5.4.1　平均降水

首先，主要分析城市化带来的土地利用的改变与气溶胶的浓度增加对于长三角地区极端降水的影响。将每个格点的极端降水定义为日降水量超过2006—2010年整个夏季95%百分位。图5.4分别给出了城市化效应（土地覆盖、气溶胶以及两者共同作用）对南京、上海、苏州—无锡—常州极端降水的日变化的影响。可以看出，城市土地覆盖增加了这三个城市午后（12：00—20：00）极端降水的概率。南京、上海、苏州—无锡—常州的极端降水频率最大增加量分别为0.86%、1.09%和0.79%，且最大值出现在正午。与此相反，气溶胶的浓度增加减少了这三个城市极端降水的频率，最大减少量分别为1.05%、0.75%和0.72%。这三个城市极端降水的最大频率约为10%，因此无论是土地覆盖还是气溶胶对于极端降水的影响都是十分重要的。此外，这两种效应对极端降水的作用相互抵消，因此城市土地利用的改变与气溶胶的效应对极端降水频率的影响并不大。

图5.4　城市化效应对夏季极端降水 （＞95%百分位）概率的影响

由于城市化对夏季极端降水的影响主要集中在午后，图5.5分别给出了土地利用的改变（LU06E70-LU70E70）与气溶胶浓度增加 （LU70E06-LU70E70）对12：00—20：00平均极端降水空间分布的影响。可以看出，城市土地覆盖的变化大大增加了长三角地区城区极端降水的频率，而在周围地区极端降水概率总体减少。气溶胶对该地区夏季极端降水概率总体呈减少作用，但是这种作用不仅仅局限在城区。气溶胶对极端降水的减少作用主要集中在模拟区域的西北部，这与该地区气溶胶浓度大量增加有关，如图5.5所示。

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图5.5　城市土地覆盖和气溶胶浓度增加对于夏季午后极端降水的影响

为了研究城市化造成的地表土地类型改变对极端降水频率的影响，图5.6（a）给出了城市土地类型改变对南京、上海、苏州—无锡—常州三个城市群平均温度（等值线）和散度（阴影）影响的日变化特征。由于城市热岛效应，城市地表及近地面的温度12：00—18：00显著增加。由于城市下垫面的改变，市区温度升高，且地表粗糙度也增大，最终造成了大气在低层辐合、在高层辐散。因此，在午后城区上空的垂直上升运动（等值线）明显增强。如图5.6（b）所示，由于城市的干岛效应 （周淑贞，1988；Wang and Gong，2010），在正午前后（11：00—13：00）低云量明显减少，而在14：00之后低层和高空的云水含量都显著增加，这是由于午后垂直上升运动加强，水汽上升凝结形成云滴造成的。因此，城市土地类型的改变可以导致市区午后极端降水的概率增加，这与前人对城市化影响短期降水的研究有类似之处（Rozoff et al.，2003；Wan et al.，2013；Zhong and Yang，2015）。为了研究气溶胶浓度增加对极端降水的影响，图5.7给出了气溶胶对辐射加热、垂直速度以及地表太阳辐射的影响。由于气溶胶对太阳辐射的吸收作用，白天大气中的辐射加热明显增加 （08：00—17：00），最终导致地表接收到的太阳辐射减少。这种异常上暖下冷的结构使得大气层结更加稳定，导致午后（14：00—20：00）的对流强度减小，最终造成了极端降水的减少，这种现象在过去的研究中也有所发现 （Qian et al.，2006；Zhao et al.，2006，2011）。尽管诸多研究表明 （Rosenfeld et al.，2000，2008）气溶胶可以增加云凝结核并且增强降水，但是在我国由于气溶胶光学厚度较大，并且具有较强的吸收性，气溶胶的辐射效应更为重要。

图5.6　LU70E06和LU70E70模拟的之差的时间-高度剖面