北京城市气象灾害与应急管理

北京市气象局 姚学祥

中国气象局北京城市气象研究所 李青春

北京减灾学会 韩淑云

北京市位于北纬39°28′～41°05′，东经115°25′ ～117°30′之间的华北平原北端，属于暖温带半湿润半干旱的季风型大陆性气候，四季分明，冬季最长，夏季次之，春秋较短。冬季盛行西北风，夏季盛行偏南风。北京地区较为常见的气象灾害天气，有暴雨、雷暴、雾霾、干旱、冰雪、高温、大风、冰雹、寒潮、沙尘等。

北京周边地形复杂。北面是燕山山脉，西部地处太行山北部，东部、南部是平坦的华北平原。在这片土地上既有山地、平原，又有城市和海陆，形成了复杂的地理环境。复杂的下垫面，引发山谷风环流、海陆风环流和城市热岛环流，它们相互耦合作用，对区域天气气候、灾害性天气的形成具有重要影响。

大规模城市化建设是我国经济社会发展的主要驱动力和重大战略。进入21世纪，我国城市化进入快速发展阶段。随着人口快速增长和城市规模迅速扩大，首都北京的生态环境和局地天气气候特征的改变逐渐显现。由于城市人口、资产的高度密集，对水、电、气、道路、通讯等生命线工程的依赖程度越来越高，而城市基础设施远跟不上它的快速发展，使城市的脆弱性逐渐显现。在这种情况下，如有不利的天气出现，极易造成各种气象灾害及衍生灾害。因此，城市化程度越高，气象灾害事件对城市的破坏性以及造成的损失就越严重。

北京城市气象灾害及影响

近年来，随着北京城市的快速发展，城市热岛效应的影响以及能源消耗带来的大气环境问题日渐显著。主要表现在：局地暴雨或强雷暴、高温、重雾霾等极端天气事件的频次增多，特别是局地暴雨引发的城市内涝灾害事件不断出现，对城市交通、居民生活和生命财产安全带来明显影响，受到社会各界的广泛关注。

北京的暴雨内涝灾害

夏季，华北地区盛行偏南风，受地形抬升作用，北京的降水中心一般出现在山地与平原过渡区域和喇叭口地形等气流辐合区域。

影响北京地区降水发生的频次、落区及强度的因素十分复杂。除天气系统、地形的影响外，由于城市热岛效应产生的热力环流以及城郊温度梯度增大，易于在傍晚前后形成局部强对流天气，从而导致暴雨或强雷暴发生的频率和强度增大。统计分析发现，城区及城区西部和东北部出现大雨或暴雨以上的降水天数多，其次在位于喇叭口地形的怀柔和密云南部等地降水天数也较多，所以，在城市排水不畅地区，便形成多起城市内涝灾害。

图1 1980-2011年降雨累计日数分布图

令人记忆犹新的是，2004年7月10日16 时～22 时受β中尺度对流系统的影响，北京城区出现局地大暴雨，降水量分布极不均匀（图2）。城区平均降水量为57 毫米，其中紫竹院公园降水量最大为125 毫米、其次是天坛公园为104 毫米。丰台降雨强度最大为每小时52 毫米，每10 分钟23 毫米。暴雨造成城区部分地区严重积水，有21 条路段严重拥堵。市区主要干线的立交桥下积水严重，莲花桥下积水深达1.5 米，市区至少有8 处立交桥区交通瘫痪。暴雨致使地下设施遭水淹，出现电路跳闸，供电中断，房屋漏水、进水，部分危房倒塌等灾情，形成了严重的城市内涝灾害。

图2 （a）北京2004年“7·10”局地暴雨的降水量分布

图3 2011年“6·23”北京局地大暴雨过程的雷达估算降水量、总降水量分布图

北京“7·10”局地特大暴雨之后，发生在城区及周边的大于每小时70 毫米的局地暴雨天气频繁发生，引发城区暴雨内涝灾害的暴雨天气过程达13次以上。受东移的高空低涡和暖湿气流影响，2011年6月23日傍晚至夜间出现全市性暴雨，城区西部出现局地大暴雨（图3）。石景山区模式口村降水量最大215 毫米，雕塑公园164 毫米。城区西部灾情严重，有多处路段由于严重积水而不能通行，不少汽车被困水中。北京地铁多条线路进水运营受影响，部分站点停运（1 号线、13 号线进水停运）。此次降雨正值北京交通晚高峰，对市民出行造成较为严重影响。首都机场100 多趟航班被取消，上千旅客滞留。朝阳区两名男子先后因接触带电积水而遭电击，其中一人不幸身亡，石景山两名男子不慎落入被大水冲开井盖的马路深井不幸身亡。

更令人触目惊心的是，2012年“7·21”北京全市性大暴雨到特大暴雨过程造成的“城市之殇”。此次天气过程是由高空冷空气和西南强暖湿空气共同影响而造成的，降水量在100～250毫米以上的大暴雨占全市90%以上（图4）。全市平均降雨量170 毫米（水文+气象），最大降雨量出现在房山区河北镇，达460 毫米（水文站），突破了1951年以来朝阳区最大降雨量418.4 毫米的历史记录。城区石景山模式口降水量最大为328.0 毫米。北京市气象台于7月21日上午至下午15 时30 分期间发布3 次暴雨黄色预警信号，18 时30 分～22 时发布2 次暴雨橙色预警信号（多年来首次发布）。另外，21日分别发布了山洪地质灾害气象风险预警3 期、中小河流洪水灾害气象风险3 期、联合发布地质灾害预警1 期。

受“7·21”大暴雨和特大暴雨影响，城区63 处主要道路发生积水，31 处路面塌方，5 条运行地铁线路的12个站口因漏雨或进水临时封闭，机场线东直门至T3 航站楼段停运。首都机场545 架以上的航班被取消，京原等8 条铁路线路临时停运。受大暴雨和特大暴雨影响，房山、门头沟、平谷等地出现山洪、泥石流、山体滑坡、塌陷等地质灾害，尤其是房山地区灾情严重。这次强降水过程在北京区域有79 人遇难。全市受灾面积达1.6 万平方千米，其中成灾面积1.4 万平方千米。全市受灾人口190万人，其中房山区80 万人。全市经济损失超过116 亿元。

北京的雾霾天气与大气污染

近十年来，雾、霾成为最为常见的灾害性天气。雾、霾具有出现几率高、影响范围广、危害程度大等特点。随着城市规模的迅速扩大、人口的增加以及工业、机动车排放量的增多，雾、霾相伴出现的雾霾天气明显增多。2013年1～3月，北京及周边地区多次出现大范围雾霾天气。北京、天津、石家庄出现雾霾日数分别为47 天、59 天和64 天，比近10年同期平均值明显偏多20 天以上，为近10年来最多。持续性重雾霾天气降低能见度影响交通运输，使飞机起降受阻、高速公路关闭。伴随连续数日的雾霾天气，大气污染加重，空气中的有害物质较多，对人体健康产生影响。另外，大雾、浓雾天气湿度大，输电线路因发生“污闪”而掉闸，引起停电事故。

北京的城市高温灾害

从二十世纪90年代后期开始，北京城区的高温频次呈增多趋势（图5）。夏季，城区气象观测站的多年平均高温日数为8.1 天，比郊区站4.8 天明显偏多。近年来，由于区域性气温呈升高趋势，再加上城市热岛效应，城区的高温灾害强度要比郊区更加严重，造成城市供水、供电紧张，加剧城市干旱程度，严重影响城市居民的生产、生活。

图4 （a）2012年“7·21”北京特大暴雨过程总降水量分布图 （b）特大暴雨过程预警信号发布时间图

图5 北京城区、郊区的夏季高温日数逐年变化

2013年7月下旬和8月中旬，出现持续性闷热天气，观象台累计闷热日数为12 天。7月30日16 时34 分，北京地区电网最大负荷达到1679.7 万千瓦，突破了2010年出现的历史最高纪录1666 万千瓦；7月25日，城区日供水量创出北京百年历史新高，达289.2 万立方米。8月中下旬的闷热天气，使得北京城区日供水量及电力负荷再次创新高。8月15日，北京地区电网最大负荷达到1775.95 万千瓦，再次突破历史最高纪录；8月26日城区日供水量创出历史新高，达298 万立方米。

2014年7月10日至15日，北京连续高温。10日、11日、14日和15日，在一周内有4 天城区日供水量超过300 万立方米，均破2013年最高日供水量298 万立方米的历史纪录。

北京的雷电灾害

雷击是城市现代化设施的一大灾害，雷电直接影响着通讯、供电、航空以及诸多古建筑的安全。随着城市高层建筑物不断增多，城市的微电子设备、通讯系统、家用电器的普遍使用，城市对雷电的影响越来越敏感。城市热岛强度的增大使城市的对流性天气增多，雷暴日数也随之增多，导致雷电造成的灾害损失呈上升趋势。另外，城市安全运行对信息技术的依赖性也愈来愈大，如果一次强雷电的电磁波感应造成计算机和网络通讯系统瘫痪，其后果不堪设想。

2011年6月23、24日，北京强对流天气产生的雷击共造成134 次10 千伏线路故障，6 座市政泵站外电源停电。2013年8月11日北京市出现大面积雷电天气，其中，首都机场及其附近约52 平方千米的范围内共发生闪电48次，一名保洁员遭雷击身亡。

北京的城市低温冰雪灾害

冬季冰雪灾害一般与降雪量、积雪深度和降温幅度有关。降雪发生后，对城市上凸和下凹式立交桥、轨道交通的影响最大。2001年12月7日下午北京下了一场仅为1.8 毫米的小雪，由于路面结冰影响车辆正常行驶，而引起了城市交通大堵塞。由于大雪的附着，使电线、通讯线路中断，危旧房屋倒塌，树木受损等。另外，持续降温天气还会导致城市的能源供应紧张，影响城市生活和正常运行。

北京的其他气象灾害

夏季，强对流天气带来的大风、冰雹天气使室外设施、汽车等遭到不同程度的损害，对人身安全产生不利影响。北京城区的大风日数、年最大风速、年平均风速逐年变化，呈现出减小的趋势。但由于城市高层建筑林立，在一定环境风场条件下，高层建筑间出现的“狭管效应”导致街巷内出现瞬时强风现象，时常出现户外广告牌、树木被刮倒，造成意外伤害等事故。

城市气象灾害的减灾措施与应急管理

减灾措施

针对城市暴雨洪涝灾害，要加强水利防洪设施的建设和改造，加强城市排水系统改造、河道整治等。其中用雨水利用工程缓解突发暴雨积涝，改善城市下垫面透水性、扩大城市绿化面积，促进土壤对雨水吸收的做法值得推广。针对城市高温热害，要减缓城市热岛效应影响，科学设计房屋建筑布局，扩大城市绿地覆盖率，建设环城水系，增加城区水域面积和喷洒水设施，减少人为热和温室气体排放。对于严重城市雾霾天气，要加大治理大气污染力度，规范雾霾观测与预报、预警等级气象行业标准，建立不同气象条件下大气污染物排放指导标准和不同污染物排放的控制方案。优化产业布局、提高清洁能源比重，建立区域“联防联控”机制，根据气象扩散条件实现动态调控污染物排放。

城市减灾、防灾要从城市规划抓起。城市规划设计和城市基础建设，要严格执行国家、行业、地方标准，以及灾害防御法律法规。加强防灾减灾基础设施建设和改造，解决城市基础设施存在的诸多问题，降低不利气候条件对城市的影响。

为了防御和减轻极端天气的影响，在制定《城市防灾减灾规划》中要充分考虑极端天气气候事件给城市系统带来的灾害影响，把气象灾害防御提到一个十分重要的位置。目前，北京区县级政府大部分已经编制、印发了本地气象灾害防御规划。

气象灾害的监测预警

气象部门要提升灾害天气的预报、预警能力。提高灾害天气预报的精准度，开展城市生命线气象服务关键技术、大气污染气象条件预报与防治技术、云水资源利用技术研究，推进分区预警业务，提升气象灾害预警信息发布能力，完善预警信息传播手段，拓展发布渠道。积极开展气象灾害风险评估工作，并根据风险区划制定气象灾害防御规划和具体防灾措施。

城市气象灾害的应急管理

目前，在北京市依据部门行业和不同灾害种类而编制的各类城市灾害应急预案较为完善。专项应急预案分为，自然灾害、事故灾难、公共卫生事件、社会安全事件4 类，共计35 项，直接与气象灾害有关的预案超过10种，其它灾种也都需要提供气象服务。

建立和完善气象部门与公安、交通、水务、市政市容、环保、国土资源、民政等部门的业务合作，建立气象灾害应急联动机构（见图6）和联动机制。

北京市防汛指挥系统，实现了即时预警、快速指挥、同步响应的四级实时联动。市气象局提供气象预报服务（发布气象预警、半小时1 次降水实况、积水点预报）。市防汛办参加市气象台视频会商（遇有天气随时启动视频会商）。气象预警级别与应急响应级别直接挂钩，实现市、区县、乡镇街道、行政村（社区）四级应急联动。

气象部门在雾霾重污染天气的联防联控中发挥重要作用。中央成立了“京津冀及周边地区大气污染防治协作小组”，气象部门与环保部门联合发布北京市大气污染预警信号。当发布重污染橙色预警时，实施停产限产、重型车辆禁止上路行驶；发布红色预警时，机动车单双号出行、重型车辆禁止上路行驶、实施停产限产。

北京市扫雪铲冰指挥系统。气象部门预报小雪时，立即出动除雪车辆进行作业，做到随降雪、随除雪。中雪、大雪或连续降雪时，出动全部多功能机械除雪车辆，对路面积雪进行推雪、扫雪，同时喷洒融雪剂融雪，保障车行道不结冰。

图6 北京气象局与应急专项指挥部、应急协调小组成员单位的部门联动机构

当气象灾害将要发生或已经发生时，气象部门的预警发布之后，应急预案启动。在市领导的统一指挥下，充分利用气象监测、预报预警信息，调动各级政府、部门以及一切社会力量开展气象灾害防御和救助工作，尽最大力量把灾害损失降到最低。