引言

随着第29届奥运会即将临近，该期间北京的天气成为国内外关注的焦点。北京位于中纬度季风气候区，是冬季风和夏季风交替活动的地区。夏季受来自低纬度洋面的暖湿气流影响，加上北京背山面海的特殊地形，导致北京地区的降水具有年际差异大，季节分布不均，夏季降水强度大等特点。北京的主汛期在7月下旬至8月上旬^[1]，雨热同季。由于每年环流形势及影响系统差异也很大，夏季风进退早晚及势力强弱年际差异较大，即每年的同一时段由于受不同的天气系统影响，造成各年雨季的早晚、雨量的多少和气温的高低变化很大。

气象条件与体育运动成绩关系十分密切，良好的气象条件和较完善的气象服务，是奥运会成功举办的关键性因素之一。研究表明北京奥运期间的气象条件对奥运会的举办较为有利，出现不利影响的天气概率较小^[2-3]，但是这类天气即便是偶然出现，对奥运会期间各项活动的影响也不可低估。毕竟北京奥运会期间(8月上旬末至下旬前期)仍然处在夏季的中-后期，曾经出现过一些不利比赛安排和优异成绩产生的极端天气事件，如高温、高温闷热、大-暴雨、雷暴、大风和雾等。通过对历史同期发生的极端天气事件的分析研究，可以加强对这类极端天气事件出现的可能性、严重性和危害性的认识和警惕。

近年来全球气候变暖，洪涝、干旱等极端天气事件频发，极端事件研究成为天气和气候领域的热点，以往的气候变化研究主要集中在平均气温和降水的变化方面，事实证明极端气候事件的频率和强度变化对社会和环境的影响更为严重^[4]，对体育运动的影响也是如此。分析、统计和表征此类极端天气事件和变化特征的目的在于为奥运会赛时和赛事的天气预报提供参考；为奥运会的高影响天气风险评估提供科学依据，使奥运会的组织者，参赛人员、服务人员和公众提高得这类极端天气事件的认识和增强防范意识，采取积极的应对措施，将其不利影响降到最低程度。

1 资料及统计分析方法

由于奥运会赛场主要分布在城近郊区的海淀、丰台、朝阳和顺义，分析资料取自北京市观象台和上述4站。一般气候分析资料取30年为好，应用近年来的资料可以更好地反映近年来的变化特征。上述四站均在1950年代后期建立，但是海淀气象站在文革期间停止观测，1975年才重新恢复观测，所以除海淀资料从1975年开始外，其他站资料时间取为1971年—2007年8月8-24日(北京奥运会期间)，共37年、17天。对各站的极端最高气温(以下简写为T _max)、日最高气温T_max≥33℃的日数、T_max≥32℃且平均相对湿度≥55%的高温闷热天气、≥25mm的大雨、日最大降水强度、雷暴、大风、以及大雾和低能见度(≤2000m)天气(1980年以前能见度的统计单位是级别，资料长度为1980—2007年，日期相同)等极端天气事件日数和年际变化进行统计分析。

2 最高气温的变化特征 2.1 观象台1971—2007年8月8—24日期间逐年极端最高气温(T_max)的变化特征

北京地区的极端最高气温大多出现在雨季到来之前(6月中旬至7月上旬)，该期间天气以晴为主，湿度小，辐射强易升温^[1]。在北京的历史记录中，6月的极端最高气温为42.6℃(1942年6月15日)，7月为42.2℃(1999年7月24日)，8月仅为38.3℃(1951年8月8日)。

1971年以来奥运期间的逐年极端最高气温(每年8月8—24日中取最高一天)列于图 1。图中最高值为37.3℃(2007年8月9日)，最低为31.3℃(1977年8月8日)。在37年中T_max ＞36℃的年数仅为2年，出现概率5%，T_max≥35℃的日数为9年，概率24%；T _max≥33.0℃的年数为33年，概率89%。T_max的变化呈上升趋势，上升率为0.69℃/10年。目前处在最高气温偏高期。

另一特征是头年极端最高气温T_max为35℃左右的年(1982、1991、1994、20 01、2003)，次年的T_max均下降，小于35℃。

2.2 城郊五站日最高气温≥33.0℃日数的年变化特征

气象上一般将T_max≥30℃的天气称为高温天气，以往的研究多是针对T _max≥36℃或37℃的高温或高温闷热的^[5]。据研究，当气温超过28℃时，人体就会感觉不适^[2]，近年来北京市专业气象台在服务工作中了解到，当T _max≥33℃时，对供电、供水等部门和户外作业的人群仍然构成一定影响。所以对这些部门和公众服务时，以此温度作为高温警报的下界，发布预警告示。另外上节的研究表明北京奥运会期间出现T_max≥33℃的可能性最大，针对此进一步的研究的结果列于图 2。

从图 2可见，城郊5站的趋势基本一致，目前处日数偏多期。大部分年T_max≥ 33℃的高温日数少于5天，1990年代后期以来，增加趋势明显，连续出现高温日数偏多年，分别是1991年、1997年、2007年。1997年和2007年观象台T_max≥33℃高温日数分别达到10天和8天，而其他4站均超过10天，另外这些年的次年的高温日数均下降。

从表 1第1列可见，T_max≥33℃的日数为2.8天，海淀站最多，顺义最少。张光智等人^[6]的研究表明，近年来城区受热岛效应的影响显著，海淀成为热岛正值中心，即海淀的增温最明显。本文结论与其相符。

2.3 高温闷热天气的年变化特征

根据2.1中所述，北京有时最高气温T_max很高，但是湿度很小，只要不直接暴露在阳光下，这种高温不会使人不适。而7月中旬以后西太平洋副热带高压北上控制北京时，往往多日没有降水，却出现高温高湿的闷热天气，人们易对这种天气产生不适，尤其是长时间户外工作的人，也容易发生中暑。由于这种天气与极端最高气温不完全同步，所以北京市专业气象台在公众服务中将T_max≥32℃且日平均相对湿度超过55%的天气定为高温闷热天气。以此为标准对上述各站进行统计，结果列于表 1第2列中。从第2列可知，全市平均为4.7天，其中海淀平均闷热天气最多，观象台次之。近年来8月气温偏高，往往出现连续几天的高温闷热天气，如2007年8月8—15日观象台连续8天、朝阳10—13日出现连续闷热天气。

3 降水变化特征 3.1 城郊5站25mm以上的降水日数年变化特征

北京5月—11月均可出现雨量≥25mm的降水，8月多年的平均天数为2天^[1]，奥运期间的情况见表 1第3列。城郊5站降水日数相差不多，约1天，每年平均1天。

城郊5站趋势基本一致，1970年代≥25mm的雨日较多，1980年代后期开始逐渐减少，199 0年代后期至近年来处在大雨日数偏少期(图 3)。这与黄荣辉等提出的20世纪80年代以来华北地区夏季降水明显减少，洪涝灾害减少，干旱灾害增多的结论一致^[7]。

3.2 观象台日最大降雨量各等级分布

按气象业务规范中的降雨级别将日最大降雨量分成4个级，统计了37年观象台日最大降雨量各等级日数与总日数的比例，出现大雨25~49.9mm·d^-1的比例最大，概率达41%，其次为暴雨(≥50mm·d^-1)，占27%，即出现≥25mm以上降水的概率高达68%。而出现1 0~24.9mm·d^-1(中雨)和10mm·d^-1(小雨)以下的概率均为16%。

3.3 观象台日最大降水强度年变化和降水时间分布特征

气候上以日为单位时间的平均降水强度，亦即每个降水日的平均降水量来评价某一地区降水季节分配的均匀程度和可利用程度。北京地区的降水强度为8.7mm·d^-1，比上海8.5m m·d^-1的强度还大，其中8月为16.1mm·d^-1[1]，表明北京降水分布极不均匀。降水强度大，对赛事和赛程的影响程度就大，利用日最大降水强度可以判断降水对赛事的影响程度。历史上北京8月的最大降水强度是212.2mm·d^-1(1963年8月9日)。1971年以来观象台逐年赛期的日最大降水强度见图 4。

图中最大值为156.2mm·d^-1(1984年8月9日)，其次为100.4mm·d^-1(1985年8月20日)。1980年代的降水强度最大，2001年以后，日最大降水强度均≤50mm ·d^-1，近年来大降水较少出现，降雨强度也小。最大降雨强度≤50mm·d^-1的有28年，概率76%。这种情况与上述≥25mm的降雨的情况一致。

在37年中有26年雨量≥25mm，其中出现在8—20时为13年，概率50%，7年出现在20—02时，概率27%，6年出现在02—08时，概率23%。以往的统计表明北京降水时间多年平均以14—20时最多，凌晨2时至午后14时较少出现^[1]。上述的结论与以往的统计结论基本一致。

8月8—24日北京逐日1小时最大雨强(图略)和降雨时间的统计表明，最大雨强的极值为59.2mm·h^-1(1991年8月15日22—23时)，次大为56.6mm·h^-1(1984年8月10日03—04时)，其中1980—2007年中有9年出现1小时最大雨强≥20.0mm·h^-1，概率32%。

3.4 观象台最长连续降水日数

观象台37年中共有15年出现2天以上连续降水，概率41%。大多数年虽然出现几天连续降水，但是日雨量不是每天都大。其中2年连续出现2天以上日雨量≥25mm/d的过程，占5%，1984年8月9—10日，雨量分别为156.2mm和50.3mm，而1979年8月12—15日连续4天日雨量≥25mm。

3.5 雷暴天气的变化特征

北京夏季经常出现局地对流性天气，伴有雷击、闪电和大风，有时甚至有冰雹，简称雷暴天气。从表 1第4列可见，城郊5站赛期的平均雷暴日数为3.7日，海淀发生的次数(4.1日)略多于其他各站。另外图 5清楚地显示城郊5站雷暴天气发生频次的趋势基本相同。1980年代中期以前是上升趋势，以后呈下降趋势，尤其近3年来连续下降，处在低值期。与上述几种降水要素的下降趋势相符。

4 大风天气 4.1 城郊5站多年平均大风发生的频次

大风天气主要是指强对流天气带来的短时大风，如果10分钟平均风速≥7m·s^-1, 将会影响室外运动和活动，以此为标准进行统计(见表 1第5列)。各站大风日数略有差异，海淀最多(1.7天)，丰台最少，这与地理位置、下垫面粗糙度等有关，5站多年平均大风发生的日数为1.2日。

4.2 观象台逐年大风变化特征

37年中风速≥10m·s^-1的仅有5年，占14%。1980年代风速较稳定，1990年代后期至今基本为下降趋势，目前处在风速较小期(图 6)。

在所统计的37年中有32年风速达到7m·s^-1，出现时间在14—20时的有22年，概率69%；在20—01时有4年，概率12%；在08—14时有6年，概率19%，与雨量≥25mm的出现时间基本一致。

5 大雾及低能见度天气变化特征

能见度大小反映了大气的清洁程度，能见度对航空、城市交通有重要影响。近年来随着城市人口、工业、车辆迅速增加，导致大气中水汽凝结物和悬浮微尘颗粒物增多，北京的能见度变差。北京的空气质量引起政府和国内外公众的关注。对赛期的大雾天气和≤2000m的低能见度的变化进行分析，以达到间接评价大气污染状况的目的。

5.1 观象台及城近郊各站大雾多年平均情况

从表 1最后1列可见，奥运会期间城郊5站多年平均大雾日数为0.7天，由于观象台(1天)处在东南郊，地势略低，大雾天略多于其他站。

北京地区的雾一般凌晨日出前生成(夏、秋季为5—6时)，日出后逐渐消散^[1]。文中所普查的雾以02—08时为主，14和20时少见。

5.2 观象台低能见度天气的年际变化特征

北京秋季的能见度最好，夏季次之。夏季能见度低主要是湿度大，由雾及轻雾造成的^[8]。以能见度≤2000m(包括轻雾和大雾天气)为标准进行统计的结果列于图 7，图中较好地显示北京低能见度变好的趋势。1970年代以后北京空气中颗粒物增多，1980年代低能见度日数开始增多，1980—1989年低能见度天气平均日数达3.2天，1990—1999平均为3.9天，最严重，其中最多的为7天(1995年)。2000—2007年平均只有1.5天，1999年后连续9年在2天以下，即目前处在低能见度的偏少期，空气质量已经得到明显的改善，这是政府及各部门从1990年代以来大力整治北京空气污染的成果。今年整治的力度会进一步加大，北京奥运会上可能迎来少于1天的低能见度日。

6 结论和讨论

利用1971—2007年观象台、海淀、丰台、朝阳和顺义的气象要素资料，对北京奥运期间8月8—24日的极端天气事件进行了统计分析，结果表明：

(1) 观象台极端最高气温为37.3℃，T_max＞36.0℃的年数仅为2年，出现概率5 %，日最高气温呈明显的上升趋势，上升率为0.69℃/10年。目前处在最高气温偏高期。城郊5站T_max≥33℃的平均日数为2.8天, 变化趋势基本一致，也呈明显的上升趋势，目前处在日数偏多期。每年平均高温闷热(T_max≥32℃且平均相对湿度≥55%)天气日数为4.7天。

(2) 观象台日最大降雨量中出现雨量≥25mm·d^-1的概率高达68%。城郊5站雨量≥2 5mm的平均降雨日为1.1天；观象台日最大降雨强度的最大值为156.2mm·d^-1，连续2天日雨量≥25mm·d^-1的过程出现2年，降水时间主要出现在8—20时，概率50%，；城郊5站平均雷暴日数为3.7天。上述三要素均处在低值期。

(3) 10分钟平均风速≥7m·s^-1以上的大风日数城郊5站为1.2天，1990年代后期至今基本为下降趋势，目前处在风速较小期。出现时间主要在14—20时，概率69%。

(4) 城郊5站平均大雾日数为0.7天。≤2000m的低能见度日数从1990年代平均3.9天降到2000—2007年的1.5天，目前处在日数较少期。

另外需要说明的是，文章中讨论的内容中可能是一次天气事件中出现的，但是他们是天气事件的不同方面，是独立的，所以本文分别统计。