环太湖地区气候变化特征研究

根据1971—2010年环太湖地区苏州、常州、长兴等9个气象台站日平均气温和日降水量资料,采用EOF正交经验分析法、线性倾向率法、小波分析法和Mann-Kendall检验法研究了环太湖地区近40 a来的气候变化特征。结果表明:1) 1971—2010年间,环太湖地区整体上呈增暖趋势,环太湖地区的季节性增暖存在空间差异,西北部的气温在春、夏季明显升高,而东南部则在秋、冬季明显增暖,1990年前后该地区的增暖率存在完全相反的空间分布。2)该40 a中,降水表现为北部增加,南部减少。整个环太湖地区的降水在冬季普遍呈现增加趋势,春、夏季降水的空间分布差异性大于秋、冬季。3) M orlet小波分析结果表明,环太湖地区年平均温度存在16～17 a和6 a、26 a左右的变化周期;年降水量存在15～16 a和24 a的强显著性变化周期,各地区在年均温、年降水量周期振荡的强度上存在一定的差异。4) Mann-Kendall突变检验显示,1971—2010年环太湖地区各站点均表现为气温由低向高的突变,突变发生在1992—1993年。     

降水量增加使得青海湖水位持续上长

据省气候中心资料分析,我国最大的咸水湖青海湖自2004年以来,随着环青海湖地区降水量的明显增加,湖面面积不断增大、水位持续上升,据统计,2005—2008年青海湖水位连续上升近50cm。     

太湖局地小气候特征

利用2004年12月至2009年2月无锡马山自动站和无锡学前街自动站气温数据,分析了太湖地区局地小气候的变化特征。结果表明：太湖地区局地小气候特征非常显著,总体上表现为年际、季际、月际和各时段的平均气温较其他地区异常偏低。但在不同的气象条件背景下如晴天、雨天和各种特殊天气存在不同的特点。晴天太湖地区主要表现为气温偏低;雨天春夏秋季主要表现为气温偏高,而冬季表现为气温偏低。高温、暴雪天气条件下,太湖地区主要为气温偏低但强度上存在很大的差异,而寒潮天气条件下太湖地区气温相较其他地区则时高时低。     

环太湖地区土地利用变化的局地气候效应

利用WRF模式和1985年、2005年环太湖区域的土地利用资料,模拟了环太湖区域土地利用变化的局地气候效应,并从陆面过程的角度进行了分析。模拟结果显示：城市扩张区域净短波辐射通量增多,地面温度升高,感热通量增大,潜热通量减小。近地面水平风场在城市化地区风速减小,在城市化带方向上形成狭长的动能衰减区域。湖陆风和城市热岛环流增强,城市化地区向上垂直速度增大,积云性降水增多。老城区和郊区下沉运动增强,对流受到抑制,积云性降水减少。层云降水的改变,集中在层云降水的大值区,且多呈带状分布。总降水在城市化区域增强,在老城区和郊区减少,积云性降水占总降水的比值增大。在土地利用没有变化的区域,降水的改变与地表能量通量的改变在空间分布上大致吻合。     

环太湖地表城市热岛长期遥感资料分析

利用MODIS/Aqua地表温度产品(MYD11A1)分析了2003—2013年环太湖城市地表温度和地表城市热岛的时空变化特征,研究了地表城市热岛与大气稳定度、土地利用类型的关系。结果表明,该区域在2003—2013年日间的不稳定类天数最多,约占总天数50%。不稳定类天数在2003—2010年呈增加趋势,2010年后呈减少趋势;中性类与不稳定类天数年变化的位相相反,与弱不稳定类天数年变化的位相大致相同。受云和降水影响,MODIS图像质量随着不稳定度的降低而降低。日间地表城市热岛在不稳定大气边界层条件下最强,城市热岛强度随着白天边界层不稳定度的降低而减弱。近10年来环太湖城市圈经济发展迅速,城市用地面积增加,2010年环太湖城区的地表温度较2004年普遍升高约1℃,部分新城区的地表温度升高3℃以上,高温范围扩大,形成一条环太湖的高温带,分析地表温度和城市热岛的时空变化对研究城市化带来的区域气候效应具有重要意义。     

浑然天成的太湖

位于长江下游的太湖,波光粼粼,白帆点点,碧水青山,景色秀丽.她是我国第三大淡水湖,面积达2420平方公里,最大水深402米.太湖流域钟灵毓秀,物华天宝,土地肥沃,物产丰富,盛产稻麦、棉麻及水产品、鱼虾等,是我国工农业生产最发达和经济增长最具活力的地区.其流域面积虽仅占全国0.4%,但国民生产总值和上缴利税却占全国的1/8和1/10,全国综合实力百强县多被这一地区所占有.同时太湖     

强热带风暴蒲公英引起太湖强风的成因分析

0407号强热带风暴(蒲公英)在浙江省乐清市登陆数小时后,300km外的太湖地区狂风大作,位于太湖南岸的太湖自动站7月3日13时极大风力达29.3m·s-1,超过了风暴近中心及途经地区测站的最大风速。这在湖州市历史记录中是从未有过的异常现象,在台风记录中也属罕见。     

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。     

太湖地区气溶胶光学特征分析

利用AERONET太湖站2007—2010年大气气溶胶光学特性数据,基于马氏距离聚类分析对太湖地区气溶胶进行分类研究。结果表明,气溶胶光学厚度(AOD)夏季达到最大(1.29),Angstrom波长指数(AE)在秋季达到最大(1.31);单散射反照率(SSA)均值在春季和秋季达到最大(0.92);不对称因子(ASY)均值在夏季达到最大(0.66);气溶胶粒子谱分布呈现双峰分布;太湖地区气溶胶粗模态粒子主要来源于北方的沙尘以及近海海域的海盐颗粒,细模态粒子主要来自人为污染尤其是汽车尾气、工业废气等的排放;吸收性气溶胶光学厚度(AAOD)夏季出现最大值0.11,AE夏季出现最小值1.0,说明该地区气溶胶粒子包含了典型的黑碳气溶胶。太湖地区混合类气溶胶占比最多(54.08%),其次是城市工业类气溶胶(18.95%);不同类型气溶胶占比的季节性差异较明显,秋季混合类型气溶胶占比最大(65.30%),城市工业类型在夏季占比最高(32.07%),春季受到远距离输送的影响,沙尘类占比最高(21.01%)。     

太湖地区气溶胶光学厚度的分布及其在大气校正中的应用

采用太湖地区水面光谱数据以及MODIS遥感影像数据,利用辐射传输模式6S,选择自定义气溶胶类型,反演得到太湖地区气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)分布,将其与太阳光度计CE318实测气溶胶光学厚度分别应用于太湖区域的大气校正中,得到不同的水面反射率,并参考实测水面反射率进行对比分析。结果表明:反演的太湖地区气溶胶光学厚度分布较为合理,造成此分布的原因可能是太湖北岸工业较发达,污染较严重。太湖颗粒物的吸收特性和卫星接收到的表观反射率导致反演数据的差异,是反演气溶胶光学厚度分布不均匀的主要原因。使用MODIS数据反演得到的太湖地区AOD进行大气校正,更加精确。该研究方法和结果可为气溶胶光学厚度反演、精确卫星数据大气校正提供参考。     

赤道太平洋海温异常对太湖地区小麦赤霉病的影响

本文通过对１９５２年至１９９８年的资料分析表现,东太平洋地区的海温变化对江苏省太湖地区小麦赤霉病发生程度有着显著的滞后影响,在ＥＮＳＯ事件开始或维持的下一年赤霉病明显偏重发生,在此基础上,运用人工神经网络方法,建立了太湖地区小麦赤霉病的海温长期混合预报模型。     

Impact of Taihu Lake on City Ozone in the Yangtze River Delta

The lake-breeze at Taihu Lake generates a different specific heat capacity between the water body and the surrounding land. Taihu Lake has a significant impact on the atmospheric conditions and the air quality in the Yangtze River Delta. This phenomenon is referred to as the Taihu Lake effect. In this study, two simulations were conducted to determine the impact of the Taihu Lake effect in the reference experiment(R-E) and sensitivity experiments(NO TH). The control simulations demonstrated that the meteorological field and the spatial distribution of ozone(O3) concentrations over Taihu lake obviously changed once the land-use type of water body was substituted by cropland. The surface temperature of Taihu Lake was reduced under the impact of Taihu Lake, and a huge temperature difference caused a strong lake-breeze effect. The results also showed that the difference in the average concentrations of O3 between the R-E and NO TH experiments reached 12 ppbv in most areas of Taihu Lake, all day, on 20 May 2014. During daytime(0800–1600 LST, LST=UTC+8), the influence of the Taihu Lake effect on O3 in the Suzhou region was not significant. However, the influence of the Taihu Lake effect on O3 in the Suzhou region was obvious during nighttime(1800–2400 LST). The larger changes in the physical and chemical processes were horizontal and vertical advections under the influence of the Taihu Lake effect in Taihu Lake.     

非稳定风场作用下太湖梅梁湾流场、散度场的研究

利用太湖区域三维大气边界层数值模式和二维水动力学模式,研究了非均匀、非定常风场作用下的太湖梅梁湾流场和散度场的分布特征,得到了一些有意义的结论。     

Simulation and Exploration of the Mechanisms Underlying the Spatiotemporal Distribution of Surface Mixed Layer Depth in a Large Shallow Lake

The aquatic eco-environment is significantly affected by temporal and spatial variation of the mixed layer depth(MLD) in large shallow lakes.In the present study,we simulated the three-dimensional water temperature of Taihu Lake with an unstructured grid with a finite-volume coastal ocean model(FVCOM) using wind speed,wind direction,short-wave radiation and other meteorological data measured during 13-18 August 2008.The simulated results were consistent with the measurements.The temporal and spatial distribution of the MLD and the possible relevant mechanisms were analyzed on the basis of the water temperature profile data of Taihu Lake.The results indicated that diurnal stratification might be established through the combined effect of the hydrodynamic conditions induced by wind and the heat exchange between air and water.Compared with the net heat flux,the changes of the MLD were delayed approximately two hours.Furthermore,there were significant spatial differences of the MLD in Taihu Lake due to the combined impact of thermal and hydrodynamic forces.Briefly,diurnal stratification formed relatively easily in Gonghu Bay,Zhushan Bay,Xukou Bay and East Taihu Bay,and the surface mixed layer was thin.The center of the lake region had the deepest surface mixed layer due to the strong mixing process.In addition,Meiliang Bay showed a medium depth of the surface mixed layer.Our analysis indicated that the spatial difference in the hydrodynamic action was probably the major cause for the spatial variation of the MLD in Taihu Lake.     

太湖沿岸湿沉降的化学特性及水体酸化的趋势

通过对太湖沿岸湿沉降的实际监测，运用统计学方法研究了太湖沿岸3个测点自2002年7月至2003年6月大气降水pH值和化学离子组成，并结合文献和太湖水体的常规观测资料，分析了太湖流域大气降水酸化的趋势及地表水酸化的状况。结果表明：太湖地区的酸雨比较严重，沿岸酸沉降具有普遍现象；大气降水中主要阴离子是SO4^2-，约占全部测定阴离子的48％。Ca^2＋是主要的阳离子，约占全部阳离子的37％；太湖酸雨频率及酸雨强度近20a来有增强的趋势，但水体pH变化不大，水体有轻微酸化的迹象。     

夏季太湖局地气候效应的数值模拟研究

利用WRF模式,通过数值模拟试验研究了夏季太湖的局地气候效应,揭示了太湖对局地降水、温度等气象要素的影响,并探讨了内在的物理机制。结果表明:太湖主要在局地尺度上引起夏季地面气温降低和降水的减少,影响强度从湖区向周边地区逐渐减弱;太湖引起的夏季降水减少主要来源于对对流性降水的减弱作用;太湖对湖区及邻近区域夏季地面气温和降水的影响表现出明显的日变化特征,白天影响程度明显强于夜间且在午后的影响最强;太湖在午后引起湖区及邻近地区低层大气显著降温和异常辐散,抑制了该区域的大气对流活动并引起对流降水的明显减少,进而造成夏季太湖及邻近地区降水的减少。     

2012年太湖蒸发量变化特征及蒸发模型评估研究

湖泊蒸发是全球能量分布,水文循环的重要组成部分,同时是气候及生态系统环境变化的指示因子。运用太湖湖上观测平台大浦口站2012年涡度相关数据分析了太湖蒸发量的月变化及日变化特征,并评估了11种蒸发模型。结果表明：太湖2012年总蒸发量为1066.2 mm。潜热通量是太湖净辐射能量分配中的主导项, 2012年太湖地区潜热通量占净辐射通量的91.9%。2～7月为太湖水体储热阶段,当净辐射在7月达到最大值时,蒸发值也达到最大值;净辐射8月开始减少,至12月达到最小值,期间湖体储热释放,使得蒸发量在2月才达到最小值。采用涡度相关系统观测太湖蒸发量的数据评估了11种蒸发模型,分别从年蒸发总量和蒸发量月变化特征来探讨模型对于太湖蒸发量计算的适用性,其中以波文比能量平衡模型表现最好,与涡度相关观测值的相关系数为0.99,中心化均方根误差为4.50 mm month^-1。     

应用E-ε湍流动能闭合湖泊热力学过程模型对东太湖湖-气交换的模拟

采用考虑沉水植物影响的E-ε湍流动能闭合湖泊热力学过程模型,模拟2013年8月东太湖湖-气交换过程,并利用太湖的站点观测数据对模型进行了验证。太湖水温的模拟值与观测值吻合较好,模型计算的各层水温与观测值相比,均方根误差均未超过1℃。同时模型也较好地模拟出太湖表面感热通量和潜热通量,潜热通量的模拟值与观测值的标准差为54.7 W/m2。由于湖水较浅,太湖的水温层结会明显受到天气状况的影响。晴朗小风条件下的湖水呈现显著的热分层现象,当风速为0.8 m/s,高层和底层的温差达到7.9℃。大风天气条件驱动较强的水体湍流混合,水温的热分层消失,风速为12 m/s,湖泊上层与底层的水温差仅0.12℃。此外,模拟结果较好地呈现出了东太湖沉水植物的存在通过增大湖体消光系数,减小到达湖体内部的热量,并增加对湖水的阻力,影响湖体中湍流动能的分布,并进而影响湖水温度的分布。综上所述,该模型能够较好地模拟出浅水大湖湖-气交换的过程。