城市化对中国大陆极端降水趋势的影响：基于国家气象站网的观测证据与机制解析

本研究针对城市化对区域极端降水(EXP)趋势的影响机制不明问题，通过分析中国2419个国家级气象站1960-2018年数据，首次在大陆尺度证实城市化贡献了约1/3的EXP增长趋势(p<0.01)，尤其在东南季风区内陆表现显著。该成果为区分局地人为效应与全球气候变化影响提供了关键数据支撑，对极端降水灾害风险评估具有重要科学意义。

　　

在全球气候变化背景下，极端降水(EXP)事件频发已成为威胁城市安全的重要隐患。尽管已有研究表明单个城市站点存在"城市增雨效应"，但大陆尺度上城市化对EXP趋势的定量贡献仍缺乏系统证据。这一认知空白导致两个关键问题：一是无法区分全球变暖与局地人为因素的各自影响，二是现有降水观测数据可能包含未被识别的城市化偏差。中国作为全球城市化速度最快的国家之一，其密集的国家气象站网为破解这一难题提供了独特条件。

中国气象局国家气象信息中心的研究团队利用2419个国家级气象站1960-2018年的均一化降水数据集，创新性地采用"目标-参照站对比法"，定量评估了城市化对五种EXP指标（DEXP日数、AEXP总量、IEXP强度、EXPTOT贡献率、RX1D最大日降水）的影响。研究首先基于城市土地利用数据将站点分为U1-U6六级（U1为完全乡村站，U6为高度城市化站），构建1°×1°网格的参照站网络，通过趋势差异分析分离城市化效应。

3. 研究结果

3.1 城市化显著增强EXP趋势
分析显示，城市化使中国EXP日数和总量趋势分别增加0.011-0.014/十年(p<0.01)，贡献率达26-29%。这种效应随EXP强度递增——当定义阈值从90th提升至99th百分位时，贡献率从16%升至29%。值得注意的是，RX1D（最大日降水）在1990年代后出现加速增长拐点，暗示城市化影响的阶段性特征。

3.2 时空异质性特征
空间上，东南季风区内陆（除沿海地区）是城市化效应的热点区域，60%网格呈现正效应。季节分析揭示4-6月城市化对EXP频率的贡献高达34%，而7-9月则更多影响RX1D（29%）。不同城市化等级站点（U4-U6）的比较显示，效应强度与城市发展水平呈正相关。

3.3 与城市热岛的关联
研究发现城市化对RX1D趋势的影响与地表气温(SAT)变化显著相关(p<0.05)，支持热力学机制的主导作用。但东南沿海因台风等大尺度天气系统干扰，城市化效应较弱，表明动力-热力过程的复杂互作。

5. 结论与意义
该研究首次在大陆尺度证实：中国观测到的EXP增长中约1/3可归因于城市化，这一"数据偏差"导致既往研究可能高估了气候变暖对降水极端化的实际影响。成果为理解城市气候改变提供了新视角：①确立参照站网络方法可推广至全球城市化影响评估；②揭示湿润区水汽条件对城市化降水效应的调制作用；③指明未来极端降水研究需分离CO₂
增温与局地人为因素。

发表于《Weather and Climate Extremes》的这项研究，不仅为城市气候适应性规划提供科学依据，更警示我们：在使用历史降水数据评估全球气候变化时，必须考虑城市化引起的系统性偏差。这一认识对IPCC等国际评估报告完善区域尺度归因分析具有重要方法论意义。