城市化对极端高温事件影响研究进展

目前有关城市热岛效应的时空分布特征及其对气温变化趋势的影响已有大量研究,但对于极端高温—热岛效应相互作用、城市化对高温热胁迫及其健康后果的影响等研究还不够深入,在进行未来气候变化预估时也很少考虑城市的影响。在气候变化、中国城市化快速发展和人口老龄化的背景下,这将严重低估城市未来的变暖幅度以及城市极端高温的健康风险。随着近年来气候变暖所导致的高温热浪事件频发,城市化对极端高温事件的影响引起了广泛关注。本文对国内外陆续开展的城市热岛效应影响极端高温及其长期趋势的观测事实、城市极端高温数值模拟、城市高温期间超额死亡率的流行病学研究等方面所取得的成果进行了系统性的总结和评述。大部分观测和数值模拟研究都发现,城市热岛效应加剧了城市极端高温发生的范围和强度,增加了城市居民的高温健康风险,对城市极端高温的长期上升趋势也有重要贡献;流行病学研究表明,城市化引起的热岛效应对极端高温期间的死亡率有着重要影响。最后,对城市化影响极端高温未来的研究方向进行了探讨。     

上海自动站气温资料的空间质量控制与特征分析

运用Barnes插值方法和2011年7月1日00时至2012年6月30日23时(北京时间)逐时自动站气温资料,对Barnes插值方法的空间一致性质量控制进行研究,研究表明该方法在上海及华东地区有一定的适用性,同时分析了代表性区域的资料特征。结果表明:非降水日情况下,陆地站点和海边站点的气温具有显著的日变化特征,09时与18时左右两者之间差异最小;白天(夜晚),陆地(海边)站点气温高于海边(陆地)站点,最高(最低)气温差异约为0.74℃(0.79℃),多数时刻海陆差异显著,同时海陆气温日变化曲线不同的原因与日照、风向风速相关。此外,自动站资料能够充分反映出有天气过程时气象要素的变化特征,并能体现城市热岛效应。     

海洋飞沫对热带气旋边界层结构的影响

将海洋飞沫参数化引入到一个高分辨率、非静力中尺度WRF模式中,对0908号热带气旋Morakot进行数值模拟,探讨了海洋飞沫对热带气旋Morakot边界层结构和强度的影响。模拟结果表明:采用新参数化后,对热带气旋Morakot的强度预报有改进,但对热带气旋移动路径改进不大;其次,通过对边界层过程的改进,使得眼墙区域的平均径向风速、切向风速、温度、相对湿度、垂直风速、热通量,降水等物理量均有增强,各物理量的贡献对热带气旋Morakot强度和结构变化的影响十分重要。     

多种扰动组合的热带气旋路径集合预报技术研究

基于GRAPES-TCM开展多种扰动组合的热带气旋路径集合预报技术研究,将LAF和BGM方法结合起来构建集合初始小扰动,即采用LAF引入最初的小扰动,并考虑不同物理过程的组合,同时利用BGM法分别对热带气旋涡旋场和环境场进行扰动,构造集合成员,对热带气旋进行72 h预报。对2008年西北太平洋16个热带气旋进行预报试验,结果表明,24,48和72 h的集合平均预报误差分别为231.48,386.40和632.03 km。随着预报时效的延长,预报误差和集合离散度均有所增加,散点分布也随之扩展,离散度与平均误差的比值1的样本所占比例由24 h的53.8%逐渐下降至72 h的41.8%。多数样本的预报误差与离散度之间存在较好的相关关系,但也有少量样本出现小预报误差大离散度或大预报误差小离散度的情况。此外,针对不同的热带气旋或热带气旋不同的预报时段,集合预报和确定性预报各有优劣。整体来看,集合预报的预报性能相当于或优于确定性预报的比率约为66.2%。集合预报的样本数在预报中后期较确定性预报明显增多,反映出随着积分时间的延长,集合预报的适用性和优势性得到显现。集合预报中出现的小概率事件不容忽视,应当意识到这种预报的不确定性和小概率事件出现的可能性及相应的结果。     

基于快速更新同化的滞后短时集合预报试验及检验

本文基于华东区域中尺度快速更新同化数值预报模式系统(Shanghai Meteorological Bureau WRF ADAS Rapid Refresh System,SMB WARR),应用时间滞后法进行集合预报试验,试验由7个集合预报成员组成,进行逐小时预报,预报时效为6 h。本文通过对2011年6月17日至9月30日期间降水过程进行集合预报试验,引入面雨量对降水预报进行检验。结果表明：(1)小 大雨量级,集合平均优于集合成员预报,但暴雨量级集合平均不及部分集合成员预报。(2)不同的降水量级,并非都是最接近预报时刻,技巧最高,小 大两量级的降水可以提前6 h预报。(3)降水概率预报优于集合平均预报,具有很好的指示作用。可关注最接近预报时刻,小 中雨以上的降水,预报概率较大时,其可用性较大,而大 暴雨以上的降水,预报概率较小时,可用性较大。     

区域气候模式在不同分辨率下对西北太平洋热带气旋生成气候特征的比较研究

利用RegCM3区域气候模式,试验研究了15、30、45和60 km 4个分辨率下西北太平洋热带气旋的生成特征.结果表明,RegCM3模式对西北太平洋热带气旋生成的模拟能力受分辨率的影响.分辨率的简单提高,并不一定会使模式的模拟能力有所改善.模式在30 km分辨率下对西北太平洋热带气旋生成频数及频数变化的模拟能力最强,在60 km分辨率下对西北太平洋热带气旋生成频数空间分布的模拟能力最强,在15 km分辨率下对西北太平洋热带气旋生成频数、频数空间分布及频数变化的模拟能力最弱.对比分析不同分辨率下热带气旋的生成过程表明,热带气旋生成前期,β中尺度涡旋没有发生合并,对流层中低层水汽含量不足是导致模式在15 km分辨率下模拟热带气旋生成频数较差的主要原因.     

近50年影响中国热带气旋的气候变化特征

本文用CMA-STI整编的热带气旋最佳路径和大风、降水观测资料,用分位数回归拟合法分析了过去50年热带气旋对我国及四个区域（华南、华东、东北和内陆地区）的风雨影响趋势.分析表明,在过去50年间,影响我国及各区域的热带气旋频数基本不变,但对全国及东北地区而言高频年份有显著减少.影响的热带气旋在南海西北部及广东和山东半岛一带的活动有显著减少.过去50年热带气旋影响季节特征最主要的变化是内陆地区的影响日数在分布的主峰区有明显变化,影响日数少的年份显著减少.过去50年间,热带气旋所致的大风在全国及各区的平均风速的大值一致减少,但阵风风速的趋势出现分化,且各区也不相同.而热带气旋的降水影响,最大过程降水量和最大1小时降水量虽有变化但趋势不显著.     

全球变暖与亚洲夏季风北边缘带:CO2增倍的数值模拟

利用NCAR CAM3全球大气环流模式(包含CLM陆面模式)进行了20年(1998-2017年)CO2增倍的数值试验,并通过计算海陆热力差异,分析了环流形势、雨带分布和云量特征等物理量,研究了全球变暖对东亚夏季风北边缘带的影响。结果表明,CAM3大气环流模式能较好地描述东亚地区大尺度环流的季节变化特征,当CO2含量成倍增长后,将对亚洲经度范围内的夏季风北边缘的位置产生不同的影响,具体表现为100°～123°E地区北边缘位置偏北明显,100°E以西略偏北,123°～132°E略偏北幅度很小,132°E以东呈现出一定的偏北趋势。其原因可能是由于陆地增温有利于青藏高原低层气旋性环流的加强以及北半球纬向海陆热力差异的增加,从而导致我国西南和东南方向向北的水汽输送明显增加。研究表明,南北半球的海陆热力差异无明显变化,南北半球间的相互作用与北半球夏季风增强无明显的联系,两者的关系还有待进一步研究。     

对流尺度数值预报中的云物理初始化方法改进及个例试验

通过在云初始化方案中增加由地表感热和潜热通量确定的对流尺度速度作为对流判据,同时增加层云云冰、云水计算方案,改进云分析方法,并基于第2代华东快速更新循环同化模式预报系统,针对2015年4月28日华东强对流个例,进行对比试验,分析了改进的云初始化方案对云分析结果和模式预报效果的影响。试验表明:在云分析中增加对流判据,使得平均40%左右的云分析格点判定为非对流格点,对流格点分布与正的感热通量分布相似,在陆地上有显著日变化。在对流和层云格点判定之后,增加层云云冰、云水计算方案分析层云格点,显著地减小了模式初始场的云冰、云水混合比,有效地减弱了模式积分初始阶段云冰、云水含量的剧烈调整,尤其是在陆地区域。采用改进的云初始化方案进行预报,可以减少模式前1 h和前6 h的降水强度;尤其在个例的循环试验中,强降水中心强度和面积的预报比原方案显著减弱。      

GFS物理过程包在GRAPES区域模式中的实施及改进:单柱试验

将NCEP的中期全球预报系统（GFS）整套物理过程包引入GRAPES区域模式,并利用美国ARM计划（Atmospheric Radiation Measurement Program）南部大平原外场1997年夏加强观测资料,对GRAPES模式中原有物理过程和GFS物理过程进行了单柱试验的测试和比较,评估了两组物理过程的模拟性能。单柱试验结果表明GFS试验模拟的位温和水汽混合比演变更为准确;到地短波和长波辐射的误差更小;其模拟的地面向上潜热通量与观测更为接近,而原物理过程试验的感热偏大;GFS试验对2 m气温最高和最低值的模拟也比原有物理过程更接近观测。进一步分析降水的模拟发现,两组物理过程对强降水过程均有很好的预报能力,但对中等强度降水存在漏报或者发生时间偏晚的倾向,此外还存在对小雨的空报。在3个降水事件的模拟中,GFS试验模拟的降水误差小于原物理过程试验。最后还对两组试验中明显的降水过程漏报和降水延迟进行了分析,对GFS物理过程包中对流参数化的对流触发方式的修改,可改进此次降水的模拟,进而通过更准确的反馈过程,改善对大尺度场的模拟。