地表潜热通量对四川地区降水影响的数值分析

本文利用中国科学院大气物理研究所LASG（IAP）的区域暴雨模式AREM,对2007年7月四川地区的天气过程进行数值试验和分析,结果表明采用不同的地表参数化方案模拟的地表潜热通量在地形复杂的高原东部边坡地带的差异最大,直接导致该区域降水模拟的显著偏差,这一结果同时表明四川盆地降水和地表潜热通量之间有着密切的关系。通过对敏感性试验结果的分析,表明局地下垫面水汽通量是通过改变低层大气的层结结构来影响降水的强度和主要降水时段的。     

不同陆面方案对雷州半岛一次局地性暴雨的影响分析

利用ERA-interim再分析资料、逐小时观测实况资料、FNL再分析资料研究了雷州半岛地区一次局地性暴雨的成因,并利用WRF模式研究了3种不同陆面过程方案对该次局地性暴雨的模拟效果。研究结果表明:该次局地性暴雨是弱冷空气与西南暖湿气流交汇所形成的切变线降水;3种陆面方案都较好地模拟出了雷州半岛中部的降水中心位置,不同方案对整个降水的分布形状模拟相差不大,对强降水中心的范围和形状模拟不同,Noah方案和RUC方案的降水范围比Thermal diffusion方案要好;3种陆面方案主要是通过影响地表能通量分配形式进而改变暴雨区的强度和中心位置。     

青藏高原土壤湿度对一例高原涡影响的数值模拟

采用NCEP-FNL再分析资料、FY-2E气象卫星的黑体亮温TBB(Temperature of Black Body)数据以及中国自动站与CMORPH(Climate Prediction Center Morphing)卫星的融合降水产品,通过中尺度天气模式WRFV3.8.1对2014年8月16 17日一次高原涡过程进行了控制试验和4组针对高原土壤湿度的敏感性试验,研究了土壤湿度通过地面加热对高原涡影响的物理机制。结果表明,控制试验能较好地模拟出此次高原涡的位置、强度及降水。土壤湿度对高原涡的强度和降水有重要的作用,而对高原涡的性质和移动路径影响不显著。同时,主要考虑土壤湿度通过地表潜、感热通量的变化来影响高原涡。当土壤湿度增大时,地表潜热通量增大,中低层大气不稳定性增强,对流系统活动所需能量得到积累,使得对流降水增加,最终通过增加凝结潜热的释放来加强高原涡强度;反之高原涡强度和降水都减弱。而本文中地表感热通量的变化对高原涡的生成并没有多大影响,因此只考虑其对对流性降水的影响。当土壤湿度增大时,地面温度减小,地表感热通量减小,行星边界层高度PBLH(Planetary Boundary Layer Height)降低,边界层气团的湿静力能增大,使得对流降水增加;反之对流降水减小。     

重庆山地通量观测及其不同时间尺度变化特征分析

基于通量观测、邻近自动气象观测站和ERA5-Land再分析数据,结合重庆西部暴雨个例,讨论了重庆山地通量观测资料的可靠性和适用性,并对通量观测在2019年度的不同时间尺度变化特征进行分析,结果如下:(1)通量站与邻近气象站有相似的气象背景,通量观测相对于ERA5-land再分析资料更能反映出地表感热和潜热通量在降水期间...     

基于热源作用的青藏高原东坡一次夜间暴雨的诊断分析

利用ERA5再分析资料、CMORPH融合降水资料和山地通量观测资料对2020年6月26日发生在四川冕宁一次夜间致灾暴雨进行综合诊断分析。结果表明：本次夜间暴雨发生前，白天地面热源存在明显的正异常变化，地面热源的正异常区与降水有很好的对应关系。同时大气热源（视热源和视水汽汇）与暴雨的关系密切且相互影响，降水释放凝结潜热，加热大气，使得视热源也随之增加。在暴雨发展强盛阶段，视水汽汇的垂直输送项达到最大，而视水汽汇的局地变化项能很好指示整个暴雨过程中区域水汽的净输送状况。     

黄河源区草地退化对局地气候环境影响的数值模拟

土地覆盖变化会影响到近地层各气象要素发生不同程度的变化.利用中尺度数值模式MM5,设计了一个控制试验和一个敏感性试验.通过对2003年7月一个月的积分,模拟了黄河源区草原退化对局地气候环境的影响.结果表明,黄河源区草原退化导致该地区2 m高度气温及地表温度明显升高;空气湿度及土壤湿度不同程度减小;草原退化后降水的减小影响到径流减小;草原退化后还引起退化区感热通量增加,潜热通量减小,有效通量(感热通量+潜热通量)减小.与草地农牧化相比,草原退化对气候环境的影响程度更强.     

两次暴雨过程模拟对陆面参数化方案的敏感性研究

选取发生在江西和福建境内的两次暴雨个例,利用NCEP再分析资料在对暴雨发生前、后的环境场和物理量场进行诊断和对比分析的基础上,采用中尺度模式WRF V3.3,通过数值模拟探讨了陆面过程对两次暴雨过程的可能影响及其相关的物理过程。结果表明,2012年5月12日江西大暴雨主要受大尺度环流和中尺度天气系统影响,具有范围大、持续时间长等特点,属于大尺度降水为主的暴雨;而2011年8月23日福建暴雨发生在副热带高压控制下的午后,局地下垫面强烈的感热和潜热通量使低层大气不稳定性增强,触发了此次对流性降水为主的暴雨。通过资料诊断分析,可以判断陆面过程对福建暴雨个例的影响程度明显强于江西暴雨个例。通过关闭地表通量试验发现,陆面过程对暴雨模拟十分重要,尤其是对于该个例中对流性降水的发生起到关键性的作用。通过陆面参数化方案的敏感性试验发现,两次暴雨过程对陆面参数化方案均较为敏感。江西暴雨对陆面过程的敏感性主要体现在对流降水的模拟上,而福建暴雨则体现在大尺度降水的模拟方面,即福建暴雨对陆面参数化方案的敏感性强于江西暴雨。敏感性产生机制与降水类型关系紧密,大尺度降水对陆面过程的敏感性主要来源于不同参数化模拟的中高空对流系统的差异,而对流降水的敏感性则与不同参数化模拟的地表通量的差异有关。通过陆面参数的扰动试验进一步发现,相比于地表粗糙度和最小叶孔阻抗,土壤孔隙度和地表反照率则是影响对流降水对陆面过程敏感的关键因子,这在本质上与地表通量是否受到扰动有关。地表通量较风场而言,受扰动引起变化的空间范围广、时间响应快,变化具有明显规律性。所得结果可为深入理解陆面过程影响暴雨等天气过程和改进数值模式对暴雨的模拟能力提供一定的参考。     

中国区域陆气耦合强度的时空分布特征

使用陆气耦合强度来表征陆面状态对降水、气温或大气其他物理过程的影响程度,可以辨识陆气相互作用的热点地区,加深对陆气相互作用和气候系统的认识.利用ERA5再分析资料,结合Pearson相关系数、Kendall's Tau相关系数及土壤湿度-潜热通量、潜热通量-抬升凝结高度的陆气耦合指数对中国区域陆气耦合强度进行定量分析....     

WRF模式陆面参数扰动对一次西北暴雨影响的数值模拟

利用NCEP每6h一次的1°×1°再分析资料和中尺度模式WRF V3.1,以2005年7月1～2日发生在甘肃东南部的一次暴雨天气为例,根据NOAH陆面方案中土壤最大容积水含量(MAXSMC)初始扰动对此次暴雨进行了敏感性数值模拟试验。结果表明,此次暴雨对陆面参数MAXSMC扰动比较敏感,MAXSMC初值减少20%,模拟的降水与实况更接近,而增大MAXSMC则对降水的影响不大;浅层土壤湿度、低层气象要素以及地表通量均对MAXSMC扰动有一定的敏感性,但是由于不同的下垫面类型,其敏感性也存在明显的差异;地表通量的直接输送和由低层不稳定所导致的间接水汽输送的变化,对降水的影响是最主要的。在不同的区域,由于下垫面性质的差异导致二者所占的比例存在差异,故模拟的降水会出现完全不同的走势。     

陆气相互作用对中尺度对流系统影响的研究进展

文章回顾了大气对地表性质的敏感性研究,以及陆气相互作用对中尺度天气过程的影响,说明了地表性质与积云对流及对流降水之间的联系。地表性质的改变对行星边界层的热通量、水汽通量、对流有效位能产生影响,并通过湍流的垂直输送,进而影响到其上大气的性质。陆气之间存在着复杂的、非线性的相互作用。性质不均匀的下垫面造成地表向大气感热通量和潜热通量的差异,从而在近地层大气中形成温度和气压梯度,产生局地环流,在条件适合的情况下可以形成对流,并产生降水,而降水的不均匀分布,又维持了下垫面的不均匀性。土壤湿度对对流的影响受到多个因素的制约,其中天气尺度过程的影响是很显著的;由非均匀的下垫面所产生的局地环流能够触发积云对流。     

土壤湿度年际异常对中国春、夏季气候模拟的影响

基于NCAR大气模式CAM3.1模式,设计了有、无土壤湿度年际异常两组试验对中国区域近40a(1961-2000年)气候进行了模拟。从气候态和年际变率的角度,通过分析两组试验的差值场来探讨土壤湿度年际异常对气候模拟的影响,并初步探讨了影响的可能机制。结果表明:模式模拟的温度和降水对土壤湿度的年际异常非常敏感,土壤湿度的年际变化对中国春夏季气候及其年际变率均有显著影响。当不考虑土壤湿度年际异常时,模式模拟的春夏季平均温度、最高温度、最低温度在我国大范围内降低,春夏季降水在东部大部分地区明显减少,西部增加。而模式模拟的春夏季温度、降水年际变率在中国大部分地区减弱。但当考虑土壤湿度的年际变化,则能在一定程度上提高模式对气候年际变率的模拟能力。在进一步分析表明土壤湿度年际异常时,主要通过改变地表能量通量和环流场,对温度、降水产生影响。当不考虑土壤湿度年际异常时,地表净辐射通量减少,地表温度降低,感热通量减少。感热通量差值场的空间变化和温度差值场的空间变化一致,感热通量对温度有一定影响。而潜热通量差值场的空间变化和降水的差值场的空间变化一致,可见降水受地表潜热通量的影响。土壤湿度年际异常引起的环流场的变化也是导致气候变化的原因之一,地表能量和环流场年际变率的改变对春夏季气候年际变率存在一定影响。     

Effects of the Indo-China Peninsula Heat Fluxes on the 1998 South China Sea Summer Monsoon

1. IntroductionBecause the South China Sea (SCS) is one of theregions where the Asian summer monsoon onset oc-curs earliest, the SCS summer monsoon (SCSSM) hasalways been a research focus, especially in recent yearswith the implementation of the SCS Monsoon Exper-iment (SCSMEX) (e.g., Tao and Chen, 1987; Changand Chen, 1995; Lau et al., 2000; Ding and Li, 1999;Ding and Liu, 2001; Li and Wu, 2000; Xie et al., 1998;Zhang et al., 2004). Climatologically, the SCSSM on-set is a rem…     

The impact of soil moisture availability upon the partition of net radiation into sensible and latent heat fluxes

The impact of soil moisture availability on the Bowen ratio and on the partition of net radiation flux into sensible, latent and soil heat fluxes was investigated by using one-dimensional primitive equations with a refined soil parameterization scheme. Simulation results presented that as soil moisture availability increases, the Bowen ratio and the partition of net radiation flux into sensible and soil heat fluxes decrease. The partition of net radiation flux in-to latent heat flux, however, increases. Quantitative relationships between Bowen ratio and the partitions with soil moisture availability were also given in this study.     

山东半岛夏季降水异常的环流型及影响因子分析

利用1961—2016年华东地区106个气象观测站的日降水数据和再分析资料,分析引起山东半岛夏季降水异常的大气环流型及其与前期下垫面因子（海温和土壤湿度）的关系,结果发现：1）当孟加拉湾出现西南风异常,日本列岛以南和贝加尔湖西南侧地区分别呈反气旋和气旋式环流异常时,加强了向山东半岛的水汽输送,配合区域大气上升运动异常最终导致山东半岛夏季降水偏多;反之,当孟加拉湾出现西北风异常,日本列岛以南和贝加尔湖西南地区分别呈气旋和反气旋式环流异常时山东半岛降水偏少。2）孟加拉湾和北太平洋中部关键区的对流层整层位势高度与下垫面海温自春季持续至夏季存在显著正相关,当两个地区的整层位势高度均呈正异常时,分别对应夏季孟加拉湾的强西风气流和日本列岛以南的反气旋环流异常。3）区域土壤湿度异常引起的感热和潜热通量异常,可能是引起贝加尔湖关键区位势高度和山东半岛局地对流异常的原因：贝加尔湖西南地区土壤湿度偏大时,其上空对流层位势高度为负异常;山东半岛地区土壤湿度偏大时,其上空对流层大气出现异常上升运动。4）利用关键区春季下垫面因子（海温和土壤湿度）建立山东半岛夏季降水的统计预测模型,留一交叉检验的距平同号率达到75%。这些结果可为山东半岛夏季降水预测提供重要参考。     

Summer temperatures in Europe and land heat fluxes in observation-based data and regional climate model simulations

The occurrence and intensity of heatwaves is expected to increase with climate change. Early warnings of hot summers have therefore a great socio-economical value. Previous studies have shown that hot summers are preceded by a Southern European rainfall deficit during winter, and higher spring temperatures. Changes in the surface energy budget are believed to drive this evolution, in particular changes in the latent and sensible heat fluxes. However these have rarely been investigated due to the lack of long-term reliable observation data. In this study, we analyzed several data-derived gridded products of latent and sensible heat fluxes, based on flux tower observations, together with re-analyses and regional climate model simulations over Europe. We find that warm summers are preceded by an increase in latent heat flux in early spring. During warm summers, an increase in available energy results in an excess of both latent and sensible heat fluxes over most of Europe, but a latent heat flux decrease over the Iberian Peninsula. This indicates that, on average, a summertime soil-moisture limited evapotranspiration regime only prevails in the Iberian Peninsula. In general, the models that we analyzed overestimate latent heat and underestimate sensible heat as compared to the flux tower derived data-product. Most models show considerable drying during warm seasons, leading to the establishment of a soil-moisture limited regime across Europe in summer. This over-estimation by the current generation of models of latent heat and hence of soil moisture deficit over Europe in summer has potential consequences for future summertime climate projections and the projected frequency of heat waves. We also show that a northward propagation of drought during warm summers is found in model results, a phenomenon which is also seen in the flux tower data-product. Our results lead to a better understanding of the role of latent and sensible heat flux in summer heatwaves, and provide a framework for benchmark of modeling studies.     

2004年南海夏季风的爆发及中南半岛陆面-过程的可能影响Ⅱ： 数值试验

在对南海夏季风的爆发及中南半岛陆面过程的可能影响进行了诊断分析的基础上,应用MM5/NOAHLSM模式,研究了中南半岛陆气相互作用对2004年南海夏季风爆发过程的可能影响。结果发现:在南海夏季风爆发前,中南半岛南海地区低层气温差确实出现低值,甚至负值;尽管短期内中南半岛土壤湿度和降水的变化没有引起季风爆发日期的改变,但对季风爆发的强度有影响。土壤湿度和降水变化引起的干异常可导致地表感热通量的增大和地表温度的升高,致使中南半岛与南海之间低层的温差异常(负温差)减小,季风爆发强度减弱;不同的是,湿异常可引起季风爆发强度增强。这一结果说明,在南海夏季风爆发前期,中南半岛上空对流活动和降水异常及其引起的土壤湿度的异常变化在一定程度上会影响到季风爆发的过程。文章还比较了不同温湿地表条件下低层大气状态的差异和地表能量、水分平衡过程的不同,分析了陆气相互作用对季风活动产生影响的物理机制。     

黄河源高寒草原下垫面土壤冻融过程中陆-气间的水热交换特征分析

高寒草原水热交换的季节性特征显著,土壤冻融过程对地-气水热交换有着重要的影响.本文利用黄河源区汤岔玛小流域2014年5月至2015年5月陆面过程观测数据,将土壤冻融过程划分为完全融化(TT)和完全冻结(FF)两种状态与融冻(T-F)和冻融(F-T)两个过程,并分析了期间高寒草原下垫面净辐射、感热通量、潜热通量和地表热通...     

青藏高原西部地表热通量输送的低频特征

以1997年9月-1998年10月青藏高原西部改则地区自动气象站(AWS)近地层连续观测的梯度资料为基础,计算了高原西部地面感热通量、蒸发潜热通量及地面热源强度,应用Marr小波变换重点分析了地表热通量输送以及与此相关的降水量、土壤湿度和土壤热通量的周期振荡特征.结果表明:地面感热具有明显的30～60天低频振荡,并且在夏季存在准8天的中期振荡;蒸发潜热和降水量以准双周振荡为主.土壤热通量以30～50天低频振荡为主,夏季还存在准8天的中期振荡;土壤湿度在冬季呈现明显的30～50天低频振荡,夏季则为20～30天的低频振荡.     

甘肃马衔山区陆面过程与降水的研究

采用定西的麦田微气象观测,定西、兰州的辐射观测和马衔山区34个气象、水文和雨量站的气候资料,结合NOAA-16卫星的AVHRR资料以及反演的地表植被盖度和反射率,并用SEBAL算法推导出夏季地表净辐射、感热、潜热、土壤热通量密度的区域分布特征,并分析陆面过程对降水的影响。结果表明:本区降水的空间分布与夏季植被盖度对应最好,相关系数高达0.722,其次是土壤热通量和潜热通量,相关系数分别为-0.65和0.615。这表明森林通过降低地表反射率和表面温度,不仅增加地表净辐射,而且减少其用于感热和土壤热通量的消耗。由于林区地表水分多,从而将接收较多的太阳辐射能主要用于蒸散,增加边界层中的水汽。故林区降水远大于植被稀疏的半干旱黄土梁。