澳大利亚再遇强降雨？研究称：城市效应更频繁，不是雨更大|卫星|地表|强降雨|澳大利亚

澳大利亚东海岸近日再次出现持续湿润天气，悉尼和新南威尔士州部分地区遭遇风暴、强降雨和山洪。这样的天气很容易让人提出一个问题：城市本身是否正在影响落到自己头上的降雨。

这个问题之所以重要，是因为如今大多数人生活在城市中。即便城市化只让降雨发生轻微变化，也可能通过洪水、雨水排放设计、供水和基础设施规划，影响大量人口。

卫星数据长期显示，许多城市的降雨事件比周边乡村更频繁。通常的解释是，城市本身参与了这一过程：城市热岛、更粗糙的地表、气溶胶以及土地覆盖变化，都可能影响风暴如何发展，以及雨落在哪里。我们发表在《环境研究快报》上的新研究提出了一个相关问题：这些数据中，有多少反映了降雨的真实变化，又有多少取决于我们如何观测它。

理解城市上空的降雨并不容易。雨量计可以准确测量某一具体地点的降雨量，但布设并不均匀，无法完整捕捉大城市范围内降雨的空间差异。气候模型可以细致模拟城市天气，但要对许多城市、跨越数十年开展公里尺度模拟，计算成本仍然很高。

卫星观测正好填补了这一空白。美国国家航空航天局的“全球降水测量计划综合多卫星反演”数据集，简称IMERG，能够以较高分辨率提供近全球范围的降雨估算，如今已被广泛用于研究城市降雨。

我们分析了全球15个最大城市的IMERG降雨数据，其中包括悉尼和墨尔本。这些城市分布在不同气候带和地理环境中，既有沿海城市，也有内陆城市。结果显示出一个清晰模式：城市地区的降雨事件比邻近农村地区更频繁。最明显的信号并不是每场风暴都变得更强，而是卫星记录到城市上空“正在下雨”的小时数更多。相比之下，城市中心单次降雨事件的降水量往往低于周边地区。

换句话说，在IMERG数据中，城市效应的主要表现是降雨更频繁，而不是雨下得更大。现代卫星降雨数据结合了红外和微波两类观测。红外传感器通过云顶温度间接估算降雨。它覆盖范围广，但对轻微、浅薄或暖雨的识别能力有限，因为这类降雨发生时，云顶不一定足够冷。

微波卫星运行在低轨道上，能够探测与云中雨滴和冰粒更直接相关的信号，因此特别适合判断是否真的在下雨。当我们按观测类型拆分IMERG数据后发现，城市降雨信号主要来自微波观测，而红外估算并没有显示出明显的城市模式。这并不意味着微波信号有误，但它提示长期研究中存在一个潜在问题：微波观测本身在不断变化。新卫星不断发射，老卫星陆续退役。对我们研究的这些城市而言，到2023年，微波观测的采样频率恰好几乎是2001年的两倍。

这很关键，因为微波传感器从头顶经过得越频繁，就越容易捕捉到更多降雨事件。2002年可能漏掉的一场小阵雨，如今可能会被一小时内经过的多颗卫星中的某一颗记录下来。

为了检验这种采样变化是否会影响观测到的长期降雨趋势，我们将微波和非微波观测与长期平均值进行了比较。这样一来，就能把卫星采样变化带来的影响，与天气本身的真实变化区分开来。结果显示，在这15个城市中，微波采样变化最多可以解释约20%的长期降雨趋势。就降雨频率而言，拉各斯、伦敦、墨尔本、柏林、墨西哥城和巴黎等城市的一些区域，表面上看到的趋势中有超过40%可能与观测系统变化有关。

当然，卫星并没有“制造”出整个城市降雨模式。即便将采样效应扣除后，城市降雨信号依然存在，只是长期趋势变小了。因此，我们认为，城市上空的降雨确实更频繁，只是幅度可能没有此前想象的那么大。

在悉尼，我们还将IMERG与另一套卫星产品CMORPH，以及澳大利亚气象局的雨量计数据进行了比较。CMORPH显示出类似的城市模式，不过这两套产品并非完全独立，因为它们使用了部分重叠的微波观测数据。雨量计提供了更独立的核验方式，但在悉尼以及大多数城市，城市核心区以外的站点数量仍然太少，因此目前还无法通过地面观测确认这一效应的真实幅度。

如今，卫星降雨数据已广泛用于气候科学、洪水风险评估、农业、保险和水资源规划。在许多地区，它甚至是大范围内唯一一致的降雨记录。我们的研究提醒人们：某些看似明显的长期趋势，部分可能来自观测系统的变化，而不是真实气候变化。