城市与湖泊对华东地区一次切变线暴雨过程的影响

城市和湖泊对区域降水都有显著的影响,但二者对暴雨过程的相对影响尚需定量评估。为了揭示城市与湖泊相对及共同作用对暴雨过程的影响,本文选取华东地区为研究区域,利用WRF模式,针对2015年6月27日一次江淮梅雨期间由低空切变线引发的暴雨过程,进行了敏感性试验对比研究。结果表明,太湖和周围城市的存在会增强研究区域的降水,并且城市的影响要大于太湖;太湖和周围城市与其他区域的温度差会导致地面风场在城市及其附近区域辐合,进而产生强对流;形成的强地面辐合线还会影响低空切变线的生成位置,并在其移动过程中相互调整、相互增强。总而言之,太湖与周围城市的共同作用对于地面风场辐合以及低空切变线的形成与强度都存在重要影响,进而影响本次暴雨的位置和强度。     

三套再分析资料在青藏高原湖泊模拟研究中的适用性分析

湖泊模式为青藏高原湖-气相互作用研究提供了有效方法,而驱动数据对模拟结果影响显著,但目前用来驱动模式的再分析资料对高原不同地区湖泊的适用性依然不够清楚。利用野外观测数据、M ODIS地表温度数据和WRF耦合的一维湖泊模式,对比分析了中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集(简称ITPCAS)、ERA-Interim和NCEP/NCAR三套再分析资料在青藏高原地区纳木错、班公错和鄂陵湖三个不同深度湖泊的适用性,并对三套再分析资料的准确性进行了初步验证,进一步分析了不同校正方式后的再分析资料对模拟结果的影响。结果表明,用三套不同再分析资料作为模式驱动数据时,WRF耦合的一维湖泊模型均能够较好地模拟出高原湖泊表面温度的变化,但仍然与MODIS观测结果存在偏差。三套再分析资料中ITPCAS数据集的各气象要素与站点观测更为接近,ERA-Interim数据的向下长波和短波辐射比观测值偏大,NCEP/NCAR数据中的向下长波较观测值偏小而风速偏大。利用站点观测对再分析资料进行校正,ITPCAS数据进行全要素校正前后模拟结果差别不大,ERA-Interim和NCEP/NCAR进行全要素校正后模拟结果准确性显著提高;对于实地观测资料匮乏的地区,单独对ERA-Interim向下短波辐射数据进行校正以及同时对NCEP/NCAR气温和向下长波辐射数据进行校正均能优化湖表面温度的模拟结果。     

青海湖热力状况对气候变化响应的数值研究

湖泊对气候变化非常敏感,是气候变化的指示器。青藏高原湖泊众多,但由于观测数据的缺乏,目前对全球变暖背景下高原湖泊热力状况的研究依然不足且多为短期研究。利用中国科学院青藏高原研究所(ITPCAS)开发的中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集、MODIS地表温度数据、青海湖浮标观测数据,分析了Freshwater Lake Model(简称Flake模式)在青海湖的适用性,揭示了青海湖热力状况对气候变化的响应。结果表明,Flake模式能够很好的模拟出青海湖的热力状况,但对夏季与秋季的湖表面水温(特别是夜间)模拟偏高,部分是驱动数据误差造成的,修正驱动数据后模拟效果得到改善。对1989 2012年Flake模拟的湖表面温度与ITPCAS数据不同驱动要素之间的年际变化趋势与相关性进行分析,发现青海湖表面温度呈现上升趋势,与气温、向下长波辐射有较好的正相关性,而与风速负相关。内部热力状况的模拟结果显示,青海湖混合层温度基本全年呈上升趋势,其中5、6月及12月增温最显著;湖泊底层温度在5月以及12月的两次季节性翻转时期呈上升趋势,在6 10月湖水分层期呈下降趋势,分层期湖泊上层温度升高会加强湖水层结稳定性,使湖水混合减弱,导致底层温度下降。     

青海湖热力状况对气候变化响应的数值研究北大核心CSCD

湖泊对气候变化非常敏感,是气候变化的指示器。青藏高原湖泊众多,但由于观测数据的缺乏,目前对全球变暖背景下高原湖泊热力状况的研究依然不足且多为短期研究。利用中国科学院青藏高原研究所(ITPCAS)开发的中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集、MODIS地表温度数据、青海湖浮标观测数据,分析了Freshwater Lake Model(简称Flake模式)在青海湖的适用性,揭示了青海湖热力状况对气候变化的响应。结果表明,Flake模式能够很好的模拟出青海湖的热力状况,但对夏季与秋季的湖表面水温(特别是夜间)模拟偏高,部分是驱动数据误差造成的,修正驱动数据后模拟效果得到改善。对1989 2012年Flake模拟的湖表面温度与ITPCAS数据不同驱动要素之间的年际变化趋势与相关性进行分析,发现青海湖表面温度呈现上升趋势,与气温、向下长波辐射有较好的正相关性,而与风速负相关。内部热力状况的模拟结果显示,青海湖混合层温度基本全年呈上升趋势,其中5、6月及12月增温最显著;湖泊底层温度在5月以及12月的两次季节性翻转时期呈上升趋势,在6 10月湖水分层期呈下降趋势,分层期湖泊上层温度升高会加强湖水层结稳定性,使湖水混合减弱,导致底层温度下降。     

夏季绿洲气候效应的观测和数值模拟

利用“金塔绿洲能量水分循环观测试验”的资料和中尺度数值模式对绿洲小气候效应进行了17天较长序列的研究,在模拟过程中每天替换土壤湿度。研究结果表明：在分析时段内2004年7月6目前和9日后分别盛行西北风和东风两种背景风;白天,绿洲低层相对沙漠是一个冷源,随着高度的增加逐渐转为暖中心,温度场在600～700hPa之间转变。当背景风较大时,绿洲上空的温度中心会偏向绿洲中心下游。白天绿洲低层风场平均态为在东风背景场的基础上向南北两侧辐散,随着高度的增加风场逐渐由辐散转为向绿洲的辐合,转变高度在700hPa以下,且低于温度场的转变高度。白天绿洲上以下沉运动为主,绿洲风次级环流是绿洲上夏季晴天长期存在的平均态。当背景风较小时绿洲低层可形成向四周辐散的风场,当背景风场过大时,无绿洲环流生成。绿洲为高湿场,在绿洲边缘沙漠上存在的逆湿和高水汽柱,既阻止沙漠上干热气流侵入绿洲,又防止绿洲上水汽的流失。白天沙漠、绿洲的地表能量通量差异较大,绿洲上以潜热为主,沙漠上以感热为主,二者量级相当。绿洲上的边界层高度低于沙漠的,对绿洲生态系统起一定的保护作用。     

祁连山地区生态环境恶化对环境影响的数值模拟

 利用中尺度模式MM5,依据祁连山地区复杂地形下生态环境恶化的事实,设计了一个控制试验和一个敏感性试验,数值模拟结果表明:MM5模式能够较好地模拟祁连山地区的降水；祁连山地区生态环境恶化对周围地区甚至较远地区的降水会产生较大的影响,区域平均降水减少约2％,对本地区的生态环境很不利；模拟区域感热通量增大,潜热通量减小,但是潜热通量变化的绝对值大于感热通量变化的绝对值,因此热通量是减小的；模拟区域气温和地面温度升高,同时土壤温度也升高。     

不同湖泊模式对青藏高原典型湖泊适用性对比研究

一维湖泊模式是青藏高原湖泊研究的主要手段之一,但不同湖泊模式在青藏高原适用性及其差异依然不够明确。利用MODIS地表温度数据、青藏高原鄂陵湖站点观测的气象数据、湖温及湖面能量数据,驱动、评估和对比了目前应用最为广泛的两个一维湖泊模式Freshwater Lake Model(FLake)和Community Land Model version 4.5(CLM4.5)中耦合的湖泊模块在青藏高原典型湖泊的适用性。结果表明:FLake和CLM模式均能较好的对湖泊热力状况进行模拟,CLM模式对于湖表面温度和湖泊内部不同深度的温度模拟优于Flake模式,净辐射和能量的累积也是CLM模式的模拟值更接近观测值。造成Flake模式模拟偏差更大的原因与模式中计算感热、潜热的摩擦速度有关,观测的摩擦速度均值为0.22 m·s-1,CLM模式中的摩擦速度与观测值接近,为Flake模式的1.5倍,将CLM模式中的摩擦速度替换到Flake模式中后模拟结果有明显的改善。     

南水北调西线一期工程引水区和黄河上游区域气候特征分析

利用引水区和黄河上游地区25个站1951—2000年50 a的气温和降水逐日资料,分析了研究区域降水的时空分布特征;把引水区和黄河上游地区分成7个小区,利用小波分析的方法研究了各小区气温和降水的多时间尺度特征.结果表明:黄河上游和南水北调西线引水区夏、秋、冬三季降水以同步的变化为主,其次为黄河上游与引水区之间存在反位相的变化.春季降水主要表现为黄河上游与引水区之间存在反位相的变化,其次才表现为一致的变化.各区的气温均以同步升温为主.降水具准3 a和准22 a周期,气温的振荡周期主要是2~5 a的小周期和准11 a的周期.引水区和黄河上游地区近50 a来夏季的降水在一致变化的基础上也有着明显的区别.     

"98.5"华南前汛期暴雨的非静力数值模拟和中尺度系统分析

为了对华南暴雨进行深入的数值模拟研究,在对1998年5月23～24日(简称“98．5”)华南暴雨进行天气分析的基础上,利用非静力中尺度数值模式MM5对该次暴雨过程进行了数值模拟。数值模拟结果和客观分析结果的比较表明,模拟结果可以再现造成暴雨的大、中尺度环流条件。造成此次暴雨的中尺度系统具有暖心高湿结构,高空辐散,低空辐合及对应的强上升运动和气旋性涡柱是造成这次暴雨的动力学机制,低空偏南气流对这次暴雨的产生和发展起着重要的作用。模拟的降水中心与观测的较接近,位置略偏南、偏西,雨量略小,但降水时段和雨区模拟较好。降水发生在喇叭口等有利地形;高低分辨率的地形资料对本次降水的模拟结果影响不大。     

绿洲内城镇气候效应的数值模拟

利用数值模式MM5探讨了绿洲内的城镇以及城镇进一步扩大后对绿洲小气候的影响,模拟结果显示：在边长约50 km的三角形绿洲内实际存在的远离绿洲中心的5 km×4 km的城镇,对绿洲小气候的影响较小;当城镇位于绿洲中心后,对绿洲小气候的影响将增强;城镇远离绿洲中心有利于绿洲的良性发展。当城镇范围扩大后,其对绿洲小气候的影响将变得明显,白天城镇上的辐合中心将减弱低层辐散的绿洲风强度,有利于绿洲周边荒漠暖干空气侵扰绿洲;向城镇辐合产生的上升运动,将使绿洲上的低层水汽向高空输送,加大水汽的损耗;绿洲内城镇的存在也升高了绿洲总体边界层高度,不利于水汽在低层的滞留;城镇的增大将不利于绿洲的良性发展。绿洲内的城镇增加相同的面积,横风向扩展城镇试验中城镇对绿洲冷岛效应的破坏强于城镇沿顺风向扩展。