成了北京市西北面 （R1）降水增加，而在北京市东南面（R2）降水减少。用式（4.1）来计算各组试验的降水偏差：
城市下垫面造成R1区域降水增加了10.67%，而R2区域降水减少了6.13%，这与第2章中利用WRF模式进行集合模拟的结论是类似的，即城市化造成了北京市区及其西北侧的降水增加，而东南面降水减少。这是由于城市化造成的下垫面的改变影响了这次降水过程中锋面系统的移动，从而影响到降水过程及其空间分布。图4.1（c）给出了气溶胶对于降水分布的影响，研究发现，累积降水在R1区域减少了35.43%，而在R2区域增加了27.53%。比较图4.1（b）和（c）可以看出，城市化带来的气溶胶的浓度增加对于这次降水的影响与土地利用/土地覆盖的变化正好相反，并且气溶胶的作用更加重要。图4.1（d）给出了两者共同作用下城市化对于这次降水空间分布的影响。结果发现，在两者的共同作用下R1区域降水减少了28.53%，而R2区域增加了19.72%。综上所述，在这次强降水过程中，城市化所带来的人为气溶胶的浓度增加与土地利用/土地覆盖对降水的影响具有相反的作用，并且气溶胶的影响更加重要，最终导致了累积降水在北京市西北部明显减少，而在北京市的东南部，即降水最强的区域降水量显著增加。(https://www.daowen.com)
图4.3（a）为U0A0试验从2008年6月27日14：00至6月28日02：00降水率沿图4.1（f）中直线AB的时间-经度剖面图。可以看出，此次降水过程在京津冀地区从西北向东南方向移动。图4.3（b）和（c）分别表示城市化导致的土地利用变化和气溶胶对降水过程的影响。城市土地利用/土地覆盖使得降水率在北京市的西北部 （上游地区R1）明显增加，而在东南部（下游地区）显著减少。在第2章中曾说明，城市化改变了土地利用类型，不仅使得城区温度增加形成热岛现象，还影响了降水锋面的移动过程，使得冷锋移动速度减慢，北京市区最强降水发生的时间延迟，但是降水强度明显增强。与此相反，气溶胶的增加则导致了北京市西北侧（上游地区R1）降水强度减少，而在北京市东南侧（下游地区R2）降水强度显著增加。通过比较图4.3（b）和 （c），还可以看出，气溶胶对于降水的影响明显大于土地利用类型改变的影响。图4.3（d）给出了在两者的共同作用下，城市化对于这次强降水过程的影响，结果表明，在考虑了土地利用类型的改变和气溶胶的综合效应之后，降水在上游地区明显减少，而在下游地区显著增加。
综上所述，在这次京津冀地区夏季强降水过程中，城市化造成了地表土地利用/土地覆盖的变化，地表接收到更多的太阳辐射，使得城区的温度高于周边地区，此外，城市土地利用的改变减少了整层大气冷平流输送，减慢了此次降水过程中锋面移动速度 （见第2章），最终造成上游地区 （北京市及其西北部）降水增多，而下游地区 （北京市东南部）降水显著减少。另外，城市化造成的大量污染物的排放同样影响了这次降水过程，气溶胶通过直接/间接效应影响降水，最终导致降水在上游地区 （北京市及其西北部）减少，而下游地区（北京市东南部）显著增加。气溶胶的浓度增加与城市下垫面的改变对于此次降水过程具有相反的效应，并且气溶胶对此次降水的影响更为重要，在两者的共同作用下，上游地区降水减少，下游地区降水增加。在下一部分中，将通过敏感性试验分别讨论气溶胶的直接效应、间接效应对降水的影响，并且进一步探究气溶胶影响此次降水的机制。
图4.3 沿AB降水率的时间-经度剖面
