1961—2010年我国夏季高温热浪的时空变化特征

利用全国753个站1961—2010年夏季逐日最高气温资料和基于死亡率明显增加而制定的高温热浪指标的已有研究成果,统计分析了我国高温热浪频次、日数和强度的时空分布特征。结果表明:我国的高温热浪频次、日数、强度高值区基本相同,均在江淮、江南大部和四川盆地东部等地,其中江西北部、浙江北部高温热浪频次最高,高温日数最多;浙江北部高温强度尤为突出。近50年来我国夏季高温热浪的频次、日数和强度总体呈增多、增强趋势,但也呈现明显的阶段性变化特征,20世纪60—80年代前期高温热浪频次和强度呈减少(弱)趋势,80年代后期以来,高温热浪频次和强度呈增多(强)趋势。区域变化特征明显,华北北部和西部、西北中北部、华南中部、长江三角洲及四川盆地南部呈显著增多(强)趋势;而黄淮西部、江汉地区呈显著减少趋势。自20世纪90年代以来,我国高温热浪的范围明显增大。     

湖南省夏季高温热浪时空分布特征及其成因

利用1960~2014年夏季(6~8月)湖南省77个气象站逐日最高气温资料,对该地区高温热浪的时空分布特征进行分析研究。研究结果表明:湖南省大部分地区常年遭受高温热浪袭击,年均发生1.53次,部分地区年均出现2次以上。高频次、高强度的高温热浪主要集中于湘中偏东(衡阳盆地一带)地区,株洲、长沙、益阳等地为次大值区,湘西地区高温热浪的发生频次及强度则低于全省平均值。近年来,湖南高温热浪的影响范围不断扩大,炎热程度不断增强。近55年高温热浪频次及强度具有显著的阶段性特征,20世纪80年代以前呈减少(减弱)趋势,此后呈增多(增强)趋势,21世纪以来高温热浪增多增强尤其明显。对一次持续时间长、影响范围广的极端高温热浪过程研究发现:南亚高压东伸扩展,西太副高异常偏西、偏北且稳定少动,下沉运动强盛等条件的配合有利于湖南省持续性高温的发生。     

近138年上海地区高温热浪事件分析

深入了解特大城市高温热浪的变化特征和发生条件对于科学防御其引发的灾害具有重要的实际意义.根据中国气象局高温日和高温预警信号阈值定义了上海地区高温热浪三级标准,并引入高温有效积温,基于1873-2010年上海市徐家汇站日最高气温资料分析了上海地区高温热浪的多尺度时频特征;基于环流指数和NCEP再分析资料,探讨了上海地区高温热浪异常偏强年的大气环流异常特征.结果表明:(1)将高温有效积温与高温热浪发生频次结合,可更合理地表征高温热浪的炎热程度.(2)近138年来上海共发生214次高温热浪事件,其平均高温有效积温为8.3℃,7月高温热浪发生频次和高温有效积温均多于8月.(3)近138年来上海地区高温热浪有三段持续偏多与偏强期:19世纪90年代初至19世纪末、20世纪20年代末至50年代初、80年代末尤其是21世纪初以来;最强的高温热浪事件出现在1934年;而21世纪初的10年,其炎热程度正呈明显上升趋势.(4)上海地区高湿热浪异常偏强年的主要环流特征是夏季北半球副热带高压异常偏强、西太平洋副热带高压异常偏西和印缅槽异常偏弱,如高温热浪异常偏强年夏季平均的西太平洋副热带高压西伸脊点伸展至我国东南沿海约122°E附近,而低纬地区印度半岛至孟加拉湾的低槽区基本消失.     

1954—2017年连州市高温热浪的特征

基于连州市基本气象站逐日最高气温观测资料,采用统计学方法分析了连州市高温的气候变化特征。结果表明:1954—2017年连州市年高温热浪频次、持续时间和强度呈现显著增加趋势,每年平均出现34 d高温日和4次高温热浪事件,高温日主要分布在5—10月,而高温热浪事件则出现在6—9月,月分布呈单峰型,峰值在7月。近64年来的高温变化大致能分成2个阶段:20世纪50年代初到90年代中期主要为高温少发期;进入21世纪后,主要为高温多发期。用M-K法检测出高温热浪事件在1982年发生了突变。用小波分析方法分析得出连州市高温有2个不同时间尺度的周期震荡互相嵌套,分别为准5和准10年。连州高温热浪事件的主要影响系统为副热带高压,且2007年的极端高温热浪过程是由于副高的长时间控制和西北向台风西侧的下沉气流影响造成的。     

石羊河流域中下游高温事件的气候特征

根据石羊河流域中游(武威)和下游(民勤)气象站1960—2015年逐日最高、平均气温观测数据,采用固定阈值法(天气标准)和百分位阈值法(平均标准)定义了高温事件,运用气候统计学方法分析了该区域高温事件强度、日数和极值的变化特征。统计结果显示,中、下游年代、年天气标准和平均标准高温事件强度总体上呈增强和日数呈增多趋势,2010—2015年高温事件强度增强和日数增多趋势明显,高温事件极值也呈增强趋势。高温事件出现在5—9月,高温事件强度和日数的高峰值均在7月,依次向两端递减。高温事件强度和日数均为下游中游,说明闷热天气持续时间下游比中游更长。高温事件中、下游年天气标准强度和日数时间序列没有发生周期性变化,平均标准强度和日数时间序列均存在着5～7 a的准周期变化。高温事件中、下游天气标准强度和日数以及平均标准强度均没有发生气候突变,平均标准日数发生了气候突变,突变时间中游在1997年、下游在1996年。年高温事件存在一定的异常性,高温事件强度和日数正常年份概率在58.9%～73.2%,对生命健康和安全生产造成危害的强度偏强和特强年份概率在14.3%～16.9%、日数偏多和特多年份概率在14.3%～21.4%。     

石羊河流域中下游高温事件气候特征

根据石羊河流域中游(武威)和下游(民勤)气象站1960—2015年逐日最高、平均气温观测数据,采用固定阈值法(天气标准)和百分位阈值法(平均标准)定义了高温事件,运用气候统计学方法分析了该区域高温事件强度、日数和极值的变化特征。统计结果显示,中、下游年代、年天气标准和平均标准高温事件强度总体上呈增强和日数呈增多趋势,2010—2015年高温事件强度增强和日数增多趋势明显,高温事件极值也呈增强趋势。高温事件出现在5—9月,高温事件强度和日数的高峰值均在7月,依次向两端递减。高温事件强度和日数均为下游>中游,说明闷热天气持续时间下游比中游更长。高温事件中、下游年天气标准强度和日数时间序列没有发生周期性变化,平均标准强度和日数时间序列均存在着5～7 a的准周期变化。高温事件中、下游天气标准强度和日数以及平均标准强度均没有发生气候突变,平均标准日数发生了气候突变,突变时间中游在1997年、下游在1996年。年高温事件存在一定的异常性,高温事件强度和日数正常年份概率在58.9%～73.2%,对生命健康和安全生产造成危害的强度偏强和特强年份概率在14.3%～16.9%、日数偏多和特多年份概率在14.3%～21.4%。     

1961~2016年四川盆地夏季高温热浪变化特征分析

利用27个测站逐日最高气温资料,对1961~2016年四川盆地夏季高温热浪的时空演变特征进行研究。结果表明:(1)四川盆地高温热浪频次、强度和持续时间均呈增加趋势,其中热浪强度的增加趋势最为显著。三者都经历了先较弱增加后明显减少再明显增加的年代际变化过程。20世纪80年代是热浪低发期,2010~2016年为明显高发期。(2)盆地高温热浪气候平均空间分布大致呈东南多(强)西北少(弱),空间差异显著,多发区主要集中在重庆西南部一带。三项指标除盆地东南边缘小部分为减少趋势外,基本呈增加趋势,增幅大值带均沿重庆北部至四川南部呈东北-西南走向。相比而言,盆地西部增加趋势比盆地东部更加显著。(3)盆地高温热浪频次、强度和持续时间均存在显著的年际变化周期,且具有较为一致的2年周期。相关分析表明,三者均与西太平洋副高脊线和北界位置存在显著的正相关。      

近60年山东省5—8月高温热浪变化特征分析

基于1960—2020年山东省逐日气象观测资料,采用高温热浪等级国家标准,分析了近60年山东省高温热浪日数、强度的时空变化特征,对各月干、湿型热浪强度和区域性热浪进行了研究。结果表明：山东省高温热浪日数和强度均表现出明显的区域差异,热浪临界温度和日数表现为由东向西、由沿海向内陆、由丘陵向平原逐渐增高/多,鲁西南和鲁西北地区年均热浪日数较多,鲁中山区和半岛南部沿海地区较少;年际变化总体呈增多趋势,其中鲁中和鲁南地区增多趋势最明显;年均热浪强度以轻度为主,鲁南地区年均热浪强度最高。山东省热浪主要发生在6、7月,5、6月以干型和轻度热浪为主,7、8月以湿型和中等强度以上热浪为主;区域性高温热浪在6月中旬和7月下旬发生频次最高,更大影响范围的区域性热浪则出现在7月中旬至8月上旬。     

基于超热因子的中国热浪事件气候特征分析

采用世界气象组织气候委员会推荐基于超热因子(excess heat factor,EHF)的热浪指标并加以拓展,对中国1958—2013年的热浪事件气候变化进行分析。结果表明:华中、华东和西北地区的平均热浪次数要略多于中国其他地区;华东和华中地区的热浪最长持续天数和热浪总天数最多;热浪EHF最大值、年均EHF值和EHF中位数值有北高南低的分布特征;华东、华中地区的轻度、中度热浪天数较多,重度热浪天数较少,中国北部和西部则相反;中国热浪EHF年总量有增加的趋势、准3年的年际变化周期和明显的年代际突变;中国大部分地区的高温热浪有增加趋势,但在华中、华北、东北的部分地区变化不显著。以云南德钦站为例说明中国西部高原地区不仅存在高温热浪事件,而且在进入21世纪后日益严重。     

1953-2018年惠阳高温变化特征分析

基于惠阳国家气象观测站1953—2018年逐日的日平均气温和日最高气温观测资料,采用线性回归、Mann-Kendall突变检验、相关性分析等统计方法,分析了惠阳高温天气特征及其年代际变化特征。结果表明:1953—2018年惠阳年平均气温呈显著上升趋势(0.017℃/年),年平均气温在1995年发生升温的突变;高温天气出现在5—10月,以7—8月最多;1953—2018年惠阳年平均高温日数为13.8 d,高温日数气候倾向率为0.28 d/年,上升趋势明显,暖期年平均高温日数比冷期年显著增多131%,高温热浪频次则增加160.7%,同时高温热浪强度也呈现显著增长趋势,特别是中度以上高温热浪过程明显增多。     

昆明和北京两幢建筑物表面热力效应的观测对比

利用昆明、北京两座城市内建筑物为研究对象, 对其不同朝向外墙壁面、屋顶面表面温度及壁面近旁气温进行了观测, 分析了建筑物外墙壁面表面温度及其近旁气温的垂直分布以及壁面、屋顶对周围大气的热力效应特征, 并对两座城市内建筑物的热力状况进行了比较分析。研究表明:建筑物表面温度受太阳辐射的影响要比近旁气温大得多, 一般说来, 壁面昼间是热源, 夜间是热汇; 受研究对象所在的大区域气候、人类活动等影响, 建筑物外表面的热力效应有许多异同; 建筑物屋顶面与近旁空气间的平均热通量基本为正值, 呈现较强的热源效应, 其热力效应强度与太阳辐射呈现正相关; 城市建筑物的外表面 (壁面、屋顶面) 已成为城市区域内有别于城市地面, 且对城市立体气候的形成具有不可忽视影响的热力作用面。     

印度洋海气热通量交换研究

基于综合海洋大气资料集(COADS)资料的研究表明,热带印度洋的海气热通量交换具有明显的区域性特征,在部分海域,如冬季热带印度洋的中东部、夏季的热带西印度洋和北印度洋,它主要表现为海洋对大气的强迫.海洋对大气的这种强迫,主要是通过潜热加热实现的.与潜热加热相比,感热加热尽管是一个小量,但感热异常与表层海温的显著相关,较之潜热明显超前.无论冬季还是夏季,热带印度洋都存在大面积海域,其SST变化难以通过海气热通量交换来解释.     

藏东南地区复杂下垫面能量收支特征分析

利用公益性行业（气象）科研专项项目＂藏东南地区复杂下垫面地气交换观测研究＂在藏东南地区进行的地气交换观测实验数据,分析典型晴天和阴天条件下不同下垫面能量过程的特征及其差异。结果表明：在典型晴空状态下,不同下垫面的地表净辐射均具有明显的日变化特征,在典型阴天的情况下,不同下垫面地表净辐射日均值显著减小;在典型晴空天气下,4种类型下垫面上潜热均随着净辐射的增加而表现为增加的趋势,在典型阴天的情况下,潜热通量明显比晴空天气小;不同下垫面感热通量的日变化存在显著的差异,不同下垫面感热的变化特征在典型晴空和阴天条件下的差异不明显;不同下垫面土壤热通量与净辐射的变化趋势基本一致,阴天夜晚土壤热流的交换与晴天夜晚的差异不大,四种下垫面土壤均存在能量损失,土壤处于降温状态。     

兰州市近50年城市热岛强度变化特征

利用1956-2005年兰州市日平均气温、日最高气温和日最低气温,分析了近50年兰州市城市热岛效应变化,并利用城区和郊区3种气温的倾向率计算了城市热岛强度倾向率和热岛增温贡献率。结果表明：1956-2005年兰州市3种气温的城郊差均呈逐年上升趋势,平均气温、最高气温和最低气温的倾向率分别为每10年0.371℃、0.169℃和0.654℃,其中,最低气温的城郊差上升最明显。近50年兰州市增温主要发生在后25年（1981-2005年）,前25年除城区最低气温外基本上以降温为主。后25年中,城区年平均气温、最高气温和最低气温倾向率分别为每10年0.789℃、0.997℃和0.625℃,郊区则相应为每10年0.493℃、0.790℃和0.077℃,其中最高气温增温最显著,最低气温增温最少;以年平均、最高和最低气温表示的城市热岛强度的倾向率分别为每10年0.395℃、0.188℃和0.674℃,热岛效应对城区增温的贡献率分别达到87.0%、49.6%和100%。冬季城市和郊区的平均气温和最低气温倾向率最大,但热岛增温贡献率最大的是春、夏季气温,而不是冬季气温;这可能主要与兰州市冬季严重的空气污染有关, 因为其对城市热岛有一定的抑制作用。20世纪80年代以后兰州市热岛效应有增强的趋势,但平均气温和最高气温的热岛增温贡献率除个别季节外有所下降。     

华南汛期暴雨过程的潜热计算分析

利用NCEP/NCAR每日4次全球再分析1°×1°网格资料,计算了发生在华南汛期一次强暴雨过程中的潜热,并探讨了这次强暴雨过程中潜热的演变及垂直分布特征。结果表明:华南汛期暴雨过程中存在大量的潜热,其变化与暴雨强度的演变相一致。暴雨区上空强烈的对流凝结潜热在这次暴雨过程中起了主导作用。在垂直方向上对流凝结潜热的极大值呈双峰型特征,极大值所在高度随着暴雨的增强有上传的趋势。大尺度凝结潜热的极值大小及其所出现的高度层都异于对流凝结潜热。     

上海地区热量平衡状况的初步分析

利用上海地区1961—1965年的热量平衡资料以及常规的气候资料，分析了该地区热量平衡各分量的年、月、日变化规律，进一步阐明了我国湿润地区在地表热量平衡过程中，潜热占绝对优势的特征。     

Impact of the Horizontal Heat Flux in the Mixed Layer on an Extreme Heat Event in North China:A Case Study

Extreme heat over the North China Plain is typically induced by anomalous descending flows associated with anticyclonic circulation anomalies. However, an extreme heat event that happened in the North China Plain region on 12–13 July 2015,with maximum temperature higher than 40℃ at some stations, was characterized by only a weak simultaneous appearance of an anomalous anticyclone and descending flow, suggesting that some other factor(s) may have induced this heat event. In this study, we used the forecast data produced by the Beijing Rapid Updated Cycling operational forecast system, which predicted the heat event well, to investigate the formation mechanism of this extreme heat event. We calculated the cumulative heat in the mixed-layer air column of North China to represent the change in surface air temperature. The cumulative heat was composed of sensible heat flux from the ground surface and the horizontal heat flux convergence. The results indicated that the horizontal heat flux in the mixed layer played a crucial role in the temporal and spatial distribution of high temperatures.The horizontal heat flux was found to be induced by distinct distributions of air temperatures and horizontal winds at low levels during the two days, implying a complexity of the low-level atmosphere in causing the extreme heat.     

北京城市边界层热岛的日变化周期模拟

用非静力平衡的中尺度模式MM5来模拟北京冬季的热岛。模式采用三重嵌套网格，最高水平分辨率为3 km。在模式中加入分辨率为200 m×200 m的实测北京建筑物高度和地表利用资料，并将下垫面的城市人为热源分为常数部分和日周期变化部分。数值模拟结果显示:MM5模式对这次北京的热岛及热岛环流具有较好的模拟能力。考虑了日周期变化的人为热源作用的数值试验模拟出的热岛的日变化比将热源单纯考虑为常数与实况更接近，这表明加入与实际情况相符的人为热对模拟有改善。     

Reduced soil moisture contributes to more intense and more frequent heat waves in northern China

Heat waves have attracted increasing attention in recent years due to their frequent occurrence. The present study investigates the heat wave intensity and duration in China using daily maximum temperature from 753 weather stations from 1960 to 2010. In addition, its relationships with soil moisture local forcing on the ten-day period and monthly scales in spring and summer are analyzed using soil moisture data from weather stations and ERA40 reanalysis data. And finally, a mechanistic analysis is carried out using CAM5.1 (Community Atmosphere Model, version 5.1) coupled with CLM2 (Community Land Model, version 2). It is found that the heat wave frequency and duration show a sandwich distribution across China, with high occurrence rates in Southeast China and Northwest China, where the maximum frequency and duration exceeded 2.1 times and 9 days per year, respectively. The increasing trends in both duration and intensity occurred to the north of 35°N. The relationships between heat wave frequency in northern China in July (having peak distribution) and soil moisture in the earlier stage (from March to June) and corresponding period (July) are further analyzed, revealing a strong negative correlation in March, June and July, and thus showing that soil moisture in spring and early summer could be an important contributor to heat waves in July via positive subtropical high anomalies. However, the time scales of influence were relatively short in the semi-humid and humid regions, and longer in the arid region. The contribution in the corresponding period took place via positive subtropical high anomalies and positive surface skin temperature and sensible heat flux anomalies.