国外湖泊气候的研究

湖泊气候是由于水陆的热力差异,在湖泊与其附近地区形成了湖陆风环流,使热量和水分在水陆之间产生交换。湖泊对附近地区气候的调节作用称湖泊效应。受湖风影响,陆地上的风、温度、湿度、气压等要素场与内陆地区产生差异。近期来,国外在湖泊气候研究方面做了许多工作。现根据国外10篇英文文献综述如下。     

黄河源区生态环境变化对湖泊效应影响的数值模拟

利用中尺度气象模式WRF,设计了陆地生态环境好转、维持现状和退化3种情境下的模拟试验,分析了夏季黄河上游鄂陵湖湖泊效应的特征和生态环境变化对该湖泊效应的影响。结果表明,夏季晴天中午至傍晚,鄂陵湖有显著的湖风环流;白天湖面感热和潜热较小,昼(夜)表现出明显的冷(暖)湖效应;湖区低层全天呈现出"湿岛"效应;受湖风作用影响,环湖陆上白天形成"湿墙"和感热高值区;随着陆地生态环境由好转到退化,湖风环流加强,环湖"湿墙"增高,湖陆边界层高度差增大,陆面感热和潜热变化显著大于湖面;陆面边界层中下部的气温和比湿主要受下垫面影响,环境退化后分别升高和减小,而在边界层顶部由于受湖风环流的作用,两者变化趋势与中下部相反。     

洞庭湖湖陆风特征与降水

本文利用洞庭湖周围岳阳、常德和益阳三站1、4、7、10月的气象资料,研究了洞庭湖湖陆风的气候特征及其对降水、特别是对暴雨的影响。分析表明洞庭湖的湖陆风是显著的,湖陆风厚度大约为300米;湖陆风转换可以引起湖陆风散度和涡度的变化,从而引起清晨和傍晚降水的加强;一年四季都有湖陆风,但夏季更为显著,冬季不太明显。     

洞庭湖湖陆风特征与降水

本文利用洞庭湖周围岳阳、常德和益阳三站1、4、7、10月的气象资料,研究了洞庭湖湖陆风的气候特征及其对降水、特别是对暴雨的影响。分析表明洞庭湖的湖陆风是显著的,湖陆风厚度大约为300米;湖陆风转换可以引起湖陆风散度和涡度的变化,从而引起清晨和傍晚降水的加强;一年四季都有湖陆风,但夏季更为显著,冬季不太明显。     

扎陵湖和鄂陵湖大气边界层特征的数值模拟

利用美国科罗拉多州立大学和MRC/ASTER发展的中尺度数值模式RAMS(Regional Atmos-pheric Modeling System),设计了有、无湖对比模拟试验,以NCEP再分析资料作为初始条件和边界条件进行了120h的三重嵌套模拟试验。结果表明,模式的模拟性能良好。模拟的大气边界层特征显示,由于扎陵湖、鄂陵湖的存在,白天(夜晚)具有很好的降温(保温)作用,并表现出明显的冷(暖)湖效应;在白天(夜晚)扎陵湖、鄂陵湖有明显的湖(陆)风效应;在两湖之间的陆地低层有辐合和风切变,且鄂陵湖西岸的湖风比扎陵湖东岸的强,削弱了扎陵湖东岸的湖风;扎陵湖、鄂陵湖使得白天湖区的边界层顶低,周边陆地区域的边界层顶高,夜间则相反;扎陵湖、鄂陵湖对感热和潜热的影响有很强的日变化,白天湖面的感热小于周围陆地,夜间湖面的潜热则大于周围陆地。     

大理苍山—洱海局地环流的数值模拟

利用耦合了湖泊模型的WRF_CLM模式模拟了秋季大理苍山—洱海地区的局地环流特征。结果表明:模式对近地面温度、风向、风速的模拟与观测基本一致,模拟结果能较好地再现该地区山谷风和湖陆风相互作用的局地环流特征。在秋季,大理苍山的谷风起止时间为08:00~17:00(北京时,下同),湖风起止时间为09:00~19:00。局地环流受高山地形及洱海湖面影响明显,山谷风形成早于湖陆风1 h,夜间山风、陆风强盛于白天谷风、湖风。白天苍山谷风与洱海湖风的叠加作用会驱动谷风到达2600 m的高度,而傍晚最先形成的苍山山风则会减弱洱海的湖风环流。夜间盆地南部在两侧山风、陆风的共同作用下,形成稳定而持续的气旋式环流。日出以后,对流边界层迅速发展,边界层高度逐渐增高。陆地17:00温度达到最高,边界层高度也达到峰值2000 m,之后逐渐降低。日落后形成稳定边界层,边界层高度在夜间基本保持在100 m。相对于陆地,湖面白天边界层高度低300 m,夜间边界层高度高100 m。     

鄱阳湖地区夏季气温日变化特征及其成因

基于2015—2017年6—8月鄱阳湖周边共340个气象站的逐小时气温观测资料和NASA MERRA再分析资料,应用经验正交函数分解(EOF)和热量方程诊断方法,分析了鄱阳湖地区夏季气温的日变化特征及其形成原因。结果表明:受非绝热加热影响(包括地表感热和地表向上的长波辐射),EOF第一特征向量反映鄱阳湖区与周围陆地的气温呈同相变化。04—17时,湖区和周围陆地气温逐渐升高,湖区滞后于周围陆地,湖区为冷源;17时—次日04时,湖区和周围陆地气温逐渐降低,湖区同样滞后于周围陆地,湖区为热源。受热扩散影响,EOF第二特征向量反映鄱阳湖区与周围陆地的气温呈反相变化,因湖区和周围陆地气温分布不均匀,22时—次日11时,湖体表面大气热量向周围陆地表面大气扩散,湖体表面气温降低,陆地表面气温升高;11—22时,反之。因此,鄱阳湖水体的存在对毗邻地区的气温产生影响,在一定程度上改变了局地气候。     

太湖对周边城市热环境影响的模拟

太湖微气候条件及局地热环境的研究对于太湖周边城市地区可持续发展以及大气宏观调控具有重要意义。为了更准确模拟太湖湖-气交换,将CLM4-LISSS浅水湖泊陆面过程参数化方案耦合进入WRF中的Noah陆面过程模型。采用太湖湖上平台及岸边陆上测站观测的数据,评估了CLM4-LISSS浅水湖泊过程方案对太湖区域近地层气象条件的模拟性能。并基于耦合模型模拟研究了太湖对周边城市区域热环境的影响。结果表明,CLM4-LISSS湖泊陆面过程方案模拟的湖表面温度能反映真实温度的变化趋势。两种陆面过程方案在2 m气温的模拟值也存在一定的差异。CLM4-LISSS与Noah方案计算所得湖上2 m气温的模拟值与观测值的平均均方根误差分别为1.77和2.22℃,平均相关系数分别为0.88和0.84;模拟10 m风速的平均均方根误差分别为1.93和2.78 m/s,平均相关系数为0.72和0.68。太湖对周边城市热环境存在明显的影响。8月太湖对周边地区15时（北京时）近地层平均降温0.5-0.7℃,影响范围达60 km。06时太湖导致周边近地层平均升温达0.7-1℃,影响范围达50 km。湖风带来的冷空气抑制了城市热岛的垂直运动,在高温天气下使得苏州、无锡和常州城市地区昼间边界层下降高度可达300、400和100 m。无锡地区边界层内气温最高降幅可达0.5-0.7℃。通过选取无锡地区2015年8月28日高温小风天气作为背景条件,分析该地区湖风对城市热岛环流的影响机制。结果表明湖风能够破坏无锡地区的热岛环流结构,改变近地面热量和水汽的分布,抑制城市热岛的垂直发展,并影响至整个无锡地区。局地热力环流的变化对于局地气候以及污染物质的输送与扩散有可能产生重要影响,准确的湖泊陆面过程参数化方案对于天气预报、空气污染模拟,以及气候模拟研究等均具有重要意义。     

北海道湖爷洞附近冬季气温分布

本文对小型湖泊(面积小于200平方公里)附近的局地气候作了研究,测量了日本北海道洞爷湖附近的冬季气温分布和风系。静夜,洞爷湖附近及周围地区风系的湖泊效应是显著的。夜间,地面附近风从周围地区吹向湖泊。但是,在白天,地面风向和梯度风相同。观测了白天和夜间湖岸上气温分布的湖泊效应。白天洞爷湖北岸的向岸风的气温比南岸的离岸风的气温高约2℃;晚上,气温的局部波动是显著的。气温地区差异最大值约是5℃。     

青海湖夏秋季局地气候效应数值模拟研究

由于水陆热力性质差异,湖泊对局地天气气候具有显著影响,占中国湖泊总面积一半以上的高原湖泊对区域天气气候的影响不可忽视,但目前对高原湖泊局地气候效应的研究依然存在不足。本研究利用WRF-FLake动态耦合模式,设计了有湖与无湖两组实验,对高原最大湖泊青海湖的局地气候效应进行了整年的模拟研究。结果表明,耦合模式的模拟性能良好,青海湖在1-6月使得区域气温降低,而7-12月使得区域气温升高,且青海湖的存在降低了1-9月的日最高气温,增加了6-12月的日最低气温,使得气温日变化减小,白天青海湖为冷湖效应,而夜间青海湖为暖湖效应。2-6月青海湖轻微减少区域降水量,7-12月明显增加了区域降水量,且8月增加量最显著。青海湖对局地年降水量的贡献率在湖面上最大可达50%～60%,而在周边陆地为10%～30%,夏季青海湖增加的降水量最多,而秋季青海湖对总降水的贡献率最大,青海湖增加的降水在20:00(北京时,下同)至次日02:00最多,而14:00-20:00最少,夏季增加的对流性降水较多,秋季增加的对流性降水较少。白天青海湖的冷湖效应使湖面产生下沉辐散气流,抑制对流的发展和水汽的扩散,导致湖泊降水效应减弱,而夜间青海湖的暖湖效应使湖面产生辐合上升气流,促进对流的发展和水汽的扩散,导致湖泊降水效应增强。     

陆/海风电场群对局地湍流和风切变影响差异初步分析

风电场存在着明显的局地气候效应，但陆/海两种不同类型风电场是否存在局地风环境效应的明显差异？以河北尚义陆地风电场和江苏如东海上风电场为例，利用风电场周边气象站及测风塔典型年份观测资料，开展了陆/海风电场对湍流强度（TI）和风切变指数（WSE）的影响差异初步分析研究。研究结果表明：陆/海风电场对TI和WSE会产生显著影响；其中，陆/海风电场对TI均为增强效应，建设后年均TI分别增加31%和37%，最大增幅分别发生在春季（47%）和冬季（49%）；影响差异主要为陆地风电场TI增幅在高层明显大于低层，夜间大于白天，而海上风电场不同高度TI增幅及日变化则较为平稳；陆/海风电场对WSE影响差异显著，陆地风电场建设后WSE白天增加、夜晚降低，日变化明显减小，年均降低8%，最大降幅发生在秋季（12%）；海上风电场建设后WSE白天、夜晚均明显增加，年均增加24%，最大增幅发生在春季（37%）。     

鄱阳湖影响过湖对流强度的数值模拟及机理分析

湖陆下垫面的非均匀性对强对流天气的发展演变有很大的影响。鄱阳湖是我国最大的淡水湖,湖面积具有明显的月变化和季节变化,而模式中的下边界一般默认湖面积不变,这与实际情况的差异较大,必然带来模式预报误差。利用WRF模式对夏季夜间发生在鄱阳湖地区的一次强对流天气过程进行数值模拟,并通过湖面积变化的敏感性试验,深入研究鄱阳湖对强对流天气发展演变的影响及其机理,结果表明：夏季夜间湖面上空2 m温度明显高于陆面,向湖陆风在湖面上空辐合上升,岸边则存在下沉辐散气流。这导致降水在湖西岸减弱、湖上空增强。随后用去湖敏感性试验印证了鄱阳湖的暖湖效应,湖泊的存在能够通过激发陆风次级环流对湖西岸（湖面）上空降水起抑制（促进）作用。去湖试验的降水在湖西岸增强20%,在湖面上空减弱16%,体现出湖泊对降水强度的重要影响。此外,还发现湖面积扩大1.5、2.5、3.5、4.0倍的扩湖敏感性试验的降水在湖面上空分别增幅7%、16%、30%、43%,进一步证实了强对流强度对鄱阳湖面积变化较为敏感。这指示我们在预报夏季夜间穿湖而过的强对流天气时,应重点关注其可能存在的入湖前减弱、入湖后增强的变化趋势。同时,在利用数值模式模拟湖区强对流天气过程时,如果湖面积与模式中默认的湖面积相差较大,则应考虑将实际湖面积引入模式下边界,以期提升模式对于湖区对流的预报能力。     

博斯腾湖的湖陆风特征及其数值模拟研究

采用基本气象站和区域气象站观测资料分析了2013年6月至2014年5月期间博斯腾湖的湖陆风日变化特征和季节特征,进而通过中尺度数值模拟分析博斯腾湖湖陆风的发展过程及其与天山山谷风的相互作用。结果表明,博斯腾湖北侧湖风与中天山南侧谷风叠加效应造成局地环流增强,从湖岸到山体,叠加效应造成的局地环流最大振幅表现出增大、减小、再增大的特点;湖岸区域湖风开始时间与距离的关系不显著,当离岸距离增大到约20 km以上,距离每增加约6 km,湖风开始时间推迟1 h;湖北侧湖风锋穿透内陆距离比受天山主体影响较小的湖南侧远约11 km;随着湖北侧湖风锋向天山靠近,湖风与谷风耦合作用不断加强。     

湖陆风速的气候特征及预报方法浅析

本文在湖、陆测站三年资料的基础上,分析了湖、陆风的气候特点,探讨了不同天气系统影响时,湖、陆风速的差异,应用线性分析的统计学理论,建立湖上风速的预报方程。历史拟合率和试报结果表明,这是在不同天气系统影响时,预报湖面风速的较好工具。     

鄱阳湖地区湖陆风特征及成因分析

利用2006-2010年鄱阳湖地区德安、鄱阳、湖口、进贤和星子站风向、风速常规气象观测资料,分析了鄱阳湖地区湖陆风的特点及季节性变化。结果表明,鄱阳湖地区有湖陆风现象存在。平均而言,东西方向湖陆风强度为0.5~0.7 m·s-1,湖西侧湖陆风转换时间较湖东侧早2 h左右,而南北方向的湖陆风强度相对较弱,为0.3 m·s-1左右,湖北侧的湖陆风转换时间较湖南侧提前近5 h。湖陆风存在季节变化,夏季湖陆风表现得相对更强一些,而秋季表现异于其他季节。利用2010年8月中尺度自动气象站逐时观测资料得到,湖区的湖陆风现象与湖陆热力差异有关。采用浅水波模型对鄱阳湖地区湖陆风形成原因进行了模拟分析,结果与实际现象基本一致,能反映湖陆风的一些特征。     

艾比湖1961－2001年的演化特点及机制分析

利用40 a的实测数据分析艾比湖的演化特点及机制。研究表明:艾比湖气候恶化,干旱少雨,蒸发量大,特别是与特殊的地形地貌相匹配,风多风大,沙尘暴和浮尘活动频繁。入湖水量逐年减少,湖面蒸发量大,湖泊面积处于萎缩阶段。影响湖泊演化的因子主要是气候变化及人类活动。     

湖陆风对滨湖夏季气温和岳阳市城市热岛强度的影响

利用逐日逐时气象资料对岳阳市主城区近年夏季城市热岛强度进行了评估,探讨了东洞庭湖湖陆风对滨湖夏季气温以及城市热岛强度的影响。结果表明：平均气温郊区较城区、滨湖低1.47、1.11 ℃,最低气温郊区较城区、滨湖低1.89、2.03 ℃,最高气温城区较郊区高0.61 ℃、郊区较滨湖高0.63 ℃。白天城区气温高于郊区,郊区气温高于滨湖;夜间城区气温与滨湖基本相当,且明显高于郊区。各区逐时气温变率郊区最大,城区次之,滨湖最小,三者在23:00—次日6:00基本相当且变化较小。城区平均、最高、最低气温分别比郊区高1.47、0.61、1.89 ℃,对应城市热岛强度分别为弱、弱、中等。8:00—19:00城市热岛强度为弱,20:00—次日7:00为中等。滨湖9:00—18:00湖风强,19:00—次日8:00陆风弱。湖陆风与各区气温以及城市热岛强度均极显著相关。夜间城市热岛效应强于白天湖泊冷效应,白天城市热岛效应和夜间湖泊热效应随着站点与滨湖和郊区的距离远近影响强度不同,离滨湖越近的城市站白天受城市热岛效应影响越小,夜间受城市热岛效应影响越大。     

大理近地层山谷盆地湖陆风及湍流特征分析

研究湖陆风特征不仅能够为提高天气气候的预测能力奠定基础,而且对风能资源的开发利用等具有重要的实用意义。利用大理国家气候观象台近地面通量观测系统的2007年3月－2008年5月资料,采用涡动相关法等分析了大理近地层中湖陆风、峡谷风特征及形成原因和影响因素。结果表明：大理地区白天以东风和东南风为主,夜间以西风和西南风为主。进一步对湍流和湍流通量特征分析发现,大理地区白天不稳定层结多于夜间;湍流强度白天强于夜间,并且随着风速的增大而减小;湍流通量具有明显的日变化特征,热量交换形式以潜热为主。     

漫说陆地水域气候生态

陆地水域气候生态是一种典型的气候生态,由湖泊、河流等内陆大中型水体,水系及其小气候组成。陆地水域是相对海洋而言的,湖泊、河流、地下水等是人类赖以生存的淡水资源,湖泊作为降水的历史和现代记录,能反映出气候的空间变化和区域特征。我国是湖泊众多的国家之一,多年来,由于盲目围湖造田,争相垦殖,导致湖泊面积急剧减少,调蓄作用大幅度缩小,水资源质量下降。这使得陆地水域气候生态的保护利用与监测研究问题成为人类关注的热点。目前,如何监测陆地水域气候生态的问题,引起了世界各国政府和科技界的高度重视。如美国通过开展陆地、水域气…     

岳阳(洞庭湖畔)的湖陆风

岳阳的湖陆风是地方性气候的一种。 测站位于洞庭湖东北侧。测点距湖水面直线距离仅百米,湖岸线几乎呈南北向,西南面为湖水宽广处,东南方为稠密建筑和居民区。所以“出湖风”多为西南风,“进湖风”常是东南风。