北京市氣象局 姚學祥

中國氣象局北京城市氣象研究所 李青春

北京減災學會 韓淑云

北京市位于北緯39°28′～41°05′，東經(jīng)115°25′ ～117°30′之間的華北平原北端，屬于暖溫帶半濕潤半干旱的季風型大陸性氣候，四季分明，冬季最長，夏季次之，春秋較短。冬季盛行西北風，夏季盛行偏南風。北京地區(qū)較為常見的氣象災害天氣，有暴雨、雷暴、霧霾、干旱、冰雪、高溫、大風、冰雹、寒潮、沙塵等。

北京周邊地形復雜。北面是燕山山脈，西部地處太行山北部，東部、南部是平坦的華北平原。在這片土地上既有山地、平原，又有城市和海陸，形成了復雜的地理環(huán)境。復雜的下墊面，引發(fā)山谷風環(huán)流、海陸風環(huán)流和城市熱島環(huán)流，它們相互耦合作用，對區(qū)域天氣氣候、災害性天氣的形成具有重要影響。

大規(guī)模城市化建設是我國經(jīng)濟社會發(fā)展的主要驅(qū)動力和重大戰(zhàn)略。進入21世紀，我國城市化進入快速發(fā)展階段。隨著人口快速增長和城市規(guī)模迅速擴大，首都北京的生態(tài)環(huán)境和局地天氣氣候特征的改變逐漸顯現(xiàn)。由于城市人口、資產(chǎn)的高度密集，對水、電、氣、道路、通訊等生命線工程的依賴程度越來越高，而城市基礎設施遠跟不上它的快速發(fā)展，使城市的脆弱性逐漸顯現(xiàn)。在這種情況下，如有不利的天氣出現(xiàn)，極易造成各種氣象災害及衍生災害。因此，城市化程度越高，氣象災害事件對城市的破壞性以及造成的損失就越嚴重。

北京城市氣象災害及影響

近年來，隨著北京城市的快速發(fā)展，城市熱島效應的影響以及能源消耗帶來的大氣環(huán)境問題日漸顯著。主要表現(xiàn)在：局地暴雨或強雷暴、高溫、重霧霾等極端天氣事件的頻次增多，特別是局地暴雨引發(fā)的城市內(nèi)澇災害事件不斷出現(xiàn)，對城市交通、居民生活和生命財產(chǎn)安全帶來明顯影響，受到社會各界的廣泛關(guān)注。

北京的暴雨內(nèi)澇災害

夏季，華北地區(qū)盛行偏南風，受地形抬升作用，北京的降水中心一般出現(xiàn)在山地與平原過渡區(qū)域和喇叭口地形等氣流輻合區(qū)域。

影響北京地區(qū)降水發(fā)生的頻次、落區(qū)及強度的因素十分復雜。除天氣系統(tǒng)、地形的影響外，由于城市熱島效應產(chǎn)生的熱力環(huán)流以及城郊溫度梯度增大，易于在傍晚前后形成局部強對流天氣，從而導致暴雨或強雷暴發(fā)生的頻率和強度增大。統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，城區(qū)及城區(qū)西部和東北部出現(xiàn)大雨或暴雨以上的降水天數(shù)多，其次在位于喇叭口地形的懷柔和密云南部等地降水天數(shù)也較多，所以，在城市排水不暢地區(qū)，便形成多起城市內(nèi)澇災害。

圖1 1980-2011年降雨累計日數(shù)分布圖

令人記憶猶新的是，2004年7月10日16 時～22 時受β中尺度對流系統(tǒng)的影響，北京城區(qū)出現(xiàn)局地大暴雨，降水量分布極不均勻（圖2）。城區(qū)平均降水量為57 毫米，其中紫竹院公園降水量最大為125 毫米、其次是天壇公園為104 毫米。豐臺降雨強度最大為每小時52 毫米，每10 分鐘23 毫米。暴雨造成城區(qū)部分地區(qū)嚴重積水，有21 條路段嚴重擁堵。市區(qū)主要干線的立交橋下積水嚴重，蓮花橋下積水深達1.5 米，市區(qū)至少有8 處立交橋區(qū)交通癱瘓。暴雨致使地下設施遭水淹，出現(xiàn)電路跳閘，供電中斷，房屋漏水、進水，部分危房倒塌等災情，形成了嚴重的城市內(nèi)澇災害。

圖2 （a）北京2004年“7·10”局地暴雨的降水量分布

圖3 2011年“6·23”北京局地大暴雨過程的雷達估算降水量、總降水量分布圖

北京“7·10”局地特大暴雨之后，發(fā)生在城區(qū)及周邊的大于每小時70 毫米的局地暴雨天氣頻繁發(fā)生，引發(fā)城區(qū)暴雨內(nèi)澇災害的暴雨天氣過程達13次以上。受東移的高空低渦和暖濕氣流影響，2011年6月23日傍晚至夜間出現(xiàn)全市性暴雨，城區(qū)西部出現(xiàn)局地大暴雨（圖3）。石景山區(qū)模式口村降水量最大215 毫米，雕塑公園164 毫米。城區(qū)西部災情嚴重，有多處路段由于嚴重積水而不能通行，不少汽車被困水中。北京地鐵多條線路進水運營受影響，部分站點停運（1 號線、13 號線進水停運）。此次降雨正值北京交通晚高峰，對市民出行造成較為嚴重影響。首都機場100 多趟航班被取消，上千旅客滯留。朝陽區(qū)兩名男子先后因接觸帶電積水而遭電擊，其中一人不幸身亡，石景山兩名男子不慎落入被大水沖開井蓋的馬路深井不幸身亡。

更令人觸目驚心的是，2012年“7·21”北京全市性大暴雨到特大暴雨過程造成的“城市之殤”。此次天氣過程是由高空冷空氣和西南強暖濕空氣共同影響而造成的，降水量在100～250毫米以上的大暴雨占全市90%以上（圖4）。全市平均降雨量170 毫米（水文+氣象），最大降雨量出現(xiàn)在房山區(qū)河北鎮(zhèn)，達460 毫米（水文站），突破了1951年以來朝陽區(qū)最大降雨量418.4 毫米的歷史記錄。城區(qū)石景山模式口降水量最大為328.0 毫米。北京市氣象臺于7月21日上午至下午15 時30 分期間發(fā)布3 次暴雨黃色預警信號，18 時30 分～22 時發(fā)布2 次暴雨橙色預警信號（多年來首次發(fā)布）。另外，21日分別發(fā)布了山洪地質(zhì)災害氣象風險預警3 期、中小河流洪水災害氣象風險3 期、聯(lián)合發(fā)布地質(zhì)災害預警1 期。

受“7·21”大暴雨和特大暴雨影響，城區(qū)63 處主要道路發(fā)生積水，31 處路面塌方，5 條運行地鐵線路的12個站口因漏雨或進水臨時封閉，機場線東直門至T3 航站樓段停運。首都機場545 架以上的航班被取消，京原等8 條鐵路線路臨時停運。受大暴雨和特大暴雨影響，房山、門頭溝、平谷等地出現(xiàn)山洪、泥石流、山體滑坡、塌陷等地質(zhì)災害，尤其是房山地區(qū)災情嚴重。這次強降水過程在北京區(qū)域有79 人遇難。全市受災面積達1.6 萬平方千米，其中成災面積1.4 萬平方千米。全市受災人口190萬人，其中房山區(qū)80 萬人。全市經(jīng)濟損失超過116 億元。

北京的霧霾天氣與大氣污染

近十年來，霧、霾成為最為常見的災害性天氣。霧、霾具有出現(xiàn)幾率高、影響范圍廣、危害程度大等特點。隨著城市規(guī)模的迅速擴大、人口的增加以及工業(yè)、機動車排放量的增多，霧、霾相伴出現(xiàn)的霧霾天氣明顯增多。2013年1～3月，北京及周邊地區(qū)多次出現(xiàn)大范圍霧霾天氣。北京、天津、石家莊出現(xiàn)霧霾日數(shù)分別為47 天、59 天和64 天，比近10年同期平均值明顯偏多20 天以上，為近10年來最多。持續(xù)性重霧霾天氣降低能見度影響交通運輸，使飛機起降受阻、高速公路關(guān)閉。伴隨連續(xù)數(shù)日的霧霾天氣，大氣污染加重，空氣中的有害物質(zhì)較多，對人體健康產(chǎn)生影響。另外，大霧、濃霧天氣濕度大，輸電線路因發(fā)生“污閃”而掉閘，引起停電事故。

北京的城市高溫災害

從二十世紀90年代后期開始，北京城區(qū)的高溫頻次呈增多趨勢（圖5）。夏季，城區(qū)氣象觀測站的多年平均高溫日數(shù)為8.1 天，比郊區(qū)站4.8 天明顯偏多。近年來，由于區(qū)域性氣溫呈升高趨勢，再加上城市熱島效應，城區(qū)的高溫災害強度要比郊區(qū)更加嚴重，造成城市供水、供電緊張，加劇城市干旱程度，嚴重影響城市居民的生產(chǎn)、生活。

圖4 （a）2012年“7·21”北京特大暴雨過程總降水量分布圖 （b）特大暴雨過程預警信號發(fā)布時間圖

圖5 北京城區(qū)、郊區(qū)的夏季高溫日數(shù)逐年變化

2013年7月下旬和8月中旬，出現(xiàn)持續(xù)性悶熱天氣，觀象臺累計悶熱日數(shù)為12 天。7月30日16 時34 分，北京地區(qū)電網(wǎng)最大負荷達到1679.7 萬千瓦，突破了2010年出現(xiàn)的歷史最高紀錄1666 萬千瓦；7月25日，城區(qū)日供水量創(chuàng)出北京百年歷史新高，達289.2 萬立方米。8月中下旬的悶熱天氣，使得北京城區(qū)日供水量及電力負荷再次創(chuàng)新高。8月15日，北京地區(qū)電網(wǎng)最大負荷達到1775.95 萬千瓦，再次突破歷史最高紀錄；8月26日城區(qū)日供水量創(chuàng)出歷史新高，達298 萬立方米。

2014年7月10日至15日，北京連續(xù)高溫。10日、11日、14日和15日，在一周內(nèi)有4 天城區(qū)日供水量超過300 萬立方米，均破2013年最高日供水量298 萬立方米的歷史紀錄。

北京的雷電災害

雷擊是城市現(xiàn)代化設施的一大災害，雷電直接影響著通訊、供電、航空以及諸多古建筑的安全。隨著城市高層建筑物不斷增多，城市的微電子設備、通訊系統(tǒng)、家用電器的普遍使用，城市對雷電的影響越來越敏感。城市熱島強度的增大使城市的對流性天氣增多，雷暴日數(shù)也隨之增多，導致雷電造成的災害損失呈上升趨勢。另外，城市安全運行對信息技術(shù)的依賴性也愈來愈大，如果一次強雷電的電磁波感應造成計算機和網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)癱瘓，其后果不堪設想。

2011年6月23、24日，北京強對流天氣產(chǎn)生的雷擊共造成134 次10 千伏線路故障，6 座市政泵站外電源停電。2013年8月11日北京市出現(xiàn)大面積雷電天氣，其中，首都機場及其附近約52 平方千米的范圍內(nèi)共發(fā)生閃電48次，一名保潔員遭雷擊身亡。

北京的城市低溫冰雪災害

冬季冰雪災害一般與降雪量、積雪深度和降溫幅度有關(guān)。降雪發(fā)生后，對城市上凸和下凹式立交橋、軌道交通的影響最大。2001年12月7日下午北京下了一場僅為1.8 毫米的小雪，由于路面結(jié)冰影響車輛正常行駛，而引起了城市交通大堵塞。由于大雪的附著，使電線、通訊線路中斷，危舊房屋倒塌，樹木受損等。另外，持續(xù)降溫天氣還會導致城市的能源供應緊張，影響城市生活和正常運行。

北京的其他氣象災害

夏季，強對流天氣帶來的大風、冰雹天氣使室外設施、汽車等遭到不同程度的損害，對人身安全產(chǎn)生不利影響。北京城區(qū)的大風日數(shù)、年最大風速、年平均風速逐年變化，呈現(xiàn)出減小的趨勢。但由于城市高層建筑林立，在一定環(huán)境風場條件下，高層建筑間出現(xiàn)的“狹管效應”導致街巷內(nèi)出現(xiàn)瞬時強風現(xiàn)象，時常出現(xiàn)戶外廣告牌、樹木被刮倒，造成意外傷害等事故。

城市氣象災害的減災措施與應急管理

減災措施

針對城市暴雨洪澇災害，要加強水利防洪設施的建設和改造，加強城市排水系統(tǒng)改造、河道整治等。其中用雨水利用工程緩解突發(fā)暴雨積澇，改善城市下墊面透水性、擴大城市綠化面積，促進土壤對雨水吸收的做法值得推廣。針對城市高溫熱害，要減緩城市熱島效應影響，科學設計房屋建筑布局，擴大城市綠地覆蓋率，建設環(huán)城水系，增加城區(qū)水域面積和噴灑水設施，減少人為熱和溫室氣體排放。對于嚴重城市霧霾天氣，要加大治理大氣污染力度，規(guī)范霧霾觀測與預報、預警等級氣象行業(yè)標準，建立不同氣象條件下大氣污染物排放指導標準和不同污染物排放的控制方案。優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局、提高清潔能源比重，建立區(qū)域“聯(lián)防聯(lián)控”機制，根據(jù)氣象擴散條件實現(xiàn)動態(tài)調(diào)控污染物排放。

城市減災、防災要從城市規(guī)劃抓起。城市規(guī)劃設計和城市基礎建設，要嚴格執(zhí)行國家、行業(yè)、地方標準，以及災害防御法律法規(guī)。加強防災減災基礎設施建設和改造，解決城市基礎設施存在的諸多問題，降低不利氣候條件對城市的影響。

為了防御和減輕極端天氣的影響，在制定《城市防災減災規(guī)劃》中要充分考慮極端天氣氣候事件給城市系統(tǒng)帶來的災害影響，把氣象災害防御提到一個十分重要的位置。目前，北京區(qū)縣級政府大部分已經(jīng)編制、印發(fā)了本地氣象災害防御規(guī)劃。

氣象災害的監(jiān)測預警

氣象部門要提升災害天氣的預報、預警能力。提高災害天氣預報的精準度，開展城市生命線氣象服務關(guān)鍵技術(shù)、大氣污染氣象條件預報與防治技術(shù)、云水資源利用技術(shù)研究，推進分區(qū)預警業(yè)務，提升氣象災害預警信息發(fā)布能力，完善預警信息傳播手段，拓展發(fā)布渠道。積極開展氣象災害風險評估工作，并根據(jù)風險區(qū)劃制定氣象災害防御規(guī)劃和具體防災措施。

城市氣象災害的應急管理

目前，在北京市依據(jù)部門行業(yè)和不同災害種類而編制的各類城市災害應急預案較為完善。專項應急預案分為，自然災害、事故災難、公共衛(wèi)生事件、社會安全事件4 類，共計35 項，直接與氣象災害有關(guān)的預案超過10種，其它災種也都需要提供氣象服務。

建立和完善氣象部門與公安、交通、水務、市政市容、環(huán)保、國土資源、民政等部門的業(yè)務合作，建立氣象災害應急聯(lián)動機構(gòu)（見圖6）和聯(lián)動機制。

北京市防汛指揮系統(tǒng)，實現(xiàn)了即時預警、快速指揮、同步響應的四級實時聯(lián)動。市氣象局提供氣象預報服務（發(fā)布氣象預警、半小時1 次降水實況、積水點預報）。市防汛辦參加市氣象臺視頻會商（遇有天氣隨時啟動視頻會商）。氣象預警級別與應急響應級別直接掛鉤，實現(xiàn)市、區(qū)縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道、行政村（社區(qū)）四級應急聯(lián)動。

氣象部門在霧霾重污染天氣的聯(lián)防聯(lián)控中發(fā)揮重要作用。中央成立了“京津冀及周邊地區(qū)大氣污染防治協(xié)作小組”，氣象部門與環(huán)保部門聯(lián)合發(fā)布北京市大氣污染預警信號。當發(fā)布重污染橙色預警時，實施停產(chǎn)限產(chǎn)、重型車輛禁止上路行駛；發(fā)布紅色預警時，機動車單雙號出行、重型車輛禁止上路行駛、實施停產(chǎn)限產(chǎn)。

北京市掃雪鏟冰指揮系統(tǒng)。氣象部門預報小雪時，立即出動除雪車輛進行作業(yè)，做到隨降雪、隨除雪。中雪、大雪或連續(xù)降雪時，出動全部多功能機械除雪車輛，對路面積雪進行推雪、掃雪，同時噴灑融雪劑融雪，保障車行道不結(jié)冰。

圖6 北京氣象局與應急專項指揮部、應急協(xié)調(diào)小組成員單位的部門聯(lián)動機構(gòu)

當氣象災害將要發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生時，氣象部門的預警發(fā)布之后，應急預案啟動。在市領(lǐng)導的統(tǒng)一指揮下，充分利用氣象監(jiān)測、預報預警信息，調(diào)動各級政府、部門以及一切社會力量開展氣象災害防御和救助工作，盡最大力量把災害損失降到最低。