城市化对江苏气候变化影响的数值模拟个例分析

利用MM5模式对2003年夏季6、7两个月典型区域气候极端事件进行数值模拟,研究城市化急剧扩张对区域气候极端事件的影响和可能机制.研究发现:苏南及邻近地区城市化区域的扩张,会引起区域降水分布的变化.在城市化区域,降水将减少,而在城市化的下风区会有局地的降水增加;同时,在苏南城市化区域中,太湖等湖泊的影响也很重要,会加强其邻近地区局地降水强度.城市化区域的地面气温有明显的上升,对高温天气的作用更大.城市化也会影响地面风场,阻挡穿越城市化区域的风;苏南沿海城市化区域扩张,会使海陆风环流增强,加大了海面向陆面的风.城市化区域的潜热通量明显减少,而感热通量显著增加.城市化增暖产生的局地热源,使城市化区域及邻近地区局地环流发生变化,增强了低层城市化区域向周边辐散的强度.随着高度的增加,城市化的影响也越来越小.     

成都城市化发展对局地气候的影响

为研究成都地区城市化对局地气候的影响,利用新一代中尺度数值模式WRF,将不同时期下垫面土地利用类型作为控制试验和敏感试验的模拟条件,探讨了下垫面改变对成都市夏季和冬季城市化效应的影响。结果表明：城市下垫面对夏季中心城区的地表气温升高有显著影响,敏感性试验表明,下垫面的改变引起成都地区夏季28℃以上的高温区域扩大并向东北和西南扩张,且城区的外扩导致周边区域地表气温升高。冬季成都地区常为多云天气,能到达地面的太阳辐射较夏季大大减小,城市化导致的升温作用没有夏季显著。城市化作用使城市上风区降水量以减少为主,下风区降水量以增多为主,城市化使得发生强降水的概率增加,并且强降水在空间分布上更集中在城市下风区。     

长三角城市群下垫面变化气候效应的模拟研究

利用法国动力气象实验室发展的高分辨可变网格大气环流模式LMDZ,分别通过LMDZ的高分辨可变网格区域版及其全球版模式的数值模拟,研究长三角城市群下垫面变化带来的夏季气候效应,并尝试探讨大尺度环流的响应.其中LMDZ高分辨区域模式的模拟结果表明长三角城市群下垫面变化可导致夏季长三角地区接受的净辐射明显增加,感热通量上升,潜热通量下降,引起局地地表温度显著上升.同时西太平洋副热带高压西伸北抬控制长三角地区,反气旋性水汽通量异常,导致该地区降水异常减少.进一步对LMDZ全球模式的模拟结果分析,发现长三角城市群下垫面变化可能会引起大气基本模态的变化,进而引起南北半球中高纬异常波列结构的出现.     

城市化进程对北京区域气象场的影响模拟

城市化所导致的下垫面的改变会直接影响局地气象。根据北京城市测绘院提供的北京市楼房建筑平均高度资料,利用中尺度数值模式(MM5V3)模拟了城市化进程引起的气象效应,并与奥林匹克公园站等6个地面观测资料进行了比较。结果表明:MM5V3可以很好地模拟下垫面类型改变导致的气象效应,城市升温效果获得了较好的体现,风速模拟值减小,风向的模拟得到较明显的改善,气压和风速的统计偏差也明显减小。分析结果还揭示了稳定天气条件下北京地区气象场的模拟及实时预报必须考虑精细化的地形及下垫面状况。     

中国东部不同区域城市群下垫面变化气候效应的模拟研究

本文利用法国动力气象实验室发展的大气环流模式(LMDZ)对珠江三角洲(简称珠三角)、长江三角洲(简称长三角)和北京市、天津市、河北省区域(简称京津冀)城市群下垫面变化的东亚气候进行模拟试验, 以探讨不同区域城市群下垫面变化带来的夏季气候效应及其可能机制, 结果表明:珠三角、长三角和京津冀城市群下垫面类型改变后, 地表潜热蒸发显著减少, 为了平衡地面能量收支, 地面温度升高, 进而感热通量、地表有效长波辐射增强, 地表通过升温对能量进行再分配和再平衡, 且下垫面改变引起的温度、地表能量变化基本集中于城市群下垫面变化区域, 温度响应具有显著的局地性;对比不同区域城市化温度响应的强弱, 发现各区域地表气温变化和能量变化存在较好的对应关系, 长三角、珠三角城市群的总能量变化远高于京津冀城市群, 其局地增温也是京津冀城市群的一倍以上;局地温度增加, 虽有利于低层形成热低压, 出现明显上升运动, 但蒸发减弱使局地水汽明显减少, 最终导致降水减少, 表明水汽条件改变是降水减少的主要因素。同时由于中国东部高层呈现南正北负的异常变化, 西太平洋副高加强西伸, 使降水减少区域并没有集中在局地, 特别是东部城市带试验中, 出现了东部地区大范围的降水偏少。     

城区下垫面特征对成都地区一次暴雨过程影响的数值模拟

利用NCEP/NCAR再分析资料对成都地区的一次区域性暴雨过程进行了诊断分析,并利用WRF模式对暴雨过程中城市下垫面的可能影响进行了敏感性试验。结果表明,WRF模式能较好地模拟出这次暴雨过程。改变城区下垫面特征后,与控制试验相比,敏感性试验的暴雨落区变化较小,强降雨中心面积有所增加,对四川盆地东部丘陵山区的温度增加影响...     

东北农田扩张对气候影响的数值模拟

基于1990、2005年两期不同土地利用/覆盖资料,利用区域环境集成模拟系统(RIEMS2.0)分别进行2次连续15年数值模拟,探讨东北土地利用/覆盖变化对气候的影响,分析集中于气温和降水等要素变化上,并对结果进行统计显著性检验。结果表明:(1)东北农田扩张后,东北夏季和冬季平均气温降低,降水减少,并且农田面积扩张的范围越大,气温变化幅度也越大。在夏季,黑河西部、呼伦贝尔南部部分地区降温超过0.5°C,并通过显著性检验(P0.05),大兴安岭南部、黑河西部等地区夏季降水减少20%左右,其中产生减少的大部分区域通过显著性检验(P0.05)。(2)东北农田扩张通过影响潜热通量的变化和净吸收辐射通量的变化来影响气温的变化,其中东北南部土地利用/覆盖类型变化主要表现为短草类型转变为农田类型,这使得夏季蒸散发增加,潜热通量增加,气温降低。(3)东北农田扩张也影响大气环流场的变化,并与降水的变化有密切的关系。辽宁西部和东北北部部分地区夏季蒸散发增加,大气中水汽增加,但是由于大气环流场变化,降水在这两个地区并未增加。     

城市化发展对气象要素的影响

为了探讨城市化对城市区域气象环境的影响程度，以辽宁中部城市群为试验区域，选取一个冬季的重污染过程，利用中尺度数值模式MM5进行了数值模拟研究。研究发现，MM5能够比较细致地反映出城市化对区域气象环境的影响。结果表明：城市化发展对于地表状况的影响使得近地面风速、比湿减小，温度升高，同时会导致逆温现象加剧，恶化局地气象条件。     

植被变化对中国区域气候影响的数值模拟研究

用高分辨率区域气候模式(RegCM-NCC)模拟了中国区域植被发生改变后引起的局地或区域气候变化。结果表明:大范围区域植被变化对区域降水、温度的影响非常显著,内蒙古地区土地荒漠化可导致中国北方大部分地区降水减少,尤其加剧了华北、西北地区的干旱,西北地区绿化有利于黄河流域降水增加,而长江流域和江南地区降水却有不同程度的减少,因此可在一定程度上减少这里的洪涝灾害;气温的变化比降水更显著,植被退化使当地气温明显升高,使中、低层大气变得干燥,近地层风速加大,而植树造林却使当地及周围地区冬偏暖、夏偏凉,大气变得湿润,近地层风速减小,有利于在一定程度上减少沙尘暴的发生。另外,植被变化对东亚冬、夏季风强度也有一定程度的影响,从而影响到中国东部地区降水的分布和冬季低温、冷害事件发生的强度。     

城市化对南京气候影响的数值模拟研究

利用MODIS下垫面资料和NCEP-FNL再分析资料,采用四层嵌套,通过WRF(Weather Research and Forecasting Modeling System)模式,模拟研究了城市化对南京气候的影响。结果表明:城市土地利用类型的改变使下垫面热力、动力属性发生改变,影响了地表与大气之间的动量和热量交换,进而对局地气候特征产生影响。城市化后南京城市热岛效应明显增强,1月和7月2m气温有明显增加的趋势,边界层高度分别增加了约60m和180m 。土地利用类型改变使地表粗糙度增加,1月和7月地面风速分别减小了1.1m·s^-1和0.7m·s^-1 ,并且地面辐合得到加强。城市化使城市地区的中雨和大雨发生概率增加而小雨发生概率减少,中雨和大雨天数最大分别增加约8天和4天。     

不同下垫面数据和城市冠层参数化方案对江苏气温影响的个例分析

利用中尺度数值模式WRF,分别选用新旧两种下垫面资料和不同城市冠层模型设计试验,以江苏一次秋末高温天气个例(2014年11月20—21日)为背景,研究城市化进程对气温的影响和可能机制。将模式结果与江苏国家气象观测站和地面加密区域自动站观测资料进行对比,并分析3组试验结果发现:(1)采用BEP城市方案对2 m气温、2 m相对湿度和10 m风速等物理量的日变化模拟最优。(2)相比USGS数据,MODIS较新地表覆盖变化数据能更真实反映研究区域当前地表类型分布情况,且能提高近地面风温湿要素空间分布的模拟。(3)分析不同试验模拟的地表能量平衡过程差异,发现相比UCM单层城市冠层方案,BEP多层城市冠层方案在白天能更好模拟出城市地区的温度升高以及相对应的地表感热通量和地面热通量的增加。     

区域气候模拟研究

区域气候模拟是近几年发展起来的研究有限区域气候及气候变化的方法。由于区域气候模式较好地表示了地形和地表状况,同时包含较详细的陆地过程方案,因而能捕获许多大气环流模式难以分辨的区域尺度温度、降水分布和土壤水分变化特征。此外,区域气候模拟对于了解温室气体强迫可能导致的全球增暖在区域尺度上的特征及生态、环境效应也具有重要的意义。该文总结区域气候模式和模拟试验结果,并指出存在问题及今后研究的重点。     

气候变化对东亚沙尘气溶胶影响的数值模拟

使用RegCM3-dust区域气候模式,单向嵌套MIROC3．2-hires全球模式输出结果,在IPCCA1B温室气体排放情景下,对中国及东亚地区进行了当代（1991年-2000年）和未来（2091年-2100年）水平分辨率为50km的气候以及沙尘气溶胶数值模拟试验。结果表明,模式对中国地区地面气温、降水和东亚沙尘气溶胶空间分布模拟较好。未来东亚沙尘气溶胶年平均起沙通量增加2％,其中12月-3月由于地表积雪量的减少而增加,4月-11月由于10m风速的减小而减少,不同强度的强起沙事件同样12月-3月增加,4月-11月减少。年平均沙尘气溶胶柱含量增加14％,其中3月-5月和8月略减少,其它月份增加。沙尘气溶胶引起地面（SRF）负辐射强迫和沙尘源区大气顶（TOA）正辐射强迫、下游地区TOA负辐射强迫,受沙尘气溶胶辐射强迫的影响,地面起沙通量和柱含量减少。     

RegCM4区域气候模式对新疆地区冬季地表状态的模拟分析

利用区域气候模式Reg CM4.3(Regional Climate Mode version 4.3)对新疆地区冬季的地表状态进行了模拟分析,通过与ERA40再分析资料的对比分析发现,温度分布形势模拟较好,地面热力状态受地形影响显著,陡峭地形附近由于热性质差异大和非均匀性强会导致较大模拟误差;模式较好模拟出降水和潜热通量北疆多南疆少,山区多盆地少的分布特征,模拟出通过反照率影响,地表吸收的短波辐射呈现出沙漠腹地吸收多而天山地区吸收少的分布,对北疆呈感热通量汇而南疆呈感热通量源的感热分布形势也模拟较好;模拟的雪水当量与降水分布有较好的一致性,春季融雪径流与冬季雪水当量分布及降水均有较好的对应关系。通过模拟分析也发现,现有方案实际感热通量计算中以地面温度代替地面位温,造成感热通量偏小,因此会低估南疆感热源效应和高估北疆感热汇效应。此外,积雪量和地面温度模拟偏高可能是春季北疆主要积雪区径流偏强的原因。     

气候变化中下垫面作用的数值模拟

本文利用一个三维数值模式,对下垫面在气候变化中的作用进行了数值模拟.共做了两个均一土壤下垫面试验和一个非均一土壤下垫面试验.结果表明,东半球夏季季风气候区的基本气候特征,主要是由海陆分布和大地形的影响所产生.但是,细致的气候特征却受下垫面土壤物理性质和初始湿度的很大影响.而且,通过环流系统的相互作用,除对本地区天气气候产生影响外,还会影响周围地区.非洲撒哈拉大沙漠的形成很可能是长期受到海陆分布及高原地形所造成的基本气候场作用的结果.     

火山活动对气候影响的数值模拟研究

文章系统地总结了火山活动对气候影响的数值模拟研究，主要结论如下:近百年至千年的气候变化和火山活动关系密切，强火山喷发可造成平流层4℃以上的增温和地表年、月平均温度约0.4℃、1℃的下降。地表温度下降的时空分布受许多因素的影响，如火山喷发特征（包括喷发位置、季节、强度等）；海陆分布；火山气溶胶的光学特性；及其由直接辐射强迫引起的经向潜热输送的变化等等。同时还回顾了1991年皮纳图博喷发的有关研究及其对全球气候的可能影响的数值模拟工作。