Numerical study of a downslope windstorm in Northwestern Greece

This paper describes the leeside wind storm of 25–26 March 1998, the most intense wind storm of the last decade in Northwestern Greece. This wind storm produced wind gusts of  30 m s^− 1 that resulted in tree uprooting, roof damaging, electric power network disruption and flooding in the lake-side areas of Ioannina city in Northwestern Greece. With the aim to identify the role of Mountain Mitsikeli near the city of Ioannina on the windstorm and to investigate the physical mechanisms responsible for such orographically induced weather events, numerical simulations with MM5 model have been performed. The model results showed that a resolution of 2-km resolution is necessary in order to reproduce the localized character of the wind storm. The analysis revealed that a synergistic combination of the cross-barrier northeasterly flow, the stable layer above the mountain top and the presence of a critical level, led to the intensification of the lee side winds during the studied wind event. Sensitivity experiments with modified topography, further supported the important role of mountain Mitsikeli that stands as an isolated obstacle, on the modification of the wind field during the observed windstorm.     

一种确定地表粗糙度的独立方法

本文提出一种只用单一超声风温仪的平均风速和湍流量测定值确定地表空气动力学粗糙度的方案.该方法经Kansas实验资料验证,效果甚好,由5.66m和22.6m两层超声风温仪数据计算的z_0彼此一致,并且完全符合风速廓线确定的数值.将其用于确定HEIFE实验区平坦戈壁滩的地表粗糙度,1988年和1990年两批数据的估值结果大致相符,z_0分别为1.5×10~(-3)m和1.1×10~(-3)m.由精细风廓线观测发现该地z_0=1.2×10~(-3)m,证实了所建议的方法和z_0估值的可靠性.     

The climatic impacts of land surface change and carbon management, and the implications for climate-change mitigation policy

Strategies to mitigate anthropogenic climate change recognize that carbon sequestration in the terrestrial biosphere can reduce the build-up of carbon dioxide in the Earth’s atmosphere. However, climate mitigation policies do not generally incorporate the effects of these changes in the land surface on the surface albedo, the fluxes of sensible and latent heat to the atmosphere, and the distribution of energy within the climate system. Changes in these components of the surface energy budget can affect the local, regional, and global climate. Given the goal of mitigating climate change, it is important to consider all of the effects of changes in terrestrial vegetation and to work toward a better understanding of the full climate system. Acknowledging the importance of land surface change as a component of climate change makes it more challenging to create a system of credits and debits wherein emission or sequestration of carbon in the biosphere is equated with emission of carbon from fossil fuels. Recognition of the complexity of human-caused changes in climate does not, however, weaken the importance of actions that would seek to minimize our disturbance of the Earth’s environmental system and that would reduce societal and ecological vulnerability to environmental change and variability.     

东疆黑戈壁陆面过程参数及陆面模式离线模拟

新疆东部黑戈壁气候恶劣、人迹罕至,是具有黑色砾石下垫面的生态脆弱区。利用东疆哈密戈壁陆气相互作用站2018年全年观测资料,给出该戈壁地表动力学与热力学粗糙度、比辐射率和地表反照率等陆面过程特征参数,并将这些参数代入Noah模式对该戈壁热通量、地表温度及土壤温湿度进行模拟。结果表明：（1）东疆黑戈壁下垫面动力学粗糙度为1.13×10-3 m,热力学粗糙度为0.32×10-3 m,比辐射率为0.905。（2）地表反照率日变化呈早晚高,中午低的“U”型曲线。12月因地面积雪,反照率最高,年内极大值出现在12月8日,为0.79,年均反照率为0.29。地表反照率关于太阳高度角的参数化方案为：α=0.78-0.47×(1-e^((-h)/1.12)),地表反照率关于5 cm土壤湿度的参数化方案为α=0.28-0.136w_s。（3）将改进后的陆面过程参数带入Noah模式,大大提高了模式在戈壁区域的模拟能力。     

土壤热异常影响地表能量平衡的个例分析和数值模拟

The statistical relationship between soil thermal anomaly and short-term climate change is presented based on a typical case study. Furthermore, possible physical mechanisms behind the relationship are revealed through using an off-line land surface model with a reasonable soil thermal forcing at the bottom of the soil layer.In the first experiment, the given heat flux is 5 W m-2 at the bottom of the soil layer (in depth of 6.3 m)for 3 months, while only a positive ground temperature anomaly of 0.06℃ can be found compared to the control run. The anomaly, however, could reach 0.65℃ if the soil thermal conductivity was one order of magnitude larger. It could be even as large as 0.81℃ assuming the heat flux at bottom is 10 W m-2. Meanwhile, an increase of about 10 W m-2 was detected both for heat flux in soil and sensible heat on land surface, which is not neglectable to the short-term climate change. The results show that considerable response in land surface energy budget could be expected when the soil thermal forcing reaches a certain spatial-tem poral scale. Therefore, land surface models should not ignore the upward heat flux from the bottom of the soil layer. Moreover, integration for a longer period of time and coupled land-atmosphere model are also necessary for the better understanding of this issue.     

土地利用变化对城市积涝的影响研究——以南京市浦口区为例

我国城市化发展加快,更容易产生城市内涝灾害,城市内涝已经成为必须面对和解决的"城市病"。本研究选取快速城镇化过程中的南京市郊区——浦口区,利用遥感技术解译1981—2010年中7个时期的土地利用变化的情况,并且选取2014年9月28日降水过程,使用SCS产流模型与平面二维非恒定流胜维南方程模拟不同时期土地利用情景下浦口区的积水情况,定量分析土地利用变化对城市内涝的影响。结果表明,随着城市化的发展,耕地的减少,居住用地和交通用地等硬化地迅速增加,积水面积呈增大的趋势,即:城市化加大了城市积涝的风险。     

Impact of land use changes on surface warming in China

Land use changes such as urbanization, agriculture, pasturing, deforestation, desertification and irrigation can change the land surface heat flux directly, and also change the atmospheric circulation indirectly, and therefore affect the local temperature. But it is difficult to separate their effects from climate trends such as greenhouse-gas effects. Comparing the decadal trends of the observation station data with those of the NCEP/NCAR Reanalysis (NNR) data provides a good method to separate the effects because the NNR is insensitive to land surface changes. The effects of urbanization and other land use changes over China are estimated by using the difference between the station and the NNR surface temperature trends. Our results show that urbanization and other land use changes may contribute to the observed 0.12℃ (10 yr)- 1 increase for daily mean surface temperature, and the 0.20℃ (10 yr)- 1 and 0.03℃ (10 yr)-1 increases for the daily minimum and maximum surface temperatures, respectively. The urban heat island effect and the effects of other land-use changes mayalso play an important role in the diurnal temperature range change. The spatial pattern of the differences in trends shows a marked heterogeneity.The land surface degradation such as deforestation and desertification due to human activities over northern China, and rapidly-developed urbanization over southern China, may have mostly contributed to the increases at stations north of about 38°N and in Southeast China, respectively. Furthermore, the vegetation cover increase due to irrigation and fertilization may have contributed to the decreasing trend of surface temperature over the lower Yellow River Basin. The study illustrates the possible impacts of land use changes on surface temperature over China.     

塔克拉玛干沙漠地表发射率及分布变化特征

通过利用便携式傅立叶变换热红外光谱仪,对冷热黑体辐射和漫反射金板辐射校正,测量波长在8–14 μm的热红外大气窗口的地表辐射光谱,计算出地表的发射率光谱,再转换成地表的发射率值(ε)。为获得塔克拉玛干沙漠精确的ε,沿着沙漠公路,从南至北穿越沙漠,平均每50 km进行一次测量,获得了沙漠地表发射率的分布变化特征。结果表明：靠近绿洲的地表发射率值最高,达到0.93,绿洲与沙漠过渡带的值为0.91–0.92,沙漠其它地区的值为0.90–0.91,而沙漠中心区接近0.89。     

黄土高原自然植被下垫面陆面过程参数研究

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站的观测资料,分析了黄土高原自然植被下垫面陆面过程相关物理参数.研究了总体输送系数的不同季节平均日变化和频率分布特征,考察了地表粗糙度的变化趋势以及降水的影响.降水正常年份的总体粗糙度为0.009 m,偏干年份总体粗糙度为0.006 m,月平均粗糙度变化与正常年份相比较为平缓,降水通过增加植被覆盖和生长高度,使地表粗糙度增大.对总体输送系数与粗糙度以及总体理查森数的关系分别进行了讨论,在中性层结下黄土高原地区动力输送作用占主导地位,发现动量总体输送系数和奈曼流动沙丘下垫面很接近,而感热输送系数与戈壁下垫面接近.分析了反照率和太阳高度角以及土壤湿度的关系,并拟合得到以这两个物理量为因子的参数化公式.总体上,黄土高原自然植被下垫面的反照率比敦煌荒漠小,而大于长白山松林下垫面,这与3个地区植被覆盖和土壤质地的不同有关.通过对参数化公式模拟效果的检验,发现低太阳高度角下的反照率对土壤湿度和太阳高度角以外的其他因素敏感,而对应高太阳高度角的反照率受土壤湿度和太阳高度角的控制较强.最后,计算了土壤热传导率和热扩散率等土壤热力参数,相同湿度的热传导率比敦煌荒漠要大,并拟合得到热传导率以土壤湿度为自变量的参数化公式.     

二层模式中小地形对于气压跳跃形成的初步研究

应用地面观测站、ERA5再分析资料和高分辨率的WRF模式分析了一次美国博尔德（Boulder）的强下坡风事件, 此次强下坡风暴爆发的机制是高空急流带断裂导致动量下传到背风坡山脚处。进一步分析表明,强下坡风的爆发与天气尺度系统高压脊过境及局地的背风坡重力波有关。在焚风的作用下,背风坡持续变暖导致重力波加强并转竖,侵蚀对流层顶的急流带,最终导致急流带断裂,高空动量下传至地面,强下坡风暴在背风坡爆发。

     

土地利用城市化对珠三角炎热天气的影响.

土地利用类型的变化对MM5模拟结果的准确性有着重要的影响。不同的土地利用类型,有着不同的地表粗糙度,反照率,热容量,有效湿度等,从而产生不同的模拟地面热通量及地面水汽通量,并通过垂直方向的湍流输送,影响到高空气象场的模拟结果。利用2001年卫星遥感土地类型等数据,对MM5系统旧的24类全球土地利用数据在珠三角区域进行了更新;通过把珠三角地区的土地利用设为常绿阔叶林和城市两种不同类型的敏感性模拟测试,可以看到土地利用的变化,对温度、风场等气象场的模拟结果影响较大;通过1993年和2001年土地利用情况下的模拟气象场及与观测数据的对比分析可以知道,采用新的土地利用类型可以较好地改进MM5气象场模拟结果的准确性,土地利用的城市化趋势会造成城市密集地区地表温度升高,水汽混合率降低。     

陆面模型Noah-MP的不同参数化方案在沙漠区域的适用性研究

为研究陆面模型Noah-MP在沙漠下垫面的最优参数化方案组合,本文利用中国气象局塔克拉玛干沙漠气象野外科学试验基地观测数据,根据沙漠环境特征进行不同参数化方案组合的三组模拟实验,利用观测数据对10 cm土壤温湿度、感热、潜热通量模拟值对比分析得出最优组合。研究表明:第三组对10 cm的土壤温度模拟效果最好,主要原因是Chen97感热交换系数和全网格二流近似(gap=0)辐射传输方案比较符合沙漠的环境特征。三组试验对土壤湿度模拟效果差,其主要原因是沙漠的土壤信息未能体现在模式中,第二组选择CLM方案对土壤类型影响蒸发方面有一定考虑,其模拟结果相对较好。对于感热通量,第一、二组模拟值在波峰存在高估,尤其是第二组模拟值在降水后出现了明显低估情况,第三组模拟效果最好,主要得益于选择了感热交换系数Chen97方案,能够较为真实的刻画Ch变化特征。潜热通量在四个特征量中模拟效果最差,主要原因是沙漠土壤水分极低,观测降水和实际进入土壤的水量有差异,另外没有植被和植物根系,模式无法准确计算土壤蒸发和植被蒸散。根据统计分析和泰勒图可知,第三组能够更好地还原沙漠区域的陆面过程。     

Simulation of the asian monsoon by IAP AGCM coupled with an advanced land surface model (IAP94)

ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＡｓｉａｎＭｏｎｓｏｏｎｂｙＩＡＰＡＧＣＭＣｏｕｐｌｅｄｗｉｔｈａｎＡｄｖａｎｃｅｄＬａｎｄＳｕｒｆａｃｅＭｏｄｅｌ（ＩＡＰ９４）ＺｅｎｇＱｉｎｇｃｕｎ（曾庆存）,ＤａｉＹｏｎｇｊｉｕ（戴永久）ａｎｄＸｕｅＦｅｎｇ（薛峰...     

陆面过程中冠层四流辐射传输模式的模拟性能检验

利用实际观测资料检验新发展的植被冠层四流辐射传输模式的模拟性能.将浙江大学田间观测数据用于模式试验,其结果表明:在可见光波段,因叶片散射率值较小,四流模式和二流模式模拟结果差别不大,模拟的冠层反照率都接近观测值.这表明在可见光波段,二流模式已经能够较好模拟芯层反照率,四流模式能够提高的精度范围有限;在近红外波段,因叶片散射率值较大,两个模式模拟结果差别较明显,四流模式模拟的冠层反照率相对二流模式的模拟结果更接近观测值.利用第2次雪模式比较计划SNOWMIP资料和改进的10层陆面模式BATS进行耦合试验,将四流模式以及二流模式均耦合到该陆面模式中,其目的是为考察四流模式对陆面模式模拟地表反射太刚短波辐射通量的影响.耦合后得到的结果与SNOWMIP中加拿大BERMS草地站和森林站的观测资料进行了对比.对比结果表明,采用网流模式、二流模式、BATS原辐射传输模式后,耦合四流模式的陆面模式模拟地表反射太阳短波辐射通量最接近观测值.说明采用四流模式能够改善陆面模式对地表反射太阳短波辐射通啦的模拟.     

21世纪初中国北方半干旱区土地利用变化对地表温度的影响

利用区域模式WRF(Weather Research and Forecasting)模拟分析了21世纪初期2001~2010年中国北方半干旱区土地利用变化对地表温度影响,通过给出区域尺度的人类活动影响气候变化的定量表达,有助于我们理解中国北方半干旱区气候变化的归因,也将对我国科学规划土地利用、合理开展有序人类活动具有一定的参考价值。研究结果表明:农田扩张、植树造林和草地恢复3类土地利用与覆盖变化(land use and cover change,LUCC)现象对格点尺度多年平均温度的影响均呈现负效应。农田扩张导致当地多年平均温度降低0.11°C,夏季和冬季分别降温0.39°C和0.06°C。植树造林格点的多年平均温度降低0.33°C,冬季强于夏季,冬季平均温度减小0.24°C,夏季减小0.15°C。草地恢复使得格点年平均温度降低0.41°C,夏季降低0.58°C,冬季减小0.51°C。LUCC对最低温度的影响强于最高温度,并且由于最低温度减小使得大部分地区日较差显著增大。LUCC导致的局地温度变化与同期背景温度的变幅相当,但对区域平均温度的影响很小。一方面由于LUCC格点占区域的面积很小,另一方面由于正、负温度效应在区域平均的过程中相互抵消,使得LUCC对区域温度变化的影响微乎其微,21世纪初期现实LUCC对地表温度的影响主要限于局地。     

A land surface model (IAP94) for climate studies Part II: Implementation and preliminary results of coupled model with IAP GCM

The Institute of Atmospheric Physics Land Surface Model (IAP94) has been incorporated into the IAP two-level atmospheric general circulation model (IAP GCM). Global and regional climatology averaged over the last 25 years of 100 year integrations from the IAP GCM with and without IAP94 (“bucket” scheme) is compared. The simulated results are also compared with the reanalysis data. Major findings are:(1) The IAP GCM simulation without IAP94 has extensive regions of warmer than observed surface air tempera?tures, while the simulation with IAP94 very much improves the surface air temperature.(2) The IAP GCM simulation with IAP94 gives improvement of the simulated precipitation pattern and intensity, especially the precipitation of East Asian summer monsoon and its intraseasonal migration of the rainbelts.(3) In five selected typical regions, for most of the surface variables such as surface air temperature, precipitation, precipitation minus evaporation, net radiation, latent heat flux and sensible heat flux, the IAP GCM with IAP94 pro?vides better simulations.     

典型干旱区荒漠戈壁陆面参数的观测研究

根据目前流行的陆面过程模式的需要，利用２０００年５－６月敦煌陆面过程野外观测实验加强期的观测资料，分析了西北典型干旱区荒漠戈壁的一些关键陆面过程和土壤参数的特征和规律。并且利用相对反射为权重加权平均，计算得到典型干旱区敦煌荒漠戈壁的平均反射率为０.２５５±０.０２１；剔除建筑物干扰后，利用对数平均法计算的粗糙度长度平均值为０，００１９±０。０００７１ ｍ；剔除绿洲影响后，用无降水影响的资料确定出土壤湿度影响因子为０．００４５；剔除降水影响后，用观测资料计算的敦煌典型干旱区荒漠戈壁的热容量平均值为１．１２×１０~６ｍ~（－３）Ｋ~（－１），比“黑河试验”在戈壁和在其它沙漠观测的有关值略小一些，但热扩散率和热传导率都比“黑河试验”在戈壁观测的值小一倍左右；观测的敦煌戈壁典型天气条件下的土壤含水量非常小，基本上不超过１％。     

干旱区陆面过程参数改进对东亚区域气候影响的数值模拟

为了进一步检验裸土参数化的气候模拟性能,本文在文献[1,2]的基础上,利用NCEP再分析资料和Xie等全球降水资料与CCM3模拟结果进行了对比。结果表明：加入裸土参数化方案的CCM3能较好地再现冬季东亚和中国地区区域气候的主要特征,模式较原CCM3能更好地模拟地表温度和东亚及中国西北地区的降水,对东亚季风环流的模拟也较接近实际。同时,该方案在CCM3中的加入改进了青藏高原冬季降雪带及夏季高原东南部降水中心的模拟,提高了模式对高原冬夏季降水的模拟能力,从而再次说明利用观测资料对模式参数修正及参数化方法的改进是提高数值模式模拟能力的一个重要途径。     

气象卫星遥感地表温度推算近地表气温方法研究

气温是各种植物生理、水文、气象、环境等模式或模型中的一个非常重要的近地表气象参数.多年来气温数据以离散的常规气象站点观测为主,连续分布的格点气温数据则以站点资料插值而得到,分辨率低,无法反映地形等下垫面因素对局地气温的影响,在农业气候区划等研究中具有一定的局限性.随着卫星遥感地表温度算法的日趋成熟,为探讨卫星遥感地表温度数据在气温观测中的可能性和可行性,利用全中国2340个站点1998 2007年的逐旬平均最高气温数据,以及相应时段的NOAA/AVHRR旬最高地表温度数据,以线性回归及拟合模型为主,通过考虑植被指数、土地覆盖类型、季节、风速、气压、降水等各类影响因子,建立了旬最高地表温度与旬平均最高气温间的推算模型,并利用未参与建模的2002-2003年的常规气象站点气温数据,同时与推算气温和插值气温结果进行对比分析.结果表明,利用卫星遥感地表温度数据推算的旬值气温数据可取得较高的精度,尤其在地形复杂地区以及站点稀疏地区精度明显高于插值气温结果.