西北植被覆盖对我国区域气候变化影响的数值模拟

使用美国ＮＣＡＲ区域气候模式ＲｅｇＣＭ２研究了西北植被覆盖面积变化对我国区域气候变化的影响。共设计了三组试验,即西北植被面积扩大试验,控制试验和植被面积缩小试验。     

干旱半干旱地区植被气候效应的数值研究

本文利用三维土壤－植被－大气耦合的区域气候模式研究了干旱半干旱地区植被状况发生变化的短期气候效应，着重分析植被对海平面气压场、近地层气温和湿度、土壤温度、边界层风速、局地环流以及地面能量平衡和转换关系的影响，结果可为人们制定合理的农业种植制度，开发和利用有限的生物资源，推广植树种草绿化工程建设，改善区域气候环境提供一定的科学依据。     

一个三维Monte-Carlo地气耦合辐射传输模式

建立了一个可靠和较高计算效率的三维Monte-Carlo地气耦合辐射传输模式(3DMC).该模式在光子释放和定位、地气耦合、辐射率高分辨模拟计算和计算效率等方面有所发展.     

IAP大气-植被耦合模式的建立及其模拟

为了充分理解气候与植被之间在不同时间尺度上的反馈作用,需要把动态植被模式耦合到气候模式里.本研究通过引进动态植被模式VEGAS(VEgetation-Global Atmosphere-Soil),在中国科学院大气物理研究所9层(IAP9L)气候模式的基础上,初步建立了一个新的IAP大气一植被耦合模式IAP9L_VEGAS.对该模式积分多年的结果分析表明:IAP9L_VEGAS可以较合理地模拟出植被生态系统生产力和植被、土壤碳库的总量及其季节变化,而且该模式模拟的叶面积指数的全球分布与观测资料十分接近.与未耦合动态植被模式的IAP9L模式模拟结果的比较表明:在非洲和南美等热带雨林地区,IAP9L_VEGAS模拟的叶面积指数比IAP9L中根据经验设置的大3.5以上,更接近观测;此外,IAP9L-VEGAS模拟的降水和近地面气温均较IAP9L更加接近观测实况.     

亚洲地区气溶胶及其对中国区域气候影响的数值模拟

使用一个耦合入化学过程的区域气候模式 (RegCM3), 在NCAR/NCEP再分析资料驱动下, 通过多年时间尺度的连续积分, 进行了亚洲区域气溶胶硫酸盐、 黑碳和有机碳的时空分布及其直接气候效应的数值模拟。首先对模式的模拟能力进行了检验, 结果表明, 模式能够较好地模拟中国地区气温和降水的分布, 对该区域气溶胶的时空分布有一定的模拟能力。模式模拟得到的气溶胶浓度分布在冬季南北差异较大而夏季较小。气溶胶浓度与其形成的大气层顶和地面负短波辐射强迫有较好的对应关系。四川盆地是气溶胶浓度及其产生的辐射强迫的高值区。气溶胶对地面气温和降水都产生影响。其中所引起的冬季气温降低, 与气溶胶的分布和浓度有一定的对应关系, 但夏季引起的降温中心位于河套及黄河下游地区。气溶胶使得冬季和夏季中国东部大部分地区的降水减少。同时, 对气温和降水上述变化的原因进行了讨论。     

一维地气耦合模式及其在内蒙古草原的应用

本文以内蒙草原大气边界层观测资料为基础，利用一个一维土壤—植被—大气模式对大气和地表进行耦合模拟。其中，地面过程采用NP89模式进行模拟，大气湍流参数化采用二阶闭合。运用观测与前人的研究成果对模拟结果的合理性进行验证，对比表明模式较好地解决了地表与大气的耦合，成功地对地表平坦的草原下垫面大气边界层进行模拟。分析表明，在半干旱内蒙草原草的生长季后期雨季８月，潜热通量占主导地位，最大可超过感热250 W/m2；在内蒙高原云的作用比较明显，影响不可忽略，模式对云的作用比较敏感。     

长江中下游地区城市化进程中地表植被变化气候效应的数值模拟

利用高分辨率区域气候模式RegCM3,对长江中下游地区城市化进程中土地利用的变化引起的地气能量交换和水份收支改变的气候效应进行模拟研究.结果表明:下垫面由农田变为城市后近地层大气水汽含量减小,气温升高.但增温幅度存在明显的时空差异,总体而言西部高于东部、夏季高于冬季.对能量平衡的各因子的分析表明,因地表水份蒸发引起的潜热释放减少是地表温度增加最主要的原因.流场差异场的特点是以试验区域为中心,低层呈气旋性而高层呈反气旋性环流,这种结构特征有利于试验区域以外中低层大气以补偿性平流的形式流入试验区,补充地表水份损失,导致退化试验和控制试验相比低层云水量减少而中高层云水量增加.受环流场和水汽场异常的共同影响,夏季试验区域西部平均降水减少而东部增加.绿化试验和过渡试验结果则表明,当城市绿化面积超过50%时,能够有效地减小城市化进程对局地气候的影响.     

一维地气耦合模式及其在内蒙草原的应用

本文以内蒙草原大气边界层观测资料为基础，利用一个一维土壤一植被一大气模式对大气和地表进行耦合模拟。其中，地面过程采用ＮＰ８９模式进行模拟，大气湍流参数化采用二阶闭合。运用观测与前人的研究成果对模拟结果的合理性进行验证，对比表明模式较好地解决了地表与大气的耦合，成功地对地表平坦的草原下垫面大气边界层进行模拟。分析表明，在半干旱内蒙草原草的生长季后期雨季８月，潜热通量占主导地位，最大可超过感热２５０Ｗ／ｍ２；在内蒙高原云的作用比较明显，影响不可忽略，模式对云的作用比较敏感。     

夏季我国高原植被气候效应的数值研究Ⅰ: 模式及降水、流场的效应

在颜宏模式中加入植被参数化方案，并将全国植被划分成１０类，模拟了不同土壤湿度条件下７月高原有、无植被的气候场，发现两者差异较大。在土壤湿度正常时，有植被比无植被情况下四川南部、高原及江淮、东北地区日雨量增加１ｍｍ左右，云贵高原为减雨区达－１～－２ｍｍ·ｄ－１。通过不同土壤湿度控制试验，发现在特定的湿度条件下，植被对降水有增强作用。６００ｈＰａ等压面的流线场差值分布大致与降水场差值相对应     

区域气候模式与陆面模式的耦合及其对东亚气候模拟的影响

将大气—植被相互作用模式AVIM（Atmosphere-Vegetation Interaction Model）与区域环境系统集成模式 RIEMS2.0（Regional Integrated Environment Modeling System Version 2.0）耦合,利用耦合后的AVIM-RIEMS2.0模式在东亚区域选定典型年份进行积分试验,通过模拟结果与观测资料对比分析,从整体上评估耦合模式对东亚区域的模拟能力。结果表明:模式能够较好地模拟850 hPa风场、500 hPa位势高度、气温、降水以及地表热通量空间分布型和季节变化。双向耦合具有动态植被过程的AVIM模式后,RIEMS2.0模拟能力有一定程度的提高。850 hPa风场在冬季的中国东北、华北地区以及夏季的中国东部地区,模拟偏差都减小;500 hPa高度场模拟在中国北方地区改进明显,而在中国南方地区的夏季并没表现出明显的改进趋势。耦合模式改进了RIEMS2.0模式冬季气温模拟偏低而夏季偏高的现象。从区域平均看,耦合模式改善了降水模拟偏多的现象,并使得潜热通量的模拟效果有明显的改进,对感热通量模拟在大部分地区也有改进。总的来看,AVIM-RIEMS2.0耦合模式对中国北方地区模拟改进较为明显,而对中国南方地区,特别是华南地区没有明显的改进。     

黄土高原植被改变对夏季当地气候影响的数值模拟

利用2003年6、7月份的资料及中尺度模式MM5V3.5,对当年夏季黄土高原地区的温度场和湿度场进行了模拟分析,结果表明:黄土高原地区植被覆盖改善,将使得当地夏季平均气温、地面温度降低,气温减小的最大值出现在植被改变的中心区域,最大值为0.6℃,其周边地区温度也是普遍降低的,而地面温度变化大于气温。这种变化主要发生在白天,夜间气温和地温的变化相对较小,夜间,平均地温甚至略有升高。在植被改善的地区,夏季平均气温和平均地温日较差均减小。植被覆盖改善后,空气湿度在白天和夜间均明显增加,白天增加量大于夜间,而影响范围则小于夜间。     

植被退化对青藏高原冬夏季气候影响的模拟研究

利用区域气候模式RegCM3,模拟分析了青藏高原地区植被退化对自身及周边地区气候产生的影响。结果表明：植被退化后,在退化区域冬夏季地表温度明显升高,最大增值2℃,而外围则温度降低,量值为-0.5℃～-1℃。夏季气温的变化趋势与地表温度类似,但量值较小,冬季退化区气温增加范围较大。夏季退化区湿度和降水增大,增加值分别达到0.6g/kg和35mm/month;退化区外围降水减少,外围西部及北部地区湿度减小,中心值为-0.4 g/kg。在冬季,湿度稍有减小,主要分布在西藏地区和青海、四川的交界处。     

用IAP/LASG GOALS模式模拟CO_2增加引起的东亚地区气候变化(英文)

用一个全球耦合的海洋──大气──陆地系统模式（ＩＡＰ／ ＬＡＳＧ ＧＯＡＬＳ）研究因 ＣＯ２增加引起的全球增暖,重点是讨论东亚地区气候变化。完成了两个试验,一个是ＣＯ２含量保持不变的对照试验,一个是ＣＯ２浓度按每年１０％增加的扰动试验。结果表明,在对照试验中没有出现气候漂移,在ＣＯ２含量加倍时全球平均地面气温将增加１．６５℃。ＧＯＡＬＳ模式能较好模拟观测的东亚温度和降水的空间分体和年循环,但模拟的年平均温度略偏低、年降水稍偏大。在ＣＯ２含量加倍时,东亚地区温度和降水将分别增加２．１℃和５％,最大增温出现在中纬度大陆上,最大的降水增加出现在２５°Ｎ附近。     

青藏高原植被指数最新变化特征及其与气候因子的关系

利用GIMMS/NDVI(全球库存模拟和影像研究/归一化植被指数,Global Inventory Modeling and Mapping Studies,Normalized Difference Vegetation Index)和MODIS/NDVI遥感数据以及青藏高原6个气象代表站的站点数据,结合多种统计和计算方法,分析了青藏高原植被NDVI变化规律及其影响因子。结果表明:1982~2013年青藏高原多年平均植被NDVI的空间分布存在明显的区域差异,总体上呈从东南向西北递减的趋势,而且发现不同地区植被的时间变化规律也不尽相同。根据高原长势最好的6~9月植被NDVI进行经验正交分解,将青藏高原植被分为5个区,并进一步分析了不同分区内植被的变化规律,得出:青藏高原植被NDVI下降最明显的区域在二区的噶尔班公宽谷湖盆地地区和北羌塘高原地区,植被NDVI上升最明显的区域在四区的祁连山东部地区。为了探讨青藏高原不同分区内影响植被NDVI下降的因子,从青藏高原二区、四区、五区各选取NDVI处于下降趋势的两个代表站点。研究分析了各个站点植被NDVI与降水量、平均气温、平均最低气温、平均最高气温、日照百分率5个气象因子的关系,得出:在高原二区日照强度是其它分区的两倍左右,而降水量相对较少导致植被NDVI降低。高原四区由于降水量小、温度高、日照强,导致植被NDVI处于下降趋势;在青藏高原五区虽然降水充足,但日照较弱,限制了植被的正常成长导致NDVI处于下降趋势中;其结果为高原植被退化机制研究及高原植被对大气反馈等奠定了基础。     

非均匀下垫面局地气候效应的数值模拟

使用美国NCAR非静力平衡模式MM 5V3,模拟了黑河地区非均匀下垫面局地小气候效应 ,再现了山谷风环流及夏季“绿洲效应”、沙漠上的“逆湿”和由于地表热力分布不均匀引起的绿洲—沙漠垂直环流等绿洲—沙漠相互作用的典型特征 ,较全面地揭示了非均匀地表大气边界层内的风、温、湿度场与陆面相互作用的物理机理 ,验证了野外实验的结果     

海气耦合气候模式的依时解

运用量子力学方法,精确地求出了海气耦合随机-动力模式的依时解。对依时解的分析表明：当气候系统处于基态时,系统的行为呈布朗运动形式,由此从理论上证明了Hassel-mann关于随机气候模式建立的立足点。当系统处于第一激发态时,系统运动呈随时间衰减的形式;在一定条件下则为周期振荡,主周期长度为2.3年。最后将结果用来讨论二氧化碳浓度倍增时的气候影响。     

中国中东部地区硫酸盐气溶胶直接辐射强迫及气候效应的数值模拟

分析了MODIS卫星资料反演的2001年我国中东部地区气溶胶光学厚度的时空分布特征,并利用中尺度数值模式MM5对该地区硫酸盐气溶胶的直接辐射强迫及其气候效应进行了模拟。结果表明：2001年四川盆地、长江中下游地区、黄淮一带及两广等地区气溶胶光学厚度较大。各季光学厚度变化不同,全年以春季最大。地面温度响应呈现出明显的区域季节变化特征,主要表现为冬、春、秋季南方降温幅度明显,夏季北方降温幅度明显。就区域平均而言,2001年中东部地区晴空时气溶胶辐射强迫以春季最大,达-34.53 W/m2;夏季次之,达-22.76 W/m2;冬季再次,达-22.57 W/m2;秋季最小,达-20 W/m2。地面降温则以冬季最大,达-0.65℃;秋季次之,达-0.37 ℃;春季再次,达-0.34 ℃;夏季最小,达-0.09 ℃。     

改则地区气候变化对植被生理过程的影响及反馈效应的模拟研究

利用1997年10月1日至1998年9月30日设置在青藏高原西部改则的自动气象站观测资料作为强迫场,采用大气-植被相互作用模式(AVIM)对改则地区气候变化对植被生长过程的影响及反馈效应进行了模拟研究。结果表明,AVIM模式对青藏高原西部陆面过程具有一定模拟能力,能够较真实地模拟出地表特征量的变化特点。通过敏感性试验发现,青藏高原气候变化对植被生理生长过程有明显影响:降水增加有利于植被生长,尤其在雨季最为明显,其他季节无太大变化;气候变暖对植被生理过程的综合作用是植被净光合作用的变化,即春季增强,夏季减弱,秋季和冬季变化不大;"暖湿化"对高原植被生态系统的影响主要是春季和夏季植被活动增强,尤其春季最为明显。植被物理特性参数可以在相当大程度上改变陆面过程,进而导致高原热源发生变化,因此,为准确估计地表能量收支,对模式陆面参数进行深入研究是必要的。