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城市是人类感知气候变化的主要区域。然而，目前普遍用于气候变化评估的全球气候模式，水平分辨率较粗，难以描述城市高度异质性下垫面特征，普遍缺乏城市地气物理过程的描述方案。为确切模拟城市地区的气候变化特征，可运用高分辨率耦合城市冠层方案的区域气候模式动力降尺度。由于能够显式解析次网格对流过程并更精细地刻画下边界影响，对流尺度模拟（水平分辨率≤4km，Convection-Permitting Modeling，CPM）已成为区域气候模拟方向的前沿热点。

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截至2020年，中国已形成19个城市群，绝大多数位于东部地区。本研究利用耦合单层城市冠层方案的区域气候模式，设置9/3km两层嵌套方案，运用最新城市下垫面分类数据，以2020年夏季为例，逐步优化区域模式初始设置及关键动力降尺度方案，构建适用于中国城市地区的对流尺度区域气候模式（图1）。

作者文章|图1（a）城市区域气候模式两层嵌套区域设置；（b）北京地区下垫面类型空间分布及城市（实心）、郊区（空心）站点分布

通过与中国区域高密度气象站数据和全球模式再分析数据（ERA5）对比，验证对流尺度模拟能够保持大尺度驱动场气候变化特征，并显著提升区域及局地尺度气候模拟能力。其中城市地区气候模拟的改善主要表现为以下三方面：

（1）逐日、逐时降水频次-强度概率分布：CPM显著改善ERA5小雨频次偏多，而极端降水频次偏少，平均改善幅度达40%（逐日）和66%（逐时）（图2a）；

（2）降水日变化：CPM再现区域差异性降水日变化， ERA5则无法再现（图2b）；

作者文章|图2（a）中国东部地区夏季小时降水强度-频率概率分布；（b）华北地区夏季降水日变化

（3） 城市热岛时空特征：CPM精细刻画城市热岛形态空间分布，再现热岛强度，改善（75%）ERA5对气温热岛强度的低估（图3）。

作者文章|北京地区夏季平均气温空间分布及气温热岛强度（AUHI）盒须图，单位：℃

此外，本文强调针对目标区域，开展关键初始化设置和动力降尺度方案（如Spectral Nudging大尺度背景场同化方案）优化及评估的必要性。经过优化的对流尺度区域气候模式在日内降水变率及城市热岛等方面的模拟结果，显著优于最新一代再分析资料ERA5，这将为后续开展气候变化情景下中国城市气候的高分辨模拟奠定新基础，有望显著改善区域气候变化预估及城市化机理研究水平。

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674927825000280