陆面过程对我国中东部热浪强度和持续时间影响的机理研究

Heat wave is defined as an extended period of unusually high temperature, which is one of the typical extreme weather events in China. It may produce notable impacts on human mortality, lifestyle and regional socioeconomic. In this project, the impact of land surface processes on the intensity and duration of heat waves over Central and East China will be studied. We will investigate the spatial and temporal variability of heat wave intensity and duration through statistical analysis, and explore the physical relationship between the variation of heat waves and land surface elements. By using the numerical models, we also intend to research into the impacts of soil moisture, vegetation and urbanization on heat waves as well as the mechanisms in both the prior and duration periods. This project is of great importance to deepen our understanding on the mechanism of land surface processes' influence upon extreme heat wave events, and thus aids in enhancing the ability of subseasonal forecast for summer extreme hot weathers in China.

热浪为连续数天的持续性高温天气，是我国典型的极端天气事件之一。热浪对我国人民生活水平和国民经济发展都有重要影响。本项目拟针对陆面过程对我国中东部地区热浪强度和持续时间影响开展研究。通过资料统计诊断分析研究我国中东部地区热浪强度和持续时间的时空变化特征，探究热浪变化和陆面因子间的物理关系；利用数值模式研究热浪前期和热浪持续期间土壤湿度、植被和城市化对热浪强度和持续时间的作用及其影响机理。项目研究有利于提高陆面过程对我国热浪极端事件影响的机理认识，为进一步提高我国夏季热浪极端天气的短期气候预测提供理论依据和科学支撑。

热浪为连续数天的持续性高温天气，是我国典型的极端天气事件之一。陆面过程也是影响我国热浪极端天气变化的主要因子。本项目通过资料统计诊断分析和数值模拟相结合的方法，分析了不同热浪定义下我国热浪变化的时空特征，给出了不同类型区域型热浪的影响因子，发现了土壤湿度对我国中东部热浪变化影响的信号，进一步揭示了大气环流以及土壤湿度异常对于热浪影响的机理，明确了热浪期间不同陆面特征下陆气通量变化的特征，阐明了土壤湿度和城市化陆面特征变化影响热浪发展过程的物理途径。结果表明，我国热浪的时空分布特征按相对定义可以分为7类，其中南部的热浪主要受到西北太平洋副热带高压异常的影响，而北方的热浪则与中纬度高压系统有关；同时土壤湿度异常与热浪也紧密联系，北方大部分地区前期土壤湿度的变干会增加夏季热浪的发生频数。土壤湿度通过陆气能量交换对热浪的强度和持续时间等影响也是显著的，观测资料分析表明热浪期间与气候平均的陆气通量日变化差异主要在白天时段（特别是在午后时段），城市区白天感热显著增加，而潜热也略有增加；而草地和农田区域则潜热显著增加，感热有所减少，这是由于热浪期间草地和农田下垫面土壤湿度变化较小，有比较充足的土壤水供应。数值模拟试验也证实土壤水通过直接影响潜热，进而改变地表能量平衡而导致温度的变化，最终引起热浪的面积、强度的改变；同时城市化陆面变化引起的地表能量变化是造成热浪期间城市区域温度变化的主要原因，而城市热岛效应以及近低层风场的平流作用是热浪期间城市化对其周边地区温度影响的主要途径。以上所得研究成果加深了对我国夏季热浪极端天气变化成因的理解，为进一步提高我国夏季热浪极端天气的短期气候预测提供理论依据和科学支撑。