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对流允许尺度区域气候模拟和未来预估的最新进展

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地球科学进展 2024年第6期 576-588页

作者：熊雅婷董广涛中国气象局上海城市气候变化应对重点开放实验室上海市气候中心

伴随着近年来高性能计算资源的快速提高，模式的水平分辨率逐渐精细化。对流允许尺度（分辨率为4 km及以上）区域气候模式已成为当前区域气候模式发展和应用的主要方向之一。通过文献调研对对流允许尺度区域气候模式的4种建模方式、相... 详细信息

伴随着近年来高性能计算资源的快速提高，模式的水平分辨率逐渐精细化。对流允许尺度（分辨率为4 km及以上）区域气候模式已成为当前区域气候模式发展和应用的主要方向之一。通过文献调研对对流允许尺度区域气候模式的4种建模方式、相比于传统分辨率区域气候模式的增值能力以及未来气候预估进行了回顾和总结。对流允许尺度区域气候模式无需使用对流参数化方案就可以显式表示深对流过程，在一定程度上改善了模式对复杂地形和地表强迫的表现能力。对流允许尺度区域气候模式在模拟降水特征（降水日变化、持续时间、次日尺度降水强度和短时强降水强度）、积雪特征（雪深和覆盖率）、中尺度对流系统特征（数量和周期）、热带气旋特征（强度、路径）以及城市热岛形态等方面存在显著增值能力。目前，对流允许尺度区域气候模式仍然存在诸多挑战和不确定性，今后可利用更高分辨率数据集、改进的云微物理过程和边界层参数化方案以及更高性能的计算资源，进一步提高对流允许尺度区域气候模拟和应用能力。

关键词：对流允许尺度模式区域气候模拟增值未来气候预估

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中国近30年短时极端降水特征分析

大气科学 2024年第3期48卷 1144-1156页

作者：赵煜飞张强鞠晓慧肖栋杨和平陈杰廖捷邓悦国家气象信息中心北京100081 中国气象局上海城市气候变化应对重点开放实验室上海200030 广西壮族自治区气象信息中心南宁530000

由于观测资料的限制,以往对于日尺度以下的短时极端降水特征和短时极端降水阈值的研究较少。本文基于中国气象局最新研制的1991~2021年中国2464个台站逐小时降水资料,分析了全国1 h、3 h降水频率特征,采用百分位法分别统计1 h和3 h极端... 详细信息

由于观测资料的限制,以往对于日尺度以下的短时极端降水特征和短时极端降水阈值的研究较少。本文基于中国气象局最新研制的1991~2021年中国2464个台站逐小时降水资料,分析了全国1 h、3 h降水频率特征,采用百分位法分别统计1 h和3 h极端降水阈值,探究了中国短时极端降水气候特征。分析结果表明四川、贵州、湖南、江西、福建和浙江等省的部分台站1 h降水频率较大,可达12%,西北地区1 h降水频率普遍偏低,大部分台站低于3%。1991~2021年期间,1 h、3 h极端降水频率呈减少趋势。共有64.7%的站3 h极端降水频率线性趋势与1 h极端降水频率线性趋势一致。我国降水极值和极端降水阈值空间特征明显,1 h降水极端降水阈值基本呈东南大、西北小的空间特征,广东、广西、海南阈值相比我国其他地区偏大。海南、广东、广西和江苏省1 h降水历史平均极值超过80 mm h^(-1),其中海南省平均极值最高,达102.7 mm h^(-1)。

关键词：地面观测降水质量控制日变化

上海汛期极端降雨阈值时空分布与内涝影响评估

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自然灾害学报 2024年第3期33卷 28-38页

作者：胡恒智董强辛辰沈涣焕温家洪上海商学院上海200235 中国气象局上海城市气候变化应对重点开放实验室上海200030 上海海关学院上海201204 上海师范大学上海200234 上海中心气象台上海200030

汛期极端降雨给城市地区造成了严重的内涝威胁。首先基于近30 a上海逐日降雨数据构建了日极端降雨阈值时间序列,按照汛期降雨类型区分为梅雨期、盛夏期和秋雨期3种降雨时期,该分类的差异通过了统计检验。汛期极端降雨阈值情景表明,上海... 详细信息

汛期极端降雨给城市地区造成了严重的内涝威胁。首先基于近30 a上海逐日降雨数据构建了日极端降雨阈值时间序列,按照汛期降雨类型区分为梅雨期、盛夏期和秋雨期3种降雨时期,该分类的差异通过了统计检验。汛期极端降雨阈值情景表明,上海市汛期极端降雨雨量为盛夏期最大,极端降雨的空间分布与城市中心、郊区的城市化水平以及汛期降雨时期密切相关。研究基于Mike21数值模型构建城市内涝模型,模拟了汛期极端降雨阈值情景。结果表明:在90分位、95分位、99分位阈值情景下,上海郊区的受淹面积占比最大;盛夏期内涝淹没区域则主要聚集于中心城区和上海东南部,最大淹没深度达1.5 m。99分位阈值情景下,承灾体高暴露度(淹没水深>0.15 m)结果显示,道路受淹比例最高,在22%以上,建筑次之,受淹比例在8%以上,耕地受淹比例相对较小,在4%以上。汛期应重点防范99分位极端降雨事件,研究结果可为防汛除涝提供决策支持。

关键词：汛期降雨降雨阈值城市内涝承灾体暴露

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北半球夏季高温变率的主模态及其海气背景

大气科学学报 2024年

作者：夏妍梁萍吴志伟上海市气候中心中国气象局上海城市气候变化应对重点开放实验室复旦大学大气与海洋科学系大气科学研究院上海市海气相互作用科学前沿基地

极端高温热浪对全球人类栖息地构成持续且日益严重的威胁。然而，整个北半球高温热浪的主要空间模态及其相关的海洋和大气背景仍不清楚。本文采用百年半球尺度站点观测资料，研究了北半球夏季高温变率的主模态及其相联系的海气背景。结... 详细信息

极端高温热浪对全球人类栖息地构成持续且日益严重的威胁。然而，整个北半球高温热浪的主要空间模态及其相关的海洋和大气背景仍不清楚。本文采用百年半球尺度站点观测资料，研究了北半球夏季高温变率的主模态及其相联系的海气背景。结果表明，北半球夏季高温（日最高气温≥35℃）频次的变化有3种主模态，解释方差占比52.6%。第一主模态表现为北半球高温频次异常的一致型变化模态。该模态与大西洋多年代际振荡（AMO）密切相关。AMO相关的环流异常通过增强北半球多地的大范围高压异常，抑制云层形成并增加太阳辐射，从而促进大气增暖。第二种模态反映了欧亚大陆的纬向三极型异常分布和北美的经向偶极型异常分布。该模态与北大西洋涛动（NAO）相关的年际大气变率有关。NAO通过阻塞型高压和波列传输影响北美的关键区域高温异常。第三模态表现为欧亚大陆的经向三极型和北美的纬向偶极型分布，受太平洋年代际振荡（PDO）、厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）和南印度洋（SIO）的共同影响。PDO和ENSO可分别在年代际和年际尺度上影响北半球特别是亚欧大陆上空的位势高度异常，进而影响高温频次异常；位于南半球的SIO通过调节沃克环流和哈德莱环流异常进而影响北半球的高温异常分布。组合三个主模态的海气背景因子进行多元线性回归重建的效果评估进一步证明，多尺度海洋和大气信号的综合影响在北半球高温异常中有重要作用。

关键词：高温热浪主模态北半球海气背景

低排放情景下全球极端气候事件变化在温升过冲前后达到1.5℃的差异

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气候变化研究进展 2024年第04期 389-402页

作者：徐影韩振宇吴婕李柔珂中国气象局国家气候中心中国气象局气候预测研究重点开放实验室中国气象局上海城市气候变化应对重点开放实验室江西省赣南师范大学地理与环境工程学院

基于耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）全球气候模式在SSP1-1.9温室气体排放情景下的模拟结果，预估了全球平均气温相对于工业化前达到1.5℃温升（P1阶段）后继续增暖然后再次返回（过冲）到1.5℃温升时的（P2阶段）全球气温、降水及... 详细信息

基于耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）全球气候模式在SSP1-1.9温室气体排放情景下的模拟结果，预估了全球平均气温相对于工业化前达到1.5℃温升（P1阶段）后继续增暖然后再次返回（过冲）到1.5℃温升时的（P2阶段）全球气温、降水及极端气候指数的可能变化，并且分析其预估不确定性。结果表明：P1和P2两阶段间气温、降水及极端气候的多模式一致的差异在全球各分区广泛出现，且区域性和局地性特征明显。各指标表征的多模式一致的极端温度变化普遍接近或者超过全球陆地面积的15%。极端低温的P1和P2两阶段差异的空间分布与冬季平均气温差异的空间分布有一定相似度，极端高温变化的分布则更凸显局地性。全球范围内低温和高温多模式一致增加的面积都高于其减少的面积，预计欧亚大陆中高纬的西部、北美洲、中国东北等区域的低温风险以及青藏高原、中国东部、南亚、东非、北美洲、南极洲等区域的高温风险会升高。各指标表征的多模式一致的极端降水变化普遍超过全球陆地面积的20%，其中增加与减少的面积接近。强降水差异的分布特征与年降水的有部分相似，一致增多主要分布在中国南方、南亚、东南亚、南美洲东部和西南端、北美、澳洲和中东欧的部分地区等，一致减少主要分布在中国华北到东北、青藏高原南麓、非洲南部、南美洲北部和澳洲北部等。连续干旱日数在多数区域表现为增多，集中且连续地分布在中亚、南亚、青藏高原、俄罗斯中北部、非洲撒哈拉以北和中部、澳洲中部、南极洲部分地区等。这些都表明即使全球在2030年前达到碳排放峰值，并立即开始减少碳排放，但由于各个区域气候对全球变暖的响应有明显差异，温升过冲后部分区域的极端事件发生频率并未及时回退到过冲前的水平，需警惕区域和局地尺度气象灾害及其影响的增加。

关键词： 1.5℃温升过冲极端气候预估

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上海市近30年主要农业气象灾害时空演变

上海农业学报 2024年第2期40卷 58-65页

作者：周宇李军辛跳儿史艳姝黄文娟谢烨上海市气候中心上海200030 中国气象局上海城市气候变化应对重点开发实验室上海200030

根据1991—2020年上海11个自动气象站日气温、降水、风速资料,采用线性倾向等方法分析上海高温、低温、暴雨和大风等农业气象灾害的时间变化特征,ArcGIS插值方法分析农业气象灾害的空间分布特征。结果表明:30年来上海高温日数呈增加趋势... 详细信息

根据1991—2020年上海11个自动气象站日气温、降水、风速资料,采用线性倾向等方法分析上海高温、低温、暴雨和大风等农业气象灾害的时间变化特征,ArcGIS插值方法分析农业气象灾害的空间分布特征。结果表明:30年来上海高温日数呈增加趋势,近郊多于远郊,西北部多于东南部,7月下旬出现5 d以上高温的概率达33.3%;低温日数呈减少趋势,远郊多于近郊,西北部多于东南部,1月下旬出现5 d以上低温的概率达43.3%;暴雨日数和年暴雨总量呈增加趋势,近郊多于远郊,东部多于西部;大风日数和极大风速呈减少趋势,东部大于西部。结合农业气象灾害的变化特点,建议加强耐温水稻和蔬菜品种的筛选,在上海近郊宜种植耐高温的作物品种,而在远郊宜种植耐低温的作物品种。研究结果可为上海农业结构调整和土地利用规划等提供技术参考。

关键词：农业气象灾害时空变化 GIS

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基于气象条件的上海悬铃木白粉病预报模型

上海农业学报 2024年第1期40卷 71-76页

作者：郑庆锋史军涂广平朱春刚李军徐卫忠上海市气候中心上海城市气候变化应对重点开放实验室上海200030 上海市生态气象和卫星遥感中心上海200030 上海市绿化管理指导站上海200025

白粉病是上海市悬铃木主要病害,气温和湿度是影响悬铃木白粉病发生发展的主要环境因子。本文基于上海市区2014—2020年悬铃木白粉病病情指数及同期气象资料(气温、相对湿度等),应用数理统计方法分析悬铃木白粉病病情指数与气象条件的关... 详细信息

白粉病是上海市悬铃木主要病害,气温和湿度是影响悬铃木白粉病发生发展的主要环境因子。本文基于上海市区2014—2020年悬铃木白粉病病情指数及同期气象资料(气温、相对湿度等),应用数理统计方法分析悬铃木白粉病病情指数与气象条件的关系,建立气象预报模型,为防控悬铃木白粉病提供依据。结果显示:悬铃木白粉病病情指数和6日滑动平均气温、最低相对湿度成正相关,相关系数分别为0.36和0.29(P<0.01);年内6日滑动平均气温首次≥19.2℃时,悬铃木白粉病开始发生;建立的悬铃木白粉病病情指数气象预报模型拟合效果为R2=0.96,RMSE=2.542,独立样本检验效果为R2=0.97,RMSE=1.661,模型效果较好,可用于白粉病气象预报服务。

关键词：悬铃木白粉病病情指数气象条件预报模型

1979-2020年西北地区地表风速的年代际变化特征

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高原气象 2024年

作者：王勇周子涵王澄海肖栋秦豪君黄武斌兰州大学大气科学学院中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省干旱气候资源与环境重点实验室兰州中心气象台上海市气象局中国气象局上海城市气候变化应对重点开放实验室

基于1979-2020年西北地区173个气象站点10 m风速观测资料和ERA-5再分析资料，揭示了西北地区年、各季节风速的年代际变化特征及2003/2004年年代际变化可能的环流背景。结果表明：1979-2020年趋势分布存在显著的区域差异，风速增大区域... 详细信息

基于1979-2020年西北地区173个气象站点10 m风速观测资料和ERA-5再分析资料，揭示了西北地区年、各季节风速的年代际变化特征及2003/2004年年代际变化可能的环流背景。结果表明：1979-2020年趋势分布存在显著的区域差异，风速增大区域主要位于甘肃中部和东部、陕西、新疆西南和东北部分地区，其余站点风速大体减小。呈现减小趋势的站点数明显多于增加趋势的站点数，呈现减小趋势站点平均地表风速大于整个西北平均的风速值，呈现增加趋势的站点的平均地表风速小于整个西北平均的风速值，并且在2004年后明显增大。年平均和各季节第一模态的空间分布与1979-2020年趋势分布相似，时间序列的年代际变化发生在2000年前后。年平均和各季节第二模态除宁夏和陕西南部地区为负异常，其余站点大体均为正异常，其时间序列均发生了两次突变，分别发生在1987/1988年和2003/2004年。1987/1988年的西北地区风速变化成因已有大量研究，本研究重点分析了2003/2004年西北风速年代际变化成因的环流因子。从500 hPa位势高度2004-2020年与1988-2003年的合成差图可知，春季环流场呈现中亚-北欧的经向偶极子模态，夏季和秋季呈现为“丝绸之路”模态，冬季呈现“斯堪的纳维亚”模态，年平均呈现为北极涛动负位相。可见，2003/2004年前后四季和年平均环流背景变化都各有特点，它们如何影响中国西北地表风速2003/2004年的年代际变化的物理过程待于进一步深入研究。

关键词：地表风速时空分布年代际变化西北地区趋势

城市化背景下合肥暴雨时空演变和水汽输送特征

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水土保持研究 2024年第5期 315-326页

作者：徐倩倩戴睿原文杰金晓龙邓学良武强程志庆合肥市气象局中国气象局上海城市气候变化应对重点开放实验室长治市气象局阜阳师范大学历史文化与旅游学院重庆市气象科学研究所安徽农业大学资源与环境学院

[目的]研究城市化背景下合肥暴雨事件的演变、水汽输送来源，可以为当地暴雨预报和制定适应性防灾减灾政策提供科学依据。[方法]利用趋势分析、Mann-Kendall非平稳性检验、GIS空间插值等多种方法探究合肥暴雨事件的时空分布，在此基础... 详细信息

[目的]研究城市化背景下合肥暴雨事件的演变、水汽输送来源，可以为当地暴雨预报和制定适应性防灾减灾政策提供科学依据。[方法]利用趋势分析、Mann-Kendall非平稳性检验、GIS空间插值等多种方法探究合肥暴雨事件的时空分布，在此基础上基于拉格朗日方法的后向轨迹HYSPLIT模式对暴雨水汽输送特征进行分析。[结果](1)合肥城市热岛强度呈上升趋势(0.266℃/10 a),不透水面持续增多，增幅达4.99%。城—郊暴雨月分布呈单峰型，大尺度年际变化具有不对称性，城市暴雨雨量和暴雨日数增多，暴雨强度减少，减少趋势1.7 mm/(10 a·d);郊区暴雨雨量和日数减少，暴雨强度增多，线性趋势1.1 mm/(10 a·d)。暴雨强度大值区空间分布从城区向郊区扩展。暴雨事件均发生由少到多的突变。(2)城市化对下风向区暴雨事件存在增加效应，暴雨雨量和日数分别增多26.84 mm/10 a和0.11 d/10 a,且快速发展阶段的城市化效应比缓慢阶段更显著，城市化影响对暴雨雨量、暴雨日数的正贡献度分别为41.2%和50.1%。(3)暴雨异常偏多年份，来自印度洋、孟加拉湾—中国南海和西太平洋的水汽输送贡献分别占总水汽的44%,64%和54%,且源自西南方向的水汽气团初始高度较低、比湿大，是暴雨过程的主要水汽来源。[结论]合肥城郊暴雨事件年际变化的不对性在城市化快速发展阶段更显著，未来应加强对城市化快速发展阶段暴雨事件变化机理的研究。

关键词：城市化暴雨时空分布 HYSPLIT模式水汽输送合肥

来源：博看期刊