中国区域性热浪事件及其基于模式信息的预测技术初步研究

The heat wave (HW) is commonly regarded as an extended time interval of abnormally and uncomfortably hot weather, with a wide range of hazards, sometimes accompanied by high humidity. In recent years, intense HWs affect many places over the world. Extreme HW events have wide ranging impacts on society, economy as well as on biophysical systems. However, there was not enough study on HWs in China, as research on changes in HW events in China on global warming was limited, and there was lack of objective prediction method for long-lasting and wide-ranging HW events. Based on homogenized historical datasets in China for recent 60 years, the HW in China will be investigated thoroughly. The definitions of spot and regional events of dry HWs and wet HWs will be given, and the geographical pattern and temporal variation of HWs by two definitions will be identified, and these provide research background for the project. The atmospheric circulation patterns in the same and early periods for dry HWs and wet HWs will be analyzed and compared by typical cases, and theoretical model for HWs by two definitions will be established separately. The analysis on characteristics and possible mechanism for HWs will provide a theoretical basis for HW prediction. Based on Dynamical Extension Regional Forecast Model (DERF) by National Climate Center，the objective prediction method for regional long-lasting HWs in hot season for China will be established, and this will provide scientific basis and technical support for climate prediction.

热浪是持续一段时间的大范围高温，有时还伴随高湿，其危害是多方面的。近年来极端热浪事件的频发，给社会、经济和自然造成了巨大影响。但目前相应的研究基础较少，对全球变暖背景下我国热浪事件的变化特征认识还较为有限，也缺乏对范围大、持续时间长的热浪过程的客观预报方法。本项目将首先利用中国近60年地面站点资料日值数据集对发生在我国的热浪事件进行系统分析，给出中国单站、区域"干热"型热浪和"闷热"型热浪事件的定义并分析其气候分布特征，为项目提供研究背景。然后通过对多个典型热浪事件的统计，分析和比较"干热"型热浪和"闷热"型热浪的同期、前期大气环流的异常特征，建立两类热浪发生的概念模型，对热浪的大气异常特征及可能的物理机制进行探索。在此基础上，利用国家气候中心月动力延伸预测模式产品，建立我国高温季节区域持续热浪过程的客观预测方法，为气候预测提供科学依据和技术支撑。

热浪是持续一定时日的高温（闷热）天气，近年来在我国南方地区频发。范围大、持续时间长的热浪对人类健康、经济发展和生态环境都造成严重威胁。本项目首先利用逐日站点资料，对中国热浪事件的基本特征进行了系统分析。1960-2013年期间划分出211次区域湿热型热浪和64次区域干热型热浪，湿热型热浪主要分布在我国东南季风区，集中发生于7-8月，干热型热浪主要发生在我国西北和华北，最多发生于6月。湿热型热浪的平均持续时间比干热型热浪长，但平均强度较干热型热浪低。1960-2013年期间湿热型和干热型热浪的频次显著上升，分别为0.54次/10年和0.34次/10年，湿热型热浪的综合强度显著增加。强湿热型和强干热型热浪在过去54年中频次和强度显著增加。热浪频次的上升趋势在1990s之后尤为明显，但湿热型和干热型热浪的转折时间和增幅有所差异，我国南方地区的高温日数显著增加尤为突出。然后通过对多个热浪的统计，比较了干热型和湿热型热浪的同期、前期环流异常特征，分析了东部地区高温的季节尺度前兆信号，建立了相应的物理概念模型和回归方法。多个热浪事件的合成统计结果显示，区域干热型热浪与湿热型热浪的环流距平场较为相似，地面热浪区上方850hPa到100hPa为高度正异常，中心在200-250hPa。在季节尺度上，江南夏季高温日数与副高、大陆性高压密切相关，前期冬季ENSO、北半球极涡强度和东北积雪日数可作为江南高温日数的预测因子。根据历史统计关系建立了夏季南方高温日数预测模型，拟合效果较好。在诊断分析的基础上，利用国家气候中心第二代月动力延伸模式DERF2.0的模拟结果，检验评估了模式对南方热浪的基本模拟能力，并建立了区域热浪过程的客观预测方法。模式对高温的直接预测能力较差，主要原因是对日最高温度的气候态模拟效果欠佳，进行订正后预测与实况之间的标准差明显减小。选取500hPa高度场上有物理意义的区域，用统计降尺度建立对热浪过程的预测方法，对2013年和2003年几次高温过程的预测较模式直接输出有明显改进。统计1983-2013年期间69次热浪，10天以内直接输出订正和高度场统计降尺度方法比模式直接输出的评分有明显提高，10天以上高度场统计降尺度方法的预测技巧优于模式直接输出。本项目系统分析了中国热浪的基本特征，并建立了热浪预测的客观方法，为短期气候预测提供了技术支持。