中国南方极端高温分析及WRF模拟性能评估

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本文利用中国南部(97°E以东、36°N以南)1085个地面气象站1971-2000、2008-2017年暖季逐日最高温度(Tmax)和最低温度(Tmin)观测资料,以1971-2000年第90百分位温度值为阈值,定义并识别三种极端高温事件(独立暖日,独立暖夜,白天与夜间连续发生极端高温的复合极端),选取年总天数、平均持续时间、平均累积强度三个指数表示极端高温特征,与传统定义的暖日、暖夜进行对比,分析2008-2017年5-8月不同类型极端高温事件的特征,并结合2010年1km分辨率的人口密度数据(P)探讨其与城市化的关系。得到的观测结果用于评估3km分辨率的WRF模式对气温(Tmax和Tmin)和极端高温的模拟性能。研究结果表明:(1)中国南方发生的独立暖日、独立暖夜与复合极端高温的空间分布特征存在明显的差异。独立暖日在四川盆地西部、云南东部、甘肃南部、珠江三角洲等地频繁发生,而独立暖夜呈现为南北多、中间(大约27°N-33°N)少的特点,且区域北部强度最强;复合高温事件在长江三角洲等人口密度密集的地区发生较频繁、持续时间较长、强度较强。复合极端高温与传统暖日、暖夜在长三角地区均为极端高温指数高值区,但是独立暖日、独立暖夜事件与之相反。(2)和传统定义的暖日、暖夜相类似,复合极端高温的三个指数和人口密度值呈正相关关系,反映出城市热岛效应对极端高温的增强作用;然而独立暖日和独立暖夜与人口密度呈负相关关系,因为这两种类型的极端高温事件更容易在乡村地区出现,而城市地区发生极端高温时,多以复合极端的形式出现。(3)模拟结果可以很好的模拟出Tmax、Tmin的时空分布特征。但是Tmax在乡村站以低估为主,Tmin在超大城市站以高估为主。(4)大部分站点,独立暖日均被低估,尤其是低人口密度站(ln(P)<7)低估严重。独立暖夜和复合极端高温在低人口密度站(ln(P)<7)也被低估,但高人口密度站(ln(P)>9)被高估。模拟可以再现复合极端高温与城市化之间的关系,但不能再现独立暖日、独立暖夜与城市化的关系。(5)敏感性试验表明,多层城市冠层模型可以显著提高对一般城市站和超大城市站温度的模拟效果,同时对独立暖夜、传统定义的暖夜的模拟效果也有改善,尤其是累积强度,观测与模拟的相关系数和标准差之比都改善较大。但是次网格云量和气溶胶方案的改进对模拟结果没有很明显的改进。
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