近40 年北京地區(qū)夏季降水日變化及不同持續(xù)時(shí)間降水事件的特征

趙瑋 郝翠 曹潔 周璇 盧俐

1 北京市氣象臺(tái), 北京100089

2 南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心, 南京210044

3 北京市氣象信息中心, 北京100089

1 引言

降水的時(shí)空分布、過程演變和不同時(shí)間尺度變化，對(duì)生態(tài)環(huán)境、水資源分布、水循環(huán)過程有著重要的調(diào)節(jié)作用。降水日變化是地球系統(tǒng)中大氣熱力和動(dòng)力過程對(duì)水循環(huán)過程綜合影響的結(jié)果（Sorooshian et al., 2002; Dai and Trenberth, 2004），涉及水汽相變和成云致雨的諸多物理和化學(xué)過程，又受到不同尺度?！憽?dú)饧皬?fù)雜地形的綜合影響（Yu et al., 2014; Zhu et al., 2020; Song and Wei,2021）。降水日變化不僅是表征精細(xì)化天氣過程或降水事件的一個(gè)重要物理特征（Jo et al., 2020; Ha et al., 2020; Park et al.,2021），也是氣候變化相關(guān)研究的重點(diǎn)（Li et al., 2008; Yuan et al., 2010; 張靈玲等, 2016; 李星雨等, 2018）。

以往的研究顯示，中國(guó)的降水具有明顯的日變化特征和很強(qiáng)的季節(jié)性、地域性特點(diǎn)（宇如聰和李建, 2016; 孔鋒等, 2017）。青藏高原地區(qū)夏季降水量和降水頻率表現(xiàn)出明顯的凌晨和傍晚的雙峰結(jié)構(gòu)，而降水強(qiáng)度的雙峰結(jié)構(gòu)卻不太明顯（胡亮等, 2010;段麗君等, 2017; 計(jì)曉龍等, 2017）。位于高原東側(cè)的四川盆地通常在后半夜降水量達(dá)到峰值（白愛娟等,2011 ）。我國(guó)東部的南北兩區(qū)域夏季降水表現(xiàn)為午后和清晨雙峰并存的特征（原韋華等, 2014; 趙玉春和王葉紅, 2020）。秦嶺南部降水量和降水頻率日峰值主要出現(xiàn)在夜間，而秦嶺北部降水量和頻率的日峰值出現(xiàn)在午后（張宏芳等, 2020）。海南島夏季降水量日變化峰值表現(xiàn)為單峰特點(diǎn)，出現(xiàn)在下午（Zhu et al., 2017）。華北夏季降水日峰值在太行山以西基本出現(xiàn)在傍晚；而在華北平原北部出現(xiàn)在深夜，在華北平原中南部出現(xiàn)在上午。華北地區(qū)夏季降水量、降水頻率的日變化呈現(xiàn)出典型的雙峰結(jié)構(gòu)（韓函等,2017）。北京位于華北平原北端，東臨渤海，西倚太行，北靠燕山，同時(shí)具有山地、平原和丘陵等地貌。境內(nèi)地勢(shì)總體西北高，東南低，山區(qū)與平原的地形落差、陸地與海洋的下墊面差異，加上近年來(lái)城市化快速發(fā)展等人類影響因素的共同作用，導(dǎo)致北京山區(qū)與平原、城區(qū)與郊區(qū)的降水氣候和日變化特征有著較大的差異，目前針對(duì)北京地區(qū)降水日變化的研究并不多（李建等, 2008; 楊萍等, 2017），提高對(duì)北京地區(qū)降水日變化的科學(xué)認(rèn)識(shí)，有助于我們準(zhǔn)確的把握降水的時(shí)空變化特征，提高精細(xì)化降水預(yù)報(bào)能力，合理利用和保護(hù)水資源，趨利避害。

本文中采用了北京地區(qū)20 個(gè)國(guó)家站近四十多年的逐時(shí)夏季降水資料，可以對(duì)該地區(qū)夏季降水日變化的長(zhǎng)期氣候特征演變趨勢(shì)及區(qū)域分布特點(diǎn)進(jìn)行更細(xì)致的分析，從而為深入地了解北京地區(qū)夏季降水局地氣候特征提供信息及依據(jù)。

2 資料和方法

2.1 資料

本文所用的降水資料為中國(guó)國(guó)家級(jí)地面氣象站逐小時(shí)降水?dāng)?shù)據(jù)集（V2.0）和北京地區(qū)自動(dòng)站逐小時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)。中國(guó)國(guó)家級(jí)地面氣象站逐小時(shí)降水?dāng)?shù)據(jù)集（V2.0）是由中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心提供，包含2100 余個(gè)國(guó)家級(jí)地面氣象站經(jīng)過嚴(yán)格質(zhì)量控制和一致性檢驗(yàn)后所形成的數(shù)據(jù)集（張強(qiáng)等,2016），該數(shù)據(jù)覆蓋時(shí)段為1951～2015 年。本文選取其中北京地區(qū)20 個(gè)國(guó)家站1980～2015 年6～8 月的逐小時(shí)降水?dāng)?shù)據(jù)（其中延慶佛爺頂站由于建站時(shí)間較晚，其資料長(zhǎng)度為1982～2015 年）作為研究資料的一部分。北京地區(qū)自動(dòng)站逐小時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)過北京市氣象局實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)流程的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，用于日常業(yè)務(wù)和科研（竇以文等, 2008），本文選取其中2016～2020 年6～8 月20 個(gè)國(guó)家站逐小時(shí)降水?dāng)?shù)據(jù)作為研究資料的另一部分，兩部分?jǐn)?shù)據(jù)組合成一套近40 年6～8 月北京地區(qū)20 站逐小時(shí)降水?dāng)?shù)據(jù)，用于北京地區(qū)降水日變化氣候態(tài)特征分析。圖1 為北京地區(qū)20 個(gè)國(guó)家站分布圖。

圖1 1980～2020 年北京地區(qū)20 個(gè)國(guó)家站位置分布圖（陰影為地形高度）Fig. 1 Location distribution of 20 national observation stations in Beijing from 1980 to 2020 . Shading denotes the topographic height

2.2 方法

將小時(shí)降水量大于等于0.1 mm 作為降水發(fā)生的判據(jù)（中國(guó)氣象局, 2003），對(duì)1980～2020 年6～8 月逐小時(shí)降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算多年平均夏季降水量、降水頻率、降水強(qiáng)度，篩選單站最大日降水量，用于降水的氣候特征分析；計(jì)算小時(shí)平均降水量、小時(shí)降水頻率和強(qiáng)度，用于降水日變化特征分析；參考Yu et al.（2007）和Zhou et al.（2008），統(tǒng)計(jì)不同降水持續(xù)時(shí)間、降水量日峰值（Peak Precipitation Amount，簡(jiǎn)稱PPA）、降水強(qiáng)度日峰值（Peak Precipitation ?ntensity，簡(jiǎn)稱PP?）和降水頻率日峰值（Peak Precipitation Frequency，簡(jiǎn)稱PPF）等。計(jì)算公式和統(tǒng)計(jì)方法如下：

（1）多年平均夏季降水量=（總降水量/總非缺測(cè)日數(shù)）×92d （mm）。

（2）夏季降水頻率=總降水日數(shù)/總非缺測(cè)日數(shù)×100%。

（3）夏季日降水強(qiáng)度=總降水量/總降水日數(shù)（mm d-1）。

（4）平均小時(shí)降水量PA=該時(shí)次總降水量/該時(shí)次非缺測(cè)小時(shí)數(shù)（mm h-1）。

（5）平均小時(shí)降水頻率PF=該時(shí)次有降水的小時(shí)數(shù)/該時(shí)次非缺測(cè)小時(shí)數(shù)×100%。

（6）降水強(qiáng)度P?=該時(shí)次總降水量/該時(shí)次有降水的小時(shí)數(shù)（mm h-1）。

持續(xù)時(shí)間的定義：某日第一個(gè)時(shí)刻降水量大于等于0.1 mm 記為降水開始時(shí)間，之后連續(xù)2 h 沒有降水，判定這次降水結(jié)束。將一次降水開始至結(jié)束的小時(shí)定義為其持續(xù)時(shí)間（李建等, 2008），以1 h 為間隔，對(duì)持續(xù)1～24 小時(shí)的降水進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，超過24 小時(shí)的持續(xù)降水事件不在本文的討論范圍內(nèi)。本文所有時(shí)間均為北京時(shí)。

K均值聚類分析方法：是一種經(jīng)典聚類算法，歸類原則是使相似的樣本盡可能劃分為一類（Nakamura et al., 2009; 鄭 穎 青 等, 2013; 周 穎 等,2020）。該算法是一種動(dòng)態(tài)聚類算法，其步驟是將數(shù)據(jù)分為K組，隨機(jī)選取K 個(gè)對(duì)象作為初始的聚類中心，然后計(jì)算每個(gè)對(duì)象與各個(gè)種子聚類中心之間的距離，把每個(gè)對(duì)象分配給距離它最近的聚類中心。聚類中心以及分配給它們的對(duì)象就代表一個(gè)聚類，直到聚類中心不再發(fā)生變化時(shí)結(jié)束，誤差平方和最小時(shí)分類效果最優(yōu)。

3 北京地區(qū)近40 年夏季降水的氣候特征

降水日變化具有很強(qiáng)的區(qū)域特征，例如四川盆地的降水具有夜雨特點(diǎn)，海南島夏季降水的峰值出現(xiàn)在午后。這些差異是多種因素共同作用的結(jié)果，其中區(qū)域降水的基本氣候特征是影響降水日變化的一個(gè)重要因素。本節(jié)利用1980～2020 年北京地區(qū)20 個(gè)國(guó)家站近40 年的降水觀測(cè)資料進(jìn)行氣候特征分析。從北京地區(qū)夏季近40 年平均降水量空間分布（圖2a）來(lái)看，降水量分布具有西北山區(qū)小，平原大，山區(qū)向平原過渡區(qū)的迎風(fēng)坡最大的特點(diǎn)。降水量的多寡與地形有很大的關(guān)聯(lián)，西北山區(qū)降水量小于300 mm 的三個(gè)站點(diǎn)位于延慶、懷柔、門頭溝的谷地，而同樣位于西北部山區(qū)的佛爺頂站由于坐落在山上，平均降水量高于山谷地區(qū)的三站，為325 mm。平原地區(qū)的降水量絕大多數(shù)超過了350 mm，位于平原向山區(qū)過渡的山前迎風(fēng)坡的東北部三站（懷柔、密云、平谷）和西南部淺山區(qū)向山區(qū)過渡的霞云嶺站多年平均降水量更是超過了400 mm。多年平均降水量最大值出現(xiàn)在東北部的密云站（442 mm），最小值出現(xiàn)在西北部的延慶站（269 mm），二者相差達(dá)150 mm 以上，可見北京地區(qū)夏季降水的區(qū)域差異之大。此外，北京地區(qū)全年平均降水量在600 mm 左右，近40 年夏季平均降水量為370 mm，約占全年降水的六成以上，和張慶云（1999）研究結(jié)果相近。可見夏季降水的豐沛與否將對(duì)北京地區(qū)水資源的多寡造成重要影響。圖2b 給出了20 站夏季多年平均降水頻率的空間分布。與降水量分布相反，平原降水頻率整體小于山區(qū)，降水頻率最大的站點(diǎn)是西北部的佛爺頂站，達(dá)到46%，比頻率最小的通州站多13%。西南部的霞云嶺站一枝獨(dú)秀，降水量和降水頻率均位列前茅。降水強(qiáng)度（圖2c）整體表現(xiàn)為西北弱，東部強(qiáng)，城區(qū)及南部居中的特點(diǎn)。宇如聰?shù)龋?021）研究了全國(guó)2100 個(gè)臺(tái)站5-9 月多年平均日降水強(qiáng)度，華北地區(qū)的日降水強(qiáng)度在5～6 mm d-1，北京地區(qū)6～8 月多年平均日降水強(qiáng)度為11 mm d-1；北京東部六站的平均降水強(qiáng)度為12 mm d-1，雖然二者研究的時(shí)間段有差異，但可以從側(cè)面反映北京地區(qū)夏季降水的強(qiáng)度還是較為可觀的。除了降水量、降水強(qiáng)度外，臺(tái)站在歷史上是否出現(xiàn)過特大暴雨也是表征強(qiáng)降水的一個(gè)方面。氣象業(yè)務(wù)中將日降水量大于等于250 mm 的降水定義為特大暴雨，圖2d 是北京地區(qū)夏季日最大降水量的空間分布，北京地區(qū)20 個(gè)站點(diǎn)中有9 個(gè)站點(diǎn)日最大降水量超過了250 mm，這些站點(diǎn)集中分布在40°N 以南的平原和西部山前，位于城區(qū)和南部人口密集區(qū)域。綜上可見，北京雖然是北方城市，但是其夏季降水的強(qiáng)度和極端性均不低，致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)高。因此研究北京降水的氣候特征及日變化特征非常必要。

圖2 1980～2020 年北京地區(qū)20 站（圓點(diǎn)）夏季（a）平均降水量（單位：mm）、（b）平均降水頻率、（c）平均日降水強(qiáng)度（單位： mm d-1）、（d）日最大降水量（單位：mm）空間分布（陰影為地形高度）Fig. 2 Spatial distribution of (a) the average precipitation amount (units: mm), (b) average precipitation frequency, (c) average daily precipitation intensity (units: mm d-1), and (d) maximum daily precipitation amount (units: mm) at 20 stations (dots) in Beijing in the summer from 1980 to 2020.Shading denotes the topographic height

4 北京地區(qū)近40 年夏季降水日變化的基本特征

4.1 北京夏季區(qū)域平均降水日變化特征

從圖3 可以看出，1980～2020 年北京夏季區(qū)域平均降水量日變化主體呈單峰型，谷值出現(xiàn)在中午12 時(shí)，12 時(shí)至22 時(shí)為一段陡立的增長(zhǎng)區(qū)間，在22 時(shí)達(dá)到頂峰，之后開始下降，在下降過程中有兩個(gè)微弱的波動(dòng)變化，分別在凌晨04 時(shí)和上午09 時(shí)。降水頻率為雙峰型，主峰值時(shí)間出現(xiàn)在22 時(shí)，次峰值時(shí)間出現(xiàn)在早晨06 時(shí)。降水強(qiáng)度為多峰型，主峰值在22 時(shí)，次峰值在17 時(shí)，此外上午09 時(shí)也是一個(gè)高點(diǎn)。通過分析發(fā)現(xiàn)，降水量、降水強(qiáng)度和降水頻率在22 時(shí)同時(shí)達(dá)到最大，而在12 時(shí)同時(shí)出現(xiàn)最低值。這和以往的研究有所不同，韓函等（2017）研究的華北地區(qū)的降水量日變化為雙峰結(jié)構(gòu)，而李建等（2008）研究的北京觀象臺(tái)單站降水量日變化則為三峰型曲線，這說明降水日變化與研究區(qū)域的范圍和站點(diǎn)的分布有很大的關(guān)系，特別是與地形密切相關(guān)，我們將在4.3 節(jié)討論北京地區(qū)夏季降水日變化的區(qū)域差異。

圖3 1980～2020 年北京夏季區(qū)域平均（a）降水量PA、（b）降水頻率PF、（c）降水強(qiáng)度P? 的日變化特征（時(shí)間均為北京時(shí)）Fig. 3 Diurnal variations of summer precipitation amount (PA),precipitation frequency (PF), and precipitation intensity (P?) regionally averaged in Beijing from 1980 to 2020 (BJT: Beijing time)

4.2 北京夏季月平均降水量日變化特征

從1980～2020 年北京夏季6～8 月逐月降水量的日變化曲線（圖4）可以看出夏季不同月份的降水量具有不同的日變化特點(diǎn)，6 月降水量日變化曲線最為平緩，峰值最小，出現(xiàn)時(shí)間最早，在17 時(shí)和20 時(shí)兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)出現(xiàn)。7 月日變化曲線有一個(gè)主峰值兩個(gè)次峰值，主峰值出現(xiàn)在21 時(shí)，對(duì)應(yīng)降水量也最大。次峰值分布出現(xiàn)在凌晨04 時(shí)和上午09 時(shí)。8 月日變化曲線峰區(qū)最為陡立，峰值出現(xiàn)在22 時(shí)。雖然6～8 月的降水量峰值時(shí)間各不相同，但最低值出現(xiàn)時(shí)間確較為一致，均出現(xiàn)在中午11～12 時(shí)。從6 月到8 月降水的峰值依次后推，峰值雨量7 月最大，8 月次之，6 月最小。這一方面與影響北京夏季降水的主要天氣系統(tǒng)有關(guān)，6 月多為東北冷渦影響，而7 月和八月隨著東亞夏季風(fēng)的加強(qiáng)，副熱帶高壓的北跳，北京進(jìn)入主汛期；另一方面說明6 月的降水主要以對(duì)流性降水為主，出現(xiàn)時(shí)間多為午后到傍晚，因而降水量的峰值時(shí)間在17～20 時(shí)，而7、8 月多為系統(tǒng)性降水，出現(xiàn)時(shí)間與天氣系統(tǒng)的影響時(shí)間關(guān)系較大。

圖4 1980～2020 年北京地區(qū)6～8 月平均降水量日變化特征Fig. 4 Diurnal variations of the regionally averaged precipitation amount from June to August in Beijing from 1980 to 2020

4.3 北京地區(qū)夏季降水日變化的區(qū)域差異

從圖5a 可以看出，1980～2020 年北京地區(qū)夏季降水量日峰值PPA 在空間分布上具有明顯的區(qū)域特征，西北四站的PPA 出現(xiàn)時(shí)間均在20 時(shí)以前，分別為齋堂站15 時(shí)、佛爺頂站17 時(shí)、湯河口18 時(shí)、延慶19 時(shí)。其余16 站出現(xiàn)在20 時(shí)以后（含20 時(shí)）且多數(shù)為22 時(shí)。降水頻率日峰值PPF 和降水強(qiáng)度日峰值PP? 在空間分布上和降水量日峰值PPA 較為一致（圖5b、c），大致上為西北四站出現(xiàn)在20 時(shí)以前，其余16 站出現(xiàn)在20 時(shí)及以后。根據(jù)PPA、PPF 和PP? 表現(xiàn)出的一致性，結(jié)合近40 年夏季平均降水量、頻率和強(qiáng)度的氣候分布特點(diǎn)，將20 個(gè)國(guó)家站的經(jīng)緯度、海拔高度、PPA、PPF、PP?、40 年夏季平均降水量PA、平均降水頻率PF、平均降水強(qiáng)度P? 統(tǒng)一進(jìn)行歸一化處理后，利用K均值聚類分析算法進(jìn)行分類，分類結(jié)果為兩個(gè)區(qū)域。區(qū)域1（R1）包括西北四站（延慶、佛爺頂、湯河口、齋堂），區(qū)域2（R2）包括其余16 站（圖5d）。從圖6 可以看出兩個(gè)區(qū)域的降水量、降水頻率和強(qiáng)度的日變化具有完全不同的分布特點(diǎn)。區(qū)域1 降水量日變化曲線大體上呈雙峰，一主一次，主峰出現(xiàn)在傍晚到前半夜，具有峰寬頂平的特點(diǎn)，在16～21 時(shí)都處于降水量高值區(qū)，16時(shí)和19 時(shí)是兩個(gè)高點(diǎn)。次峰相對(duì)主峰而言降水量整體偏小，出現(xiàn)在早晨時(shí)段，05 時(shí)和07 時(shí)為兩個(gè)高點(diǎn)。區(qū)域1 和區(qū)域2 的降水頻率日變化曲線均為雙峰結(jié)構(gòu)，傍晚到前半夜（17～22 時(shí)）以及早晨（05～07 時(shí)）是區(qū)域1 降水頻率的高頻時(shí)段。區(qū)域1 的降水頻率主峰值時(shí)間（18 時(shí)）要比區(qū)域2的主峰值時(shí)間（22 時(shí)）提前4 個(gè)小時(shí)，但是次峰值出現(xiàn)時(shí)間較為接近，均為早晨05、06 時(shí)。區(qū)域1 的降水強(qiáng)度分布具有明顯的兩極分化特點(diǎn)，下午到傍晚時(shí)間段為高強(qiáng)度區(qū)，22 時(shí)以后至上午為低強(qiáng)度區(qū)。區(qū)域1 的主峰降水對(duì)應(yīng)為高強(qiáng)度高頻率的降水，次峰降水對(duì)應(yīng)較高頻率低強(qiáng)度的降水。區(qū)域2 的降水量、降水頻率和降水強(qiáng)度曲線形態(tài)與北京全區(qū)域的曲線較為接近，峰值出現(xiàn)時(shí)間也較為一致，但三者峰值比全區(qū)域更高。

圖5 1980～2020 年北京地區(qū)20 站夏季（a）降水量日峰值PPA（圓點(diǎn)為時(shí)間）、（b）降水頻次日峰值PPF、（c）降水強(qiáng)度日峰值PP? 空間分布及（d）兩個(gè)區(qū)域劃分Fig. 5 (a) Spatial distribution of the occurrence time of summer peak precipitation amount (dots) in Beijing from 1980 to 2020; (b) same as in (a) but for peak precipitation frequency; (c) same as in (a) but for peak precipitation intensity; (d) the two regions: R1 and R2

圖6 1980～2020 年夏季（a–c）區(qū)域1 和（d–f）區(qū)域2 的（a，d）區(qū)域平均降水量PA、（b，e）降水頻次PF、（c，f）降水強(qiáng)度P? 的日變化特征Fig. 6 Diurnal variations of the regionally averaged summer (a, d) precipitation amount, (b, e) precipitation frequency, and (c, f) precipitation intensity over (a–c) R1 and (d–f) R2 from 1980 to 2020

5 北京夏季不同持續(xù)時(shí)間降水逐年演變特征

根據(jù)不同持續(xù)時(shí)間對(duì)近40 年北京夏季降水進(jìn)行了分類，分別統(tǒng)計(jì)1～24 小時(shí)不同持續(xù)時(shí)長(zhǎng)的降水事件。圖7 是1980～2020 年夏季不同持續(xù)時(shí)間降水的累計(jì)降水量逐年分布及演變趨勢(shì)，圖8 為1980～2020 年夏季不同持續(xù)時(shí)間降水量占總降水量的百分比，如綠色表示持續(xù)時(shí)間為1～3 小時(shí)的累計(jì)降水量與當(dāng)年夏季總降水量的百分比。綜合兩張圖可以看出20 世紀(jì)80 年代開始到90 年代初期，持續(xù)時(shí)間小于六小時(shí)的短時(shí)降水較為活躍，在20世紀(jì)90 年代初達(dá)到了峰值，這一點(diǎn)與李建等（2008）的研究結(jié)果較為一致。隨后大于6 小時(shí)的長(zhǎng)持續(xù)性降水有所增加，特別是8～10 小時(shí)這個(gè)區(qū)間的降水量出現(xiàn)明顯增長(zhǎng)。2000 年以來(lái)，雖然短時(shí)降水間歇性活躍，但是與2000 年以前相比降水量明顯減少，2005 年以后長(zhǎng)持續(xù)性降水開始增多，在2012 年達(dá)到近20 年的峰值。近五年長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間降水量占夏季總降水量的比重明顯增加。綜上可知近40 年北京地區(qū)夏季降水出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性調(diào)整，短持續(xù)時(shí)間降水主導(dǎo)期和長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間降水主導(dǎo)期交替出現(xiàn)。整體來(lái)看2000 年以前以短持續(xù)性降水為主，近15 年長(zhǎng)持續(xù)性降水明顯增多。

圖7 1980～2020 年夏季不同持續(xù)性降水的累計(jì)降水量逐年演變圖Fig. 7 Annual evolution of the accumulative precipitation with different durations in summer from 1980 to 2020

圖8 1980～2020 年夏季不同持續(xù)時(shí)間降水量占總降水量百分比圖Fig. 8 Percentage of precipitation with different durations in summer from 1980 to 2020

6 結(jié)論和討論

本文利用北京地區(qū)20 個(gè)國(guó)家站近四十年的長(zhǎng)期逐時(shí)降水資料，分析了北京夏季降水的氣候特征和日變化時(shí)空分布特征。主要結(jié)論如下：

（1）北京地區(qū)夏季40 年平均降水量分布具有西北山區(qū)小，平原大，山區(qū)向平原過渡區(qū)的迎風(fēng)坡最大的特點(diǎn)；降水頻率則相反，平原降水頻率整體小于山區(qū)；降水強(qiáng)度整體表現(xiàn)為西北弱，東部強(qiáng)，城區(qū)與南部居中的特點(diǎn)。北京地區(qū)20 個(gè)站點(diǎn)中有9 個(gè)站點(diǎn)日最大降水量超過了250 mm，這些站點(diǎn)集中分布在40°N 以南的平原和西部山前，位于城區(qū)和南部人口密集區(qū)域。北京雖然是北方城市，但是夏季降水的強(qiáng)度和極端性均不低，致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)高。

（2）北京夏季區(qū)域平均降水量日變化主體呈單峰型，峰值時(shí)間22 時(shí)；降水頻次為雙峰，主峰值時(shí)間22 時(shí)，次峰值時(shí)間早晨06 時(shí)；降水強(qiáng)度多峰型，主峰值在22 時(shí)，次峰值17 時(shí)，此外上午09 時(shí)也是一個(gè)高點(diǎn)。降水量、降水強(qiáng)度和降水頻率在22 時(shí)同時(shí)達(dá)到最大，而在12 時(shí)同時(shí)出現(xiàn)最低值。降水日變化與研究區(qū)域的范圍有很大的關(guān)系。

（3）從6～8 月逐月降水量的日變化曲線可以看出不同月份具有不同的分布特點(diǎn)，降水的峰值時(shí)間隨月份依次后推，6 月最早（17 時(shí)和20 時(shí)），7 月 次 之（21 時(shí)），8 月 最 晚（22 時(shí)）；峰 值 雨量7 月最大，8 月次之，6 月最小。

（4）降水量日峰值PPA、降水頻率日峰值PPF 和降水強(qiáng)度日峰值PP? 在空間分布具有較強(qiáng)的一致性，大致上為西北四站出現(xiàn)在20 時(shí)以前，其余16 站出現(xiàn)在20 時(shí)及以后。利用K均值聚類分析后將北京地區(qū)20 站分為兩個(gè)區(qū)域，結(jié)果顯示兩個(gè)區(qū)域的降水量、降水頻率和強(qiáng)度的日變化具有不同的分布特點(diǎn)。區(qū)域1 降水量日變化曲線大體上呈雙峰，主峰出現(xiàn)在傍晚到前半夜，具有“峰寬頂平”的特點(diǎn)，區(qū)域1 的降水頻率主峰值時(shí)間（18 時(shí)）要比區(qū)域2 的主峰值時(shí)間（22 時(shí)）提前4 個(gè)小時(shí)，但是次峰值出現(xiàn)時(shí)間較為接近，區(qū)域1 的降水強(qiáng)度分布具有明顯的兩極分化特點(diǎn)，下午到傍晚時(shí)間段為高強(qiáng)度區(qū)，22 時(shí)以后至上午為低強(qiáng)度區(qū)。區(qū)域2 的降水量、降水頻率和降水強(qiáng)度曲線形態(tài)與北京全區(qū)域的曲線較為接近，峰值出現(xiàn)時(shí)間也較為一致，但峰值皆比全區(qū)域的更高。

（5）從不同持續(xù)時(shí)間降水的逐年累積降水量演變可以看出近40 年北京地區(qū)的降水結(jié)構(gòu)在不斷調(diào)整，短持續(xù)時(shí)間降水主導(dǎo)期和長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間降水主導(dǎo)期交替出現(xiàn)。整體來(lái)看2000 年以前以短持續(xù)性降水為主，近15 年長(zhǎng)持續(xù)性降水明顯增多。

降水日變化受諸多因素的影響，如復(fù)雜地形的影響、山谷風(fēng)、海陸風(fēng)、局地對(duì)流、低空急流、東亞夏季風(fēng)等都是影響降水日變化特征的重要因素（Yu et al., 2007; Zhou et al., 2008; Qian et al., 2010;Zhuo et al., 2014; Zhu et al., 2020），本文雖然利用長(zhǎng)時(shí)間序列降水資料對(duì)北京地區(qū)夏季降水日變化特征進(jìn)行了更加細(xì)致的分析，在一定程度上揭示了北京降水日變化的氣候態(tài)、季節(jié)和區(qū)域特征及差異，獲得了不同持續(xù)時(shí)間降水交替主導(dǎo)的降水結(jié)構(gòu)特征，但對(duì)北京夏季降水日變化的機(jī)制還不清楚，需要利用高分辨率模式和再分析數(shù)據(jù)，進(jìn)一步深入研究北京夏季降水日變化的產(chǎn)生機(jī)理。另外，2005 年前后北京短時(shí)降水事件累計(jì)降水量變化的原因有待在今后結(jié)合衛(wèi)星等其他資料進(jìn)一步探究。