陆气相互作用及土壤湿度初始化对我国夏季极端高温模拟和季节可预报性的影响研究

With climate extremes being identified as one of the six WCRP grand challenges, simulating and predicting climate extremes have become cutting-edge issues for climate science research. Taking summer Extreme High Temperature (EHT) as its research focus, this project is aimed to evaluate the capability of current climate model in reproducing the observed day number of summer EHT and the occurrence frequency of heat wave event, to investigate the impact of land-atmosphere interaction on the model performance in simulating EHI using the IAP AGCM4.1, which was coupled with two different land surface model respectively. Based on the seasonal ensemble hindcast experiments by IAP AGCM, the prediction skill for the day number of summer EHT and the occurrence frequency of heat wave event has been evaluated, along with the spatial distribution and temporal variation of the prediction skill, the lead-time dependence of model prediction skill will also be investigated. Meanwhile, the relationship between the predictability of summer EHT and summer temperature anomalies will be discussed, the impact of soil moisture initialization on the seasonal prediction skill for summer EHT will then be demonstrated. Finally, the dynamical seasonal prediction system for the extreme events will be established, and will be applied for the real-time prediction, which could provide the consultancy for the national coping strategy for disaster prevention and mitigation.

极端气候事件作为“世界气候研究计划”提出的六大挑战之一，其模拟与预测是当今气候研究的前沿科学问题。本项目选取夏季极端高温为研究对象，利用耦合了不同陆面过程模式的IAP大气环流模式（IAP AGCM4.1）的数值模拟试验结果，系统评估模式对我国夏季极端高温天数、发生频数的模拟能力，探讨陆气相互作用对极端高温事件模拟的影响过程及机理；开展基于IAP 模式的夏季气候集合回报试验，给出模式对我国夏季极端高温天数、高温事件发生频数等极端指标的预报技巧，揭示预报技巧的空间分布、时间演变以及与预报超前时间的关系；探讨夏季极端温度可预报性与夏季气温异常可预报性间的关系；系统评估土壤湿度初始化方案对夏季极端高温预报技巧的影响。通过本项目研究，将建立我国夏季极端高温天数、频次的动力学预报及评估系统，并应用于实时预测实践，直接服务于国家防灾减灾的战略决策。

极端气候事件作为“世界气候研究计划”提出的六大挑战之一，其模拟与预测是当今气候研究的前沿科学问题。本项目以我国夏季极端高温为研究对象，通过基于IAP气候模式的数值模拟和集合回报试验，探讨了陆气相互作用、土壤湿度初始化对我国夏季极端高温模拟和季节可预报性的影响。本项目基于我国日温度观测资料的分析，给出了中国区域过去50多年夏季极端高温日数的时空分布特征；提出了一种针对中国区域最高温度变化的客观聚类分区的新方法，指出针对我国不同区域，不同类型的高温事件发生频率具有显著不同的演变特征。指出IAP新一代大气环流模式（IAP AGCM4.1）对我国夏季高温日数的空间分布具有较好的模拟能力，虽然总体上对高温日数的模拟存在高估；研究表明耦合CoLM陆面过程模式的IAP-AGCM4.1可以在较大程度上减小模式对中国区域高温日数的模拟偏差，这是由于耦合不同的陆面过程模式分量可导致模式中的陆气耦合强度存在显著差异，从而影响到模式对中国区域高温日数的模拟能力。本项目还建成基于IAP气候模式的新一代IAP短期气候预测系统（IAP-DCPv3），该系统可以对我国夏季极端高温天数、频次以及降水和温度异常进行预报，回报试验结果表明该气候预测系统对我国夏季高温日数具有较好的预报技巧，且5月份起报时的预报技巧要高于2月份起报的技巧。基于IAP-DCPv3的回报试验结果表明，陆面初始化对我国夏季气候异常及高温预测具有显著影响，较为准确的陆面初始状况可在一定程度上改善模式对高温日数的预报技巧。IAP-DCPv3已应用于我国汛期气候异常的实时预测，显示出良好的预测性能，可为国家防灾减灾提供科技支撑。