气象卫星遥感地表温度推算近地表气温方法研究

气温是各种植物生理、水文、气象、环境等模式或模型中的一个非常重要的近地表气象参数.多年来气温数据以离散的常规气象站点观测为主,连续分布的格点气温数据则以站点资料插值而得到,分辨率低,无法反映地形等下垫面因素对局地气温的影响,在农业气候区划等研究中具有一定的局限性.随着卫星遥感地表温度算法的日趋成熟,为探讨卫星遥感地表温度数据在气温观测中的可能性和可行性,利用全中国2340个站点1998 2007年的逐旬平均最高气温数据,以及相应时段的NOAA/AVHRR旬最高地表温度数据,以线性回归及拟合模型为主,通过考虑植被指数、土地覆盖类型、季节、风速、气压、降水等各类影响因子,建立了旬最高地表温度与旬平均最高气温间的推算模型,并利用未参与建模的2002-2003年的常规气象站点气温数据,同时与推算气温和插值气温结果进行对比分析.结果表明,利用卫星遥感地表温度数据推算的旬值气温数据可取得较高的精度,尤其在地形复杂地区以及站点稀疏地区精度明显高于插值气温结果.     

单次极端高温过程中城市热岛效应的识别

利用高密度自动观测站逐时气温资料和NCEP再分析资料,按照客观的标准选择参考站,分析2010年7月2~6日北京一次极端高温过程中城市热岛强度(IUHI)对城区地面气温时空分布的影响。此次高温过程连续5日的日最高气温均超过35.0°C,为北京站1951年以来连续5日平均最高气温的最高值。大陆暖高压控制我国大部分地区,北京处于高压脊前,西北气流下沉增温,加之气流越山引起的焚风效应,是导致此次极端高温过程发生的环流背景。但受城市热岛效应影响,最高、最低和平均气温的空间分布均出现了以城区为中心的高值区,从城区中心向郊区平均IUHI逐渐减小,最低气温IUHI较大,四环线以内5日平均IUHI达到2.93°C,四、五环线之间1.87°C,五、六环线之间1.43°C;最高气温IUHI较小,但四环线以内,四、五环线之间和五、六环线之间5日平均IUHI仍分别达到1.45°C、0.96°C和0.72°C。在7月3~6日夜间,四环内IUHI极值均在3.00°C以上,特别是7月6日凌晨达到5.50°C;白天IUHI相对较小,其中2日早晨甚至还出现了负值。城区各地带IUHI日变化规律几乎同步,具有两个相对稳定阶段和两个快速变化阶段。稳定的强IUHI阶段从21:00(北京时间,下同)持续到次日05:00,稳定的弱IUHI阶段从08:00至18:00;05:00至08:00是IUHI快速衰减阶段,而18:00至21:00是IUHI快速上升阶段。因此,城市热岛效应对北京城区夏季单次极端高温过程的强度及其空间分布具有显著影响,在很大程度上加重了城区特别是中心城区的高温影响。     

国家级极端高温短期气候预测系统的研制及应用

目前,国家级旬、月极端高温预测的业务工作尚未展开,国家级极端高温短期气候预测系统的研制为中国高温预测业务提供了一个有效平台.该系统以百分位相对阈值和35°C、38°C绝对阈值作为高温阈值指标,应用月动力预测模式、动力预测与统计降尺度相结合、物理统计相似三种不同的方法,预测未来1～40天的旬、月极端高温发生概率及高温日数,定期滚动发布预测产品.并以相关系数为衡量指标,应用交叉检验方法对三种方法的预测效果进行分析,结果表明不同方法高相关区的空间分布存在差异,在进行高温预测时,应综合各方法高相关区的预测结果给出综合预测意见.对2007年7月极端高温预测个例分析表明三种方法均有一定的预测技巧.     

桂平市近50年早稻高温热害发生规律

利用桂平国家气象站1968-2017年地面气象观测日平均气温、日最高气温数据和2009-2018年桂平市农业气象观测站早稻观测数据,以日平均气温≥30℃和日最高气温≥35℃为指标,运用数理统计方法分析高温热害过程发生规律。结果表明:影响桂平市早稻高温热害出现的概率达到78%,其中轻度出现了32次,中度出现了16次,重度出现了5次。     

上海城市集群化发展显著增强局地高温热浪事件

上海作为中国城市集群化发展的典型代表,经过30余年圈层式、集群化扩张,城市建设用地面积比例高达47.9%,接近50%的生态阈值。城市群快速扩张诱发了一个以徐家汇为中心覆盖周边40 km的区域性热岛,影响高温热浪的时空分布。基于DMSP/OLS遥感夜间灯光数据构建的城市发展指数,客观地反映出1992—2013年上海西郊嘉定、青浦和东郊的浦东集群化发展特征最凸出。利用Chow检验最优分段建模法,研究发现高温热浪期间城市群热岛突变转折与区县城市发展指数超过60%的年份相对应。城市发展指数超过60%后,近郊城市继续扩张将缩小城、郊气象站的温差,诱发更大范围热岛,增强高温热浪。1977—2000年近郊区县城市发展指数低于60%,高温热浪各要素项城郊差值显著上升,而2000年西郊城市发展指数超过60%后,和市中心差值减小,快速城市化明显增强西郊高温热浪强度和持续时间。1978年以来上海西郊与远郊高温日数差值增加了1.6倍,平均气温差值增加了34.4%,平均最高气温差值增加了41.7%。高温热浪期间遥感数据显示,向西郊伸展的城市群地表温度高值区规模扩大了32.8%,是西郊高温热浪增强的驱动因子。     

沪宁高速公路高温预警指标及预报模型的研究

利用沪宁高速公路实时监测数据,筛选出30个典型高温天气过程,应用WRF模式对其进行了数值模拟。在对输出结果作统计分析后,提取了沪宁高速公路高温天气的几个数值预警指标,建立了梅村、河阳两站的高温预报模型。研究表明:(1)利用WRF模式对沪宁高速公路沿线的高温天气过程进行模拟是可行的;(2)提取的沪宁高速公路高温数值预警指标有:前一日14时的地表温度Ts≥40℃、地面潜热通量Fl≥350 W.m-2、近地面相对湿度Hr≤60%、当日08时的地面感热通量Fs为负值且绝对值≥70 W.m-2、地面水平风速Vs≤3 m.s-1,当各项指标同时满足时,可预报当日会出现35℃以上的高温;(3)采用多元线性回归方法分别建立了梅村和河阳站的高温天气预报模型,经检验所建模型预报准确率较高。     

广州市番禺区高温天气与热带气旋关系

利用番禺区1960—2004年高温天气(Tmax≥35℃)的历史资料及同期热带气旋资料,采用统计方法研究高温天气与热带气旋影响区(15~35°N、110~135°E)内热带气旋之间的关系,得出:(1)高温特别是36℃以上高温与热带气旋有着密切的关系,高温强度越强,存在强热带风暴和台风的比例也越大。没有热带气旋存在仅靠副热带高压作用,则出现36℃以上高温的机会小得多,并且没有37℃以上超高温天气出现;(2)西北太平洋源地热带气旋对高温的贡献较南海源地占有绝对优势。无论何种源地,从热带低压到强热带风暴,随着热带气旋强度的增强,出现高温的比例都有一个明显的突跃;(3)7—9月份出现高温时,热带气旋存在的比例在68%~87%之间。移经热带气旋影响区的热带气旋,以7月出现高温的比率为最大,强热带风暴以上出现高温比例超过35%。     

北京奥运会期间的气象条件分析

利用北京1951—2003年气象要素的时值、日值和旬值等资料,对北京7—9月尤其是奥运会比赛期间的气温、降水、湿度、风和人体舒适度指数等要素的平均状况、演变特征和极值等变化特征进行了统计分析。结果表明:北京奥运会期间的气温较适宜,对赛事有重要影响的高温天气出现概率较小;8月8—24日,平均2~3 d出现1次降水;风速具有明显日变化,01:00—07:00(北京时)较小,12:00—18:00较大;沙尘、冰雹、雾和暴雨等不利天气较少发生。     

RegCM3 CORDEX东亚试验模拟和预估的中国夏季温度变化

按照CORDEX (COordinated Regional Downscaling Experiment) 计划试验设计要求,利用中国科学院大气物理研究所全球模式FGOALS-g2的数据驱动区域气候模式RegCM3,针对1986~2005年历史气候和2010~2065年RCP8.5排放情景下气候预估,对东亚地区进行了50 km动力降尺度模拟。首先评估了RegCM3模式及驱动模式FGOALS-g2对1986~2005年夏季中国地表气温和极端高温事件的模拟能力,然后比较了两个模式在RCP8.5排放情景下对中国夏季地表气温和极端高温事件预估的变化,重点分析了动力降尺度结果的优势。结果表明,两个模式均能合理再现夏季中国地表气温和极端高温事件的大尺度气候态特征。相对于全球模式,区域模式由于水平分辨率较高,能在刻画地表气温分布的细节上体现出优势。在RCP8.5排放情景下,两个模式预估的三个地表气温指标均显著升高,到21世纪中期 (2046~2065年),两个模式预估的全国平均地表气温增幅相当,气温日较差变化均较小。在FGOALS-g2模式预估中,到21世纪中期,三个地表气温指标的增幅相当,气温日较差没有明显变化,东北和青藏高原的地表气温增幅最大。在RegCM3模式预估中,到21世纪中期,中国大部分地区日最高气温 (Tmax) 增幅大于日最低气温 (Tmin) 增幅,气温日较差增加;而在青藏高原西部,Tmax的增幅较Tmin偏低,气温日较差减小。在RCP8.5排放情景下,两个模式预估的极端高温事件到21世纪中期也显著增加,RegCM3模式预估的极端高温事件全国平均增幅略高于FGOALS-g2模式的预估。在两个模式的预估中,日最高气温最大值 (TXx)、暖昼指数 (TX90p) 和持续暖期指数 (WSDI) 变化的空间分布特征与Tmax相似;和当代相比TX90p增加了60%以上,而WSDI增加了一倍以上。     

黑潮延伸体区域海表温度锋的时空变化特征分析

利用NOAA最优插值逐日海表温度资料和AVISO中心的海表高度异常资料,分析了黑潮延伸体区域的海表温度锋的时空变化特征以及导致其年代际变化可能的原因。结果表明,气候平均态的黑潮延伸体区域海表温度锋位于黑潮延伸体区域北部边缘,在143 °E和150 °E附近存在两个弯曲,SST水平梯度最大值出现在142 °E附近,强度超过4.5 ℃/(100 km),其后强度自西向东逐渐递减,在149 °E附近又出现一个较弱的大值中心,在141~153 °E范围内,海表温度锋位置的平均值为36.25 °N,强度的平均值为3.22 ℃/(100 km)。黑潮延伸体区域的海表温度锋南北位置的季节变化很弱,而其强度的季节变化非常显著。相较于较弱的季节变化,海表温度锋位置的年际和年代际的低频变化则要显著得多,其南北变化跨度超过2 °。海表温度锋强度的年际和年代际的低频变化也较强,超过4.5 ℃/(100 km)。黑潮延伸体区域的海表温度锋的变化与太平洋年代际振荡（PDO）以及北太平洋涡旋振荡（NPGO）存在显著的相关关系,NPGO和PDO在中东太平洋区域会强迫产生海表高度异常,随后向西传播,在约3年后到达黑潮延伸体区域,使该区域流场发生变化产生海洋热平流异常,最终导致海表温度锋强度发生变化。      

宁夏高、低温天气及环流特征的初步分析

通过宁夏24个测站1960—2000年逐日最高、最低气温资料，对宁夏40年来高、低温天气的时空变化特征进行了分析；并利用NCEP／NCAR(1979—1999年)资料对宁夏高、低温天气典型偏多、少年的大气环流异常特征进行了诊断分析。结果表明：宁夏高、低温天气偏多、少年间极涡的强度及位置和大陆高压、副热带高压的强度和位置具有明显差异，同时，高、低温天气偏多、少年份中，温度场也有相反的分布。     

基于CART算法的夏季高温预测模型构建与应用

以夏季高温有效积温的多年平均值作为判断夏季高温炎热程度的标准,借助CART算法探究东亚夏季风指数,夏季印缅槽,夏季北大西洋涛动(NAO),赤道太平洋海温等多项气候因子与高温的关系,得到高温预测规则集,建立高温的预测模型。研究中选取1955—2012年福建漳州夏季的日最高气温等站点气温资料,通过计算58 a的夏季高温有效积温数值来判定夏季的炎热程度。将同一时期的多项气候因子数据作为输入变量输入,算法会随机选出其中46 a的数据得到10条分类规则集,建立的预测模型准确率达到91. 49%。用剩下的12 a数据进行检验,准确率达到91. 67%。研究结果较好地验证了高温预测模型的可行性和有效性,为灾害性天气模型的研究提供了新思路。     

郑州市近50年高温闷热天气气候特征分析

利用郑州1951～2002年气温资料，统计了郑州市各级高温及闷热天气，并与邻近城市及“三大火炉”城市进行了对比分析。结果表明：自20世纪80年代初以来，郑州夏季平均气温演变呈增高趋势，增温幅度大于周边城市，尤其90年代以来高温闷热天气日明显增多，但闷热日数及闷热程度仍不及“三大火炉”城市。     

热气候指数评价中国南方城市夏季舒适度

利用南方14个城市1981-2013年6-9月的逐日气象资料,根据生物环境特点,制定了基于通用热气候指数的新评价方法,对中国南方城市夏季舒适度进行评价研究。结果表明:中国南方城市的高温不舒适天数近33 a来以3.4 d/10a的速度增加,并有5 a震荡周期。舒适度排名显示,体感温度最高的4个城市分别为重庆、福州、南昌和长沙,杭州与重庆的体感舒适度下降速率较快。对比高温不舒适天数和高温日数发现,两者具有很好的一致性,证明了高温不舒适度与气温关系的密切性。同时,由于热气候指标计算要素的多重考虑,结果与高温日数存在一些差异,但其更具有一定参考和应用价值。     

中国不同纬度城市群对夏季短期高温天气影响的模拟研究

本文利用中尺度WRF v3.2模式,通过改变中国东部京津冀、长三角、珠三角3个典型城市群下垫面类型,对大规模城市化效应进行模拟研究,探究不同纬度(不同背景环流场)不同规模的城市群发展对短期夏季高温天气的影响及可能机制,结果表明:大规模城市化后,城市扩展区近地层(地表2 m)气温均出现显著升高,城市化率越高,城市扩展面积越大,中心升温值越显著,最大升温超过了1.8℃,在不同背景风场的作用下,升温范围都向下风区扩展,长三角地区城市扩展造成的升温比京津冀强,又强于珠三角地区;城市化改变城区湿度状况,使城区出现显著干岛,湿度响应具有显著的局地性,温湿空间分布有很好的对应关系,城区整体呈现出"干暖"趋势;城市化改变地表能量平衡,使感热通量增加潜热通量减少;调整降水分布,使主城区降水较少。     

漯河市高温天气模型

通过分析常规天气图、日本传真图、欧洲数值预报图，概括出漯河市高温天气过程的模型，确定了高温天气预报指标。     

2003年夏季长江中下游地区异常高温的分析

2003年我国和世界范围内，部分地区出现了盛夏异常高温天气。本文主要从环流特征和南京近百年气温资料，以江苏为主的长江中下游地区出现的异常高温成因，作了天气和气候的分析。经研究分析，造成2003年异常高温时段的副热带高压形势是符合历史同期出现高温天气的环流特征的。唯2003年高温时段的副热带高压的强度较历史同期显著偏强。从气候方面分析，2003年盛夏南京地区出现的高温天气仍未突破近百年来出现高温年的历史纪录。就南京地区而言，无论是7月下旬～8月上旬的持续高温，还是8月中旬紧接而来的低温冷夏天气，都显示出大气环流的演变特征和历史同期的气候特征。     

新疆2023年夏季高温的阶段性特征及环流演变

2023年夏季(6-8月)新疆平均气温偏高幅度居1961年以来第一位,高温日数居历史同期第一位,高温过程持续时间居历史同期第一位,高温覆盖面积最广。本文利用新疆105个国家级气象站监测资料,分析2023年夏季高温日数、最高气温、高温过程时长和高温过程覆盖范围等极端性特征的季节内演变,季节内各月高温特征总体呈现发展-强盛-消减的趋势,并运用NCEP/NCAR联合制作的位势高度场再分析资料对2023年夏季100hPa、500hPa层面高空环流的阶段性变化对比研究得出,新疆极端高温的季节内变化与南压高压和伊朗副高的强度、面积、位置的阶段性变化密切相关,当南压高压偏东偏北,强度偏强,伊朗副高增强,北移东进,青藏高原高压脊发展强盛,配合西太副高位置东伸,有利于新疆产生持续性极端高温天气过程。当南压高压为青藏高原型,伊朗副高主体位置偏西,有利于冷空气从北方进入新疆,造成阶段性降温天气,新疆极端高温过程减弱,持续时间缩短。     

南京夏季高温日数异常的分析

利用南京气象观测站1951—2007年逐日最高气温观测资料,美国NCEP/NCAR再分析资料中1951年1月—2006年12月的平均高度场、风场资料,运用小波分析、二项式滑动平均、合成分析等方法,分析了南京57a来高温日数的月、季、年际、年代际变化的时间变化特征和异常年份同期7、8月的大气环流特征。发现:(1)南京57a来年平均出现高温的日数为14.7d,高温日主要出集中在7、8月份;(2)南京高温日数具有明显的年际变化,其年际变化最高可达29d(1965年为8天,1966年有37d),57a来南京高温日数异常偏多年有8a、偏少年有7a;(3)南京高温日数1950s到1960s相对偏多,1970s到1990s初处在一个相对偏少的时期,1990s至今,都处在高温日数偏多的阶段;(4)南京高温日数异常偏多时,南亚高压异常偏东、偏北,副高异常偏西、偏北,出现了纬向上"相向而行"的趋势。     

基于BCC＿CSM模式的破纪录高温事件研究

利用国家气候中心发展的海气耦合模式BCC_CSM 1.1模拟的北半球逐日最高气温数据探讨了近年来破纪录高温事件频数变化特征,并预估了其在未来不同情景排放下的可能变化。基于单点逐日最高气温模拟资料呈正态分布及破纪录高温事件符合随机理论,对北半球近50 a破纪录高温事件频数进行了模拟与理论的对比分析。结果表明:破纪录高温事件频数模拟理论比呈现显著的上升趋势,且这种上升趋势海洋大于陆地,低纬大于高纬;通过与气温相关分析得知破纪录高温事件频数模拟理论比的上升趋势主要是由北半球气温上升导致。在此基础上,比较了RCP4.5与RCP8.5两种不同排放情景下破纪录高温事件频数模拟理论比的变化特征,结果表明在后期(2060—2098)二者差异显著,前者变化较为平稳,而后者具有显著上升趋势,这种差异是对气温不同变化的响应,且低纬海洋的响应比陆地更为敏感。