三维湖陆风的数值模式试验

利用地形坐标建立了一个三维湖陆风的预报模式，其中对边界层及模式层顶高度采用预报方程求解，对边界层参数作了较仔细的考虑。计算表明，模式运行十分稳定，对复杂地形条件下的湖陆风扰动系统有着很好的描述能力。     

太湖地区湖陆风对雷暴过程影响的数值模拟

利用耦合了NOAH陆面模式的WRF中尺度数值模式,对2010年8月18日发生在太湖地区的一次强雷暴过程进行数值模拟,并将模拟结果与实况进行对比。结果表明:模式能较合理地模拟出雷暴演变过程及近地面要素变化。此次雷暴天气过程发生在湖风发展强盛时期,雷暴沿东岸湖风与背景风形成的辐合线发展。通过两个敏感性试验,研究了太湖地区湖陆风对雷暴过程的影响。湖风锋对雷暴过程起触发和增强作用,湖风锋的阻挡和抬升作用导致此次雷暴的产生。在湖风锋前缘形成的初始对流进一步发展加强为雷暴,发展成熟的雷暴低层出流又与湖风作用形成新的雷暴,湖风的辐合为对流云的发展提供水汽和能量。在雷暴的形成发展过程中,感热通量输送可改变大气边界层结构,使低层不稳定能量较易释放,潜热释放加强上升和下沉气流,使边界层湿度增大,对流进一步发展增强。     

一个描述河陆风变化的数值模式及其数值实验

本文设计了一个包括水平及垂直扩散、牛顿冷却的二维46层非弹性运动方程模式来模拟及研究河陆风的变化。在模式中包括了太阳辐射;地-气系统的长波辐射;地表面、河表面向大气的感热与潜热输送以及地表面向土壤层的热传导等物理过程。 本模式采用分解算法及隐式时间差分方案,计算结果表明,这个模式无论对稳定层结或不稳定层结其计算都是稳定的,且所需计算时间也是很节省的,其计算结果是符合实际的。     

博斯腾湖的湖陆风特征及其数值模拟研究

采用基本气象站和区域气象站观测资料分析了2013年6月至2014年5月期间博斯腾湖的湖陆风日变化特征和季节特征,进而通过中尺度数值模拟分析博斯腾湖湖陆风的发展过程及其与天山山谷风的相互作用。结果表明,博斯腾湖北侧湖风与中天山南侧谷风叠加效应造成局地环流增强,从湖岸到山体,叠加效应造成的局地环流最大振幅表现出增大、减小、再增大的特点;湖岸区域湖风开始时间与距离的关系不显著,当离岸距离增大到约20 km以上,距离每增加约6 km,湖风开始时间推迟1 h;湖北侧湖风锋穿透内陆距离比受天山主体影响较小的湖南侧远约11 km;随着湖北侧湖风锋向天山靠近,湖风与谷风耦合作用不断加强。     

太湖湖陆风背景下的苏州城市化对城市热岛特征的影响

利用南京大学区域边界层模式,选取苏州地区2006年8月12日晴天小风的天气作为背景天气条件进行算例的模拟。分析了该地区在湖陆风环流背景下的城市化进程对热岛特征的影响。结果表明:苏州地区的风场受大尺度系统、湖陆风环流和城市热岛环流系统的共同影响,且湖陆风环流的强度大于热岛环流。苏州地区的城市热岛影响高度可达400 m左右,且在背景风场的影响下,该地区的温度分布会体现出比较明显的下游效应特征,下游效应的距离可达10 km左右。这种下游效应在400 m高度以下比较明显,随高度的升高而逐渐减弱。20 a的城市化进程(1986—2006年)导致苏州城区地表感热通量增加了200 W/m²、潜热通量减少了200 W/m²、湍能增加了0.045 m²/s²、日平均热岛强度增加了0.4 ℃;热岛环流加强,并使白天混合层最大高度升高了400 m,但对夜间逆温层发展的影响较小。太湖湖陆风,使靠近太湖的苏州市郊的混合层、逆温层高度明显下降,但对距离较远的苏州市区的混合层、逆温层高度影响不大。且太湖的存在对于城市化进程导致的苏州地区热岛强度增加、地表湍流动能增加、感热通量增加、潜热通量减少的趋势有比较明显的缓解作用。     

湖陆风效应为主导的地面弱风预报方法

对博斯腾湖东南陆地风场数据进行计算,结合湖陆风效应初步建立夏半年各月风场日变化模型,得出风场日变化的4个典型时段。结果表明,区域测站一致性系数和风场有较好的对应关系,一致性系数小于50说明风向不稳定且风速较小,一致性系数大于80说明风向趋于稳定且风速一般较大,弱风时段主要出现在日出日落前后,且具有2h左右的持续时间。该方法为该地区弱风时段预报提供了思路,在稳定的高压脊形势下效果尤为明显。     

鄱阳湖地区湖陆风特征及成因分析

利用2006-2010年鄱阳湖地区德安、鄱阳、湖口、进贤和星子站风向、风速常规气象观测资料,分析了鄱阳湖地区湖陆风的特点及季节性变化。结果表明,鄱阳湖地区有湖陆风现象存在。平均而言,东西方向湖陆风强度为0.5~0.7 m·s-1,湖西侧湖陆风转换时间较湖东侧早2 h左右,而南北方向的湖陆风强度相对较弱,为0.3 m·s-1左右,湖北侧的湖陆风转换时间较湖南侧提前近5 h。湖陆风存在季节变化,夏季湖陆风表现得相对更强一些,而秋季表现异于其他季节。利用2010年8月中尺度自动气象站逐时观测资料得到,湖区的湖陆风现象与湖陆热力差异有关。采用浅水波模型对鄱阳湖地区湖陆风形成原因进行了模拟分析,结果与实际现象基本一致,能反映湖陆风的一些特征。     

湖陆风对滨湖夏季气温和岳阳市城市热岛强度的影响

利用逐日逐时气象资料对岳阳市主城区近年夏季城市热岛强度进行了评估,探讨了东洞庭湖湖陆风对滨湖夏季气温以及城市热岛强度的影响。结果表明：平均气温郊区较城区、滨湖低1.47、1.11 ℃,最低气温郊区较城区、滨湖低1.89、2.03 ℃,最高气温城区较郊区高0.61 ℃、郊区较滨湖高0.63 ℃。白天城区气温高于郊区,郊区气温高于滨湖;夜间城区气温与滨湖基本相当,且明显高于郊区。各区逐时气温变率郊区最大,城区次之,滨湖最小,三者在23:00—次日6:00基本相当且变化较小。城区平均、最高、最低气温分别比郊区高1.47、0.61、1.89 ℃,对应城市热岛强度分别为弱、弱、中等。8:00—19:00城市热岛强度为弱,20:00—次日7:00为中等。滨湖9:00—18:00湖风强,19:00—次日8:00陆风弱。湖陆风与各区气温以及城市热岛强度均极显著相关。夜间城市热岛效应强于白天湖泊冷效应,白天城市热岛效应和夜间湖泊热效应随着站点与滨湖和郊区的距离远近影响强度不同,离滨湖越近的城市站白天受城市热岛效应影响越小,夜间受城市热岛效应影响越大。     

鄱阳湖影响过湖对流强度的数值模拟及机理分析

湖陆下垫面的非均匀性对强对流天气的发展演变有很大的影响。鄱阳湖是我国最大的淡水湖,湖面积具有明显的月变化和季节变化,而模式中的下边界一般默认湖面积不变,这与实际情况的差异较大,必然带来模式预报误差。利用WRF模式对夏季夜间发生在鄱阳湖地区的一次强对流天气过程进行数值模拟,并通过湖面积变化的敏感性试验,深入研究鄱阳湖对强对流天气发展演变的影响及其机理,结果表明：夏季夜间湖面上空2 m温度明显高于陆面,向湖陆风在湖面上空辐合上升,岸边则存在下沉辐散气流。这导致降水在湖西岸减弱、湖上空增强。随后用去湖敏感性试验印证了鄱阳湖的暖湖效应,湖泊的存在能够通过激发陆风次级环流对湖西岸（湖面）上空降水起抑制（促进）作用。去湖试验的降水在湖西岸增强20%,在湖面上空减弱16%,体现出湖泊对降水强度的重要影响。此外,还发现湖面积扩大1.5、2.5、3.5、4.0倍的扩湖敏感性试验的降水在湖面上空分别增幅7%、16%、30%、43%,进一步证实了强对流强度对鄱阳湖面积变化较为敏感。这指示我们在预报夏季夜间穿湖而过的强对流天气时,应重点关注其可能存在的入湖前减弱、入湖后增强的变化趋势。同时,在利用数值模式模拟湖区强对流天气过程时,如果湖面积与模式中默认的湖面积相差较大,则应考虑将实际湖面积引入模式下边界,以期提升模式对于湖区对流的预报能力。     

青藏高原植被下垫面对东亚大气环流影响的数值试验

采用Ｊ．Ｗ．Ｄｅａｒｄｏｒｆｆ（１）地表植被参数化方案，利用Ｐ－ａ原始方程５层模式（２），分析了青藏高原有植被和无植被两种不同下垫面情况下的大气响应，结果表明有植被下垫面通过增加向大气输送潜热通量，加强了高原上空的热低压，增强了高原北部的热成风，加强了高原南侧的季风环流，使青藏高原及我国东南地区的降水增多。     

边界层参数化对海南岛海风环流结构模拟的影响

利用WRF V3.7详细分析了应用8种边界层参数化方案（YSU、MYNN2.5、MYNN3、ACM2、BouLac、UW、SH、GBM）所模拟的2014年5月25日海南岛海风环流结构的差异,其中YSU、ACM2和SH为非局地闭合方案,MYNN2.5、MYNN3、BouLac、UW和GBM为局地闭合方案。结果表明:对于海风环流水平结构的模拟,15时,YSU、ACM2、BouLac、UW和SH模拟的北部海风较强,SH和GBM的内陆风速偏大。温度与海风发展强度相对应,MYNN2.5与MYNN3模拟的岛屿温度偏低,海陆温差小,海风相对较弱。对于海风环流垂直结构的模拟,09时海风开始,但强度较小,且存在残余陆风,向内陆传播距离较短,YSU、MYNN2.5和SH方案的海风相对较强。12时,海风已呈现出较为清晰的环流结构,YSU和ACM2的海风厚度及向内陆传播距离相对强于其它方案,MYNN3的环流结构则不太明显,且向内陆推进距离短,海风相对较弱。15时,海风发展强盛,MYNN2.5和MYNN3方案模拟的海风垂直强度较小,ACM2方案的海风垂直环流特征最为明显。18时,海风的强度和扰动均有所减弱,ACM2、BouLac和UW的整体海风相对强于其它方案。21时海风已基本转为陆风,BouLac与UW的陆风环流结构最为清晰。位温、水汽及海风垂直环流强度的发展变化与海风的演变过程基本一致。造成ACM2模拟海风偏强的原因是其边界层垂直混合偏强,形成了足够的湍流混合强度所致。对于边界层高度的模拟,ACM2的边界层顶最高,这与此方案所模拟的海风强度偏大相吻合,其它方案的边界层高度与海风强度并不完全一致。      

陆面植被类型对华北地区夏季降水影响的数值模拟研究

为了检验陆面植被类型变化对华北地区夏季降水的影响,共做了５组数值试验,结果表明,在华北地区以草原或沙漠代替落叶林后,华北地区夏季降水略有减少,但降水总量变化不大,这主要是由于降水变化的区域分布不一致所致;在华北西北部以沙漠代替草原后,华北地区平均降水有所增加,这主要是由华北北部地区降水增加引起的。上述三个试验中,华北 中部以南地区的降水变化主要由积云对流降水变化引起,以北主要由大尺度降水变化引起。     

模式水平分辨率影响积云对流参数化效果的数值试验

利用一个有限区域嵌套细网格数据预模式，设计了３种不同分辨率的模式网格，通过对一次降水过程的预报，检验了模式水平分辨率对积云对流参数化效果的影响。结果表明：模水平分辨率的变化将直接影响积云对流参数化的效果，从而影响降水场和形势场。     

气候变化对小麦生产影响的数值模型研究

在未来气候变化对作物影响的研究基础上,分析未来不同气候情景对南京地区小麦生长发育、产量形成的影响,并考虑了紫外辐射变化的影响。采用数值模拟方法具体估算了温度升高、降水变化、ＣＯ２ 浓度上升及紫外辐射增强对南京地区小麦产量的影响。计算结果表明：未来ＣＯ２ 增加可提高小麦产量,气温升高、降水变化及紫外辐射增强均使得小麦产量有所降低。     

NUMERICAL EXPERIMENTS ON THE EFFECT OF INDIAN SUBCONTINENT VEGETATION COVER ON SUMMER MONSOON

In the present paper,a global two-dimensional climate model developed by Chinese Academy of Meteorological Sciences (CAMS) with inclusion of a simple parameterization of land surface processes developed recently by Zhang and Li is used to investigate the effect of vegetation cover of the Indian subcontinent on summer monsoon circulation and its rainfall.First of all,we carried out a control experiment in which the distribution of vegetation species was based on obser-vations.Then,with removal of the vegetation cover on the subcontinent,a sensitivity experiment was performed.For both of the experiments,the integrations were made from the beginning of April to the end of July.The results show that,after the vegetation was removed from the subcontinent,the monthly mean updraft and the monsoon circulation to the south of the Plateau was weakened in June and July.Especially,the change was more manifest in June.Also,in the south side of the Plateau,the easterly component was strengthened in the lower troposphere,the monsoon rainfall was reduced over the central India.Moreover,the rainfall was obviously reduced over the southern India from the end of June to the beginning of July.     

NUMERICAL EXPERIMENT ON THE EFFECT OF URBANIZATION UPON SUMMER LAND-SEA BREEZES IN THE COASTLAND OF GUANGXI

The 2003–2006 observations were utilized to analyze the surface characteristics of summer land-sea breezes along the coastland of Guangxi and the Weather Research and Forecast model was applied to simulate the breeze structure on August 1–2,2006.Results show that 1) the intensity and distributions of the breezes reproduced from improved urban underlying surface were close to observations.In the daytime the coastwise urban band was a convergent belt of sea breeze,corresponding to the centers of torrential rains;in the nighttime hours the surface of the Gulf of Tonkin (the Vietnamese name) or the Northern Bay (the Chinese name) acted as a convergent zone of land breezes,likely to produce convective cloud cluster;2) the experiment on urbanization showed the heat island effect enhancing (weakening) the sea (land) breeze development.Furthermore,the heat island effect mitigated the atmospheric cooling via radiation over the cities in the night,weakening sinking motion correspondingly,thereby suppressing the dominant factor responsible for the steady development of temperature inversion.As a result,the inversion vigor was reduced greatly,but nevertheless no strong effect of the decreased subsidence was found upon the inversion height.