城市是人類敏銳感知?dú)夂蜃兓闹饕獏^(qū)域。在北京中心城區(qū)，一場(chǎng)暴雨可能在國(guó)貿(mào)CBD形成嚴(yán)重積水，而僅僅5公里外的奧林匹克森林公園卻只降下零星雨滴；當(dāng)東四環(huán)氣溫飆至高溫預(yù)警線時(shí)，六環(huán)外城區(qū)卻仍顯涼爽。精準(zhǔn)刻畫復(fù)雜的“城市小氣候”，一直是個(gè)難題。

近期，北京城市氣象研究院城市氣象重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室牽頭構(gòu)建超高分辨率中國(guó)城市對(duì)流尺度區(qū)域氣候模式，讓中國(guó)城市的區(qū)域氣候得以被“公里尺度”解析，顯著提升城市極端降水和熱島效應(yīng)的模擬能力，并可為城市各類基于基礎(chǔ)設(shè)施的降溫措施的實(shí)際效果及健康效應(yīng)，進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估。

對(duì)流尺度超高分辨率，給城市氣候裝上“高清鏡頭”

目前普遍用于氣候變化評(píng)估的全球氣候模式，存在水平分辨率較低（多為100至300千米）、缺少城市地氣相互作用描述等問題， 難以準(zhǔn)確分辨城市地區(qū)區(qū)域氣候變化特征。

“當(dāng)對(duì)流尺度模擬的水平分辨率≤4千米時(shí)，就能顯示和揭示對(duì)流過程，可以更精細(xì)地刻畫下邊界影響。”北京城市氣象研究院副研究員、中國(guó)氣象局青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)成員裴琳介紹，其團(tuán)隊(duì)運(yùn)用耦合城市冠層方案的區(qū)域氣候模式（WRF-UCM），針對(duì)中國(guó)城市（群）聚集的中國(guó)東部地區(qū)采用最新的城市下墊面分類數(shù)據(jù)，通過“9公里+3公里”雙層嵌套建模，逐步優(yōu)化關(guān)鍵動(dòng)力降尺度方案，最終構(gòu)建了適用于中國(guó)城市地區(qū)的對(duì)流尺度區(qū)域氣候模式。

連續(xù)98天的模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，該模式既能保持大尺度驅(qū)動(dòng)場(chǎng)特征，又能提升區(qū)域及局地氣候變化特征的模擬精度。模擬增量主要體現(xiàn)在：顯著改善ERA5（歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心開發(fā)的第五代全球氣候大氣再分析數(shù)據(jù)集）城市小雨頻次偏多、極端降水頻次偏少的情況，逐日平均改善幅度達(dá)40%，逐時(shí)改善幅度達(dá)66%；在降水日變化方面，該模式可再現(xiàn)區(qū)域差異性降水日變化，而 ERA5則無法再現(xiàn)；同時(shí)，模式可精細(xì)刻畫城市熱島形態(tài)空間分布、再現(xiàn)熱島強(qiáng)度，改善了ERA5對(duì)氣溫?zé)釐u強(qiáng)度75%的低估情況。

這項(xiàng)研究成果可幫助我們更好地預(yù)估未來城市極端天氣氣候事件（極端降水、復(fù)合極端事件等）變化特征，有助于深入了解我國(guó)城市極端降水的演變規(guī)律，為城市高質(zhì)量發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)保障，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)城市適應(yīng)氣候變化的決策實(shí)施。

量化適應(yīng)措施，給城市降溫開出“科學(xué)處方”

受氣候變化和城市化影響，城市正面臨日益嚴(yán)峻的高溫?zé)岜┞讹L(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響居民健康?；诨A(chǔ)設(shè)施的適應(yīng)措施，如采用高反照率屋頂、進(jìn)行街區(qū)綠化等，可有效降低城市氣溫，緩解人口熱暴露風(fēng)險(xiǎn)。然而，不同適應(yīng)措施在不同城市的冷卻效果卻存在顯著差異。因此，如何因地制宜，為不同城市提供相應(yīng)的降溫措施，成為當(dāng)下城市應(yīng)對(duì)高溫挑戰(zhàn)、提升城市韌性的關(guān)鍵課題。

裴琳?qǐng)F(tuán)隊(duì)構(gòu)建的對(duì)流尺度區(qū)域氣候模式，可針對(duì)中國(guó)東部地區(qū)開展高反照率屋頂、綠色屋頂、城市綠化和全面適應(yīng)措施的對(duì)流尺度模擬試驗(yàn)，從而量化適應(yīng)措施對(duì)中國(guó)城市的夏季氣溫及人口熱暴露風(fēng)險(xiǎn)的影響。

“經(jīng)過模擬試驗(yàn)，我們證實(shí)城市適應(yīng)措施能夠顯著降低城市夏季氣溫，對(duì)日最高氣溫的冷卻效應(yīng)強(qiáng)于日最低氣溫?！?裴琳介紹，以2022年夏季對(duì)中國(guó)37個(gè)城市的對(duì)流尺度模擬試驗(yàn)來看，高反照率屋頂可使日均降溫0.4 ℃、綠色屋頂日均降溫0.3 ℃、城市綠化日均降溫0.2 ℃，而全面的適應(yīng)措施可日均降溫0.6 ℃。

此外，城市適應(yīng)措施能夠大幅度減少城市夏季極端高溫小時(shí)數(shù)，“從37個(gè)城市的平均情況來看，高反照率屋頂可減少極端高溫67小時(shí)、綠色屋頂可減少47小時(shí)、城市綠化減少22小時(shí)，而全面適應(yīng)措施可減少88小時(shí)?！辈粌H如此，城市適應(yīng)措施可有效降低人口聚集大城市的熱暴露風(fēng)險(xiǎn)，例如，上海降低30.3億人·小時(shí)（計(jì)算方式為極端高溫減少小時(shí)數(shù)×城市人口）、廣州降低28.9億人·小時(shí)、北京降低26.7億人·小時(shí)、深圳降低11.7億人·小時(shí)。

通過運(yùn)用優(yōu)化的城市對(duì)流尺度區(qū)域氣候模式，可量化基于適應(yīng)措施對(duì)中國(guó)典型城市區(qū)域氣候的影響，揭示影響城市冷卻效應(yīng)強(qiáng)弱的關(guān)鍵背景氣候因子。“我們的模式可為各城市開展降溫措施的優(yōu)選提供參考依據(jù)，為城市氣候變化適應(yīng)、韌性城市建設(shè)及城市風(fēng)險(xiǎn)管理等方面政策制定提供科學(xué)支撐?！迸崃照f。