城市是人类敏锐感知气候变化的主要区域。在北京中心城区，一场暴雨可能在国贸CBD形成严重积水，而仅仅5公里外的奥林匹克森林公园却只降下零星雨滴；当东四环气温飙至高温预警线时，六环外城区却仍显凉爽。精准刻画复杂的“城市小气候”，一直是个难题。

近期，北京城市气象研究院城市气象重点开放实验室牵头构建超高分辨率中国城市对流尺度区域气候模式，让中国城市的区域气候得以被“公里尺度”解析，显著提升城市极端降水和热岛效应的模拟能力，并可为城市各类基于基础设施的降温措施的实际效果及健康效应，进行精准评估。

对流尺度超高分辨率，给城市气候装上“高清镜头”

目前普遍用于气候变化评估的全球气候模式，存在水平分辨率较低（多为100至300千米）、缺少城市地气相互作用描述等问题， 难以准确分辨城市地区区域气候变化特征。

“当对流尺度模拟的水平分辨率≤4千米时，就能显示和揭示对流过程，可以更精细地刻画下边界影响。”北京城市气象研究院副研究员、中国气象局青年创新团队成员裴琳介绍，其团队运用耦合城市冠层方案的区域气候模式（WRF-UCM），针对中国城市（群）聚集的中国东部地区采用最新的城市下垫面分类数据，通过“9公里+3公里”双层嵌套建模，逐步优化关键动力降尺度方案，最终构建了适用于中国城市地区的对流尺度区域气候模式。

连续98天的模拟试验结果表明，该模式既能保持大尺度驱动场特征，又能提升区域及局地气候变化特征的模拟精度。模拟增量主要体现在：显著改善ERA5（欧洲中期天气预报中心开发的第五代全球气候大气再分析数据集）城市小雨频次偏多、极端降水频次偏少的情况，逐日平均改善幅度达40%，逐时改善幅度达66%；在降水日变化方面，该模式可再现区域差异性降水日变化，而 ERA5则无法再现；同时，模式可精细刻画城市热岛形态空间分布、再现热岛强度，改善了ERA5对气温热岛强度75%的低估情况。

这项研究成果可帮助我们更好地预估未来城市极端天气气候事件（极端降水、复合极端事件等）变化特征，有助于深入了解我国城市极端降水的演变规律，为城市高质量发展提供坚实保障，进而推动我国城市适应气候变化的决策实施。

量化适应措施，给城市降温开出“科学处方”

受气候变化和城市化影响，城市正面临日益严峻的高温热暴露风险，严重影响居民健康。基于基础设施的适应措施，如采用高反照率屋顶、进行街区绿化等，可有效降低城市气温，缓解人口热暴露风险。然而，不同适应措施在不同城市的冷却效果却存在显著差异。因此，如何因地制宜，为不同城市提供相应的降温措施，成为当下城市应对高温挑战、提升城市韧性的关键课题。

裴琳团队构建的对流尺度区域气候模式，可针对中国东部地区开展高反照率屋顶、绿色屋顶、城市绿化和全面适应措施的对流尺度模拟试验，从而量化适应措施对中国城市的夏季气温及人口热暴露风险的影响。

“经过模拟试验，我们证实城市适应措施能够显著降低城市夏季气温，对日最高气温的冷却效应强于日最低气温。” 裴琳介绍，以2022年夏季对中国37个城市的对流尺度模拟试验来看，高反照率屋顶可使日均降温0.4 ℃、绿色屋顶日均降温0.3 ℃、城市绿化日均降温0.2 ℃，而全面的适应措施可日均降温0.6 ℃。

此外，城市适应措施能够大幅度减少城市夏季极端高温小时数，“从37个城市的平均情况来看，高反照率屋顶可减少极端高温67小时、绿色屋顶可减少47小时、城市绿化减少22小时，而全面适应措施可减少88小时。”不仅如此，城市适应措施可有效降低人口聚集大城市的热暴露风险，例如，上海降低30.3亿人·小时（计算方式为极端高温减少小时数×城市人口）、广州降低28.9亿人·小时、北京降低26.7亿人·小时、深圳降低11.7亿人·小时。

通过运用优化的城市对流尺度区域气候模式，可量化基于适应措施对中国典型城市区域气候的影响，揭示影响城市冷却效应强弱的关键背景气候因子。“我们的模式可为各城市开展降温措施的优选提供参考依据，为城市气候变化适应、韧性城市建设及城市风险管理等方面政策制定提供科学支撑。”裴琳说。