北京地形复杂,西、北和东北部群山环绕,东南部为高度城市化的平原地区。为了分析北京不同区域降水和气温变化特征的差异,本文首先根据北京的地理特征以及夏季降水量的年变化特征将北京划分为城区、郊区、南部山区和北部山区;其次,研究了四个区域降水和气温的日变化、年际变化,以及夏季降水特征的区域性差异,并结合区域之间下垫面的热力差异和地形高度差异引起的局地环流,分析了造成降水日变化区域性差异的可能原因,并探讨了北京市观象台降水和气温资料对各个区域的代表性;最后,利用中尺度模式WRF耦合单层冠层模式(SL-UCM)分别研究了北京城市下垫面和地形作用对各个区域降水和气温日变化的影响,并结合环流场和水汽输送的变化探讨了影响降水日变化的物理机制。　　 全文研究结果如下:　　 (1)从2004-2007年6-8月的平均降水日变化来看,北京城区和北部山区只有傍晚一个降水量峰值,分别高于各自区域目平均降水量的80%和121%;而郊区在傍晚和清晨有两个降水量峰值,分别高于其日平均降水量的76%和29%;南部山区也在午后和夜间分别出现降水量的第一和第二峰值。城区和郊区的降水量最小值出现在上午11时,而山区比城区和郊区早1-2小时。四个区域的降水强度日变化对降水量日变化的解释方差达到65.5-79.6%,远大于降水频率对降水量的解释方差(11.8-64.1%)。城区的降水频率在全天几乎都是最低的,而山区的降水频率在白天都较高。　　 (2)关于降水日变化存在区域性差异的可能原因,研究表明,与局地环流场相联系的散度场与北京不同区域降水日变化密切相关。该局地环流的产生一方面是由于北京不同区域之间热力差异的日变化,另一方面则是北京山区地形的分布造成的山谷风环流所致。因此,以上二者的共同作用可能是导致北京降水日变化存在区域性差异的重要原因。　　 (3)1978-2010年北京降水量的长期变化特征表明,虽然各个区域的降水量都呈减少趋势,但只有郊区降水量的减少趋势(47mm/10yr)显著。郊区的多年平均降水量最多(620mm),北部山区最少(476mm)。城区与南部山区降水量的年际变化和夏季降水特征具有较好的一致性,但二者与郊区和北部山区有显著差异。此外,北京市观象台的降水资料对城区和南部山区的代表性最优。　　 (4)四个区域的表面气温在变化趋势、年际变化、季节变化以及日变化特征方面存在显著差异:城区年平均气温最高,北部山区最低;城区与郊区、城区与北部山区气温的差异在冬季最大,夏季最小,城区与南部山区气温的差异在夏季最大,春季最小;城区气温在春、夏、秋、冬季的日较差都最小,而南部山区最大。1990-2007年四个区域都呈显著的增温趋势,其中城区增温率最高(0.55℃/10yr),而郊区增温率最低(0.25℃/10yr)。此外,北京市观象台的气温资料对城区的代表性最优。　　 (5)WRF/SL-UCM的模拟结果表明,城市下垫面对城区、郊区以及北部山区晚上的降水量和降水频率分别增加3.3-33.4%和5.9-16.4%,而对城区和郊区清晨的降水量分别减少6.1-48.4%和43.7-87.1%,对城区、郊区以及北部山区清晨的降水频率减少5.1-13.9%。其原因可能是:在午后至晚上,城市作用增强了城区、郊区以及北部山区900hPa以下自南向北的暖湿气流输送,有利于降水的发生和增强;而在清晨时段,城市作用在城区产生了自北向南的干冷气流输送,同时也大大减弱了对郊区和北部山区来自南方的水汽输送,不利于降水的产生。城市作用对南部山区全天的水汽输送影响表现为以辐散为主,对降水有减少作用。　　 (6)北京山区地形与四个区域午后至晚上的降水量和降水频率峰值有密切联系,山区地形对各个区域午后至傍晚的降水量和降水频率峰值分别增加17.4-52.7%和4_30%,而对夜间、凌晨及上午的降水量和降水频率有明显的减少作用。其可能成因包括:当地形高度降低以后,由山区地形引起的山风被大大削弱甚至消除,午后至晚上的水汽输送状况不利于各个区域的水汽聚集,从而减少降水;而在夜间、凌晨和上午时段有较强的自南向北的暖湿气流输送,利于各个区域降水的发生和增强。