大尺度环境风场对城市热岛效应影响的数值模拟试验

利用耦合模式WRF-UCM模拟了上海、南京两个地区4次城市热岛现象,发现城市热岛效应高温的水平分布与大尺度环境风场之间有着密切的联系:城市热岛的高温带在地面风的影响下,向下风方平移,导致城市下游郊区的气温明显上升.从气温垂直剖面图上可以看出,在地面风的作用下,低层大气都出现了一个水平方向上的高温带,从城区一直延伸到下游...     

人为热源和城市绿化对冬季山谷城市边界层结构影响的数值模拟

为了探讨人为热源和城市绿化对城市边界层的影响,本文在RAMS模式中引入周期性日变化的人为热源和人工改变下垫面状况,初步模拟分析了人为热源和城市绿化对城市边界层结构的影响.结果表明:人为热源具有明显的增温效应,增强了城市的湍流交换,白天增加了大气不稳定度,促进了混合层的发展,夜间降低了大气稳定度,减弱了城市夜间逆温.城市绿化减小了地表反照率,增加了到达地面的净辐射,模拟期间土壤冻结,增加的净辐射其中一部分以感热的形式来加热大气;绿化后地气之间的湍流交换增强,增加了大气不稳定度,减弱了白天高空逆温;本文还讨论了不同绿化布局对白天高空逆温的影响以及人为热源和城市绿化之间的非线性相互作用.     

天津城市热岛效应对海风(锋)环流影响的数值模拟试验

利用中尺度数值天气模式TJ-WRF,通过对发生在天津城区的局地雷暴天气个例进行模拟,重点通过改变模式中下垫面土地利用类型进行敏感性模拟试验,研究天津城市热岛对海风(锋)环流强度及移动速度等的影响。结果表明:不同土地利用类型城市下垫面造成的城市热岛效应不同,当城市周边郊区下垫面土地类型改为城市建筑用地时,城市热岛效应更加明显且影响范围明显扩大;当城市下垫面改为旱作农地和牧场时,天津城区附近没有出现城市热岛效应。当海风(锋)环流向城区方向移动还未到城区附近时,城市热岛对其有明显加强和加速作用,城市热岛效应越明显其对海风(锋)环流的加强和加速作用越明显,海风(锋)环流移动加快的速度比没有城市热岛时快9.3km·h~(-1)。当海风(锋)环流移动到城区附近时与城市热岛环流相遇,海风(锋)环流受到城市热岛环流阻挡其移速又迅速减慢,其后侧气流南、北分支绕流和向上爬升现象变得明显,两环流相遇叠加后辐合上升运动也明显加强;城市热岛效应越明显其对海风(锋)环流的阻挡作用越明显,海风(锋)环流的移动速度减慢得越多,两环流相遇叠加后的辐合上升运动就越强。另外在向城区移动过程中,海风(锋)环流会使其经过地区低层空气增湿降温,但其后侧湿空气层厚度会因城市热岛效应的存在而明显减小;城市热岛效应越明显,海风(锋)环流后侧湿空气层厚度减小得越明显。     

城市热岛效应对污染物扩散规律影响的数值模拟

用一个二维非定常扩散方程模拟了夜间城市边界层中三种不同有效高度(20m,72m和110m)连续线源所产生的污染物浓度分布特征。数值试验结果表明:不管是否出现热岛环流,城市热岛效应使高架源产生的地面浓度增大,而使近地面源所产生的地面浓度减小。这是因为城市下垫面的热力和动力作用改变了一般的边界层低层的温度结构和湍流结构所致。     

人为热对城市边界层结构影响研究

为研究不同人为热源引入方案对城市边界层结构模拟性能的影响，以杭州地区为例，在区域边界层模式（RBLM）中引入一种新人为热源处理方案，即对城市中的人为热排放分层考虑，将低层的人为热源加入地表能量平衡方程，将高层人为热源分布与建筑物高度和密度联系起来，加入热量方程中，同时考虑了人为热源强度的日变化。数值试验结果表明，这是一种比较合理的处理方案。人为热源引入方案对城市边界层结构的影响表现在:气温、湍流动能增加，并通过湍流交换输送到较高层大气；大气不稳定度增加，混合层高度最高抬升了400 m；城市地区上升速度增加，热岛环流加强；白天人为热源一般为太阳辐射的10%～20%，对地气交换的影响较小。夜间没有了太阳辐射能量，对地气交换的影响比日间更明显；冬季低层湍流活动加强，湍能约增加40%，大气层结稳定度降低。     

南京地区下垫面变化对城市热岛效应影响的数值模拟

利用新一代中尺度研究和预报模式(Weather Research and Forecasting Model,简称WRF)分别耦合多冠层、单冠层和平板模式三种情况进行南京地区2007年8月1日的天气过程模拟,分析不同城市冠层方案对南京气象场的模拟效果。在此基础上,结合模拟效果最好的城市冠层方案,研究南京城市下垫面的变化对其热岛的影响。结果表明:多冠层方案对近地面气温、10 m风场的模拟效果最好;城区的扩张使南京地区近地面气温升高,主要表现为城市区域夜间升温显著,并且导致热岛强度明显增强;城市扩张后,城区白天风速大范围地减小,同时热岛环流更加显著,且具有明显的城市热岛的"下游效应"。     

城市人为热对北京热环境的影响

城市的人为热对城市热岛的产生有重要作用 ,通过对北京冬季的居民采暖排放废热、汽车排放废热和工业生产排放废热的估算 ,制定了考虑随时空变化的北京市人为热排放清单。利用北京大学城市边界层模式对北京冬季城市边界层结构特征进行模拟 ,通过考虑和忽略人为热的排放研究北京地面温度的变化 ,并通过几种方案减少人为热的排放对缓解城市热岛作用作出评价。     

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.     

大规模城市化对梅雨建立影响的数值试验

利用WRF V3.1.1中尺度数值模式,对2004年梅雨的建立过程进行了模拟,详细分析了6月14、15日梅雨建立过程中大规模城市化对降水及梅雨锋垂直结构的影响。研究表明:将城市改为农田后,模拟的6月14日几个降水中心的降水量明显减小,西北方降水明显增多,模拟的梅雨锋与控制试验有相似的热力结构特征,但高θse舌区的强度比控制试验要弱,即上升运动变弱,对流不稳定度及湿度小于控制试验,梅雨锋锋区的位置比控制试验略为偏北;模拟的6月15日安徽中部降水中心的降水量明显减小,其以西的降水明显增多,梅雨锋结构、锋区位置与控制试验类似,但800h Pa上θse低值区(336 K)的范围比控制试验大,几乎覆盖26~32°N,导致高θse舌区对流不稳定度偏小。     

经纬向热源（汇）异常对环流影响的数值试验

利用１９８３￣１９８８／１９８９年６年季平均全球加热场资料，分析了各年相对于６年平均的距平沿经、纬向非均匀分布的特征。并且，基于加热异常沿经向表现为正负相间分布和沿纬向有几个加热异常中心的特征，利用定常态初始方程三维谐模式进行了加热异常沿经、纬向非均匀分布对环流影响的数值试验。结果表明，加热异常的经向非均匀分布显著增强了经向环流的异常，所引起的环流异常与几个孤立热源（汇）作用的结果的线性叠加有较大     

杭州湾地区城市群热岛效应的模拟研究

利用NCEP／NCAR再分析气象资料和卫星遥感资料,应用WRF模式,从热岛效应及其引发的辐合、辐散和降水变化等方面,对杭州湾地区城市群的热岛效应进行了模拟研究。根据近年杭州湾地区的地面遥感图像确定城市下垫面的范围,再结合相应的GIS数据,确定若干年后可能的城市范围;根据模拟数据计算得到月平均气候资料。结果表明,城市群扩张后,在杭州市附近出现了明显的气温高值区。夜间的城市热岛效应要比昼间明显。在杭州市附近出现不同方向的风矢量聚集,杭州市附近风向和风速改变较大。风场在城市扩张区域有较大的差值。城市热岛效应对降水量变化影响不大,但降水量有增大的趋势。     

沙漠土壤和大气边界层中水热交换和传输的数值模拟研究

为了解沙漠土壤和大气边界层系统中的水分和能量的交换和传输特征，本文发展了一个一维耦合模式，其中包括一个同时考虑土壤中液态水及气态水运动的沙漠土壤模式和一个基于非局地过渡湍流闭合方案的大气边界层模式。用这一耦合模式对沙漠土壤和大气界面的水热交换及沙漠土壤和大气边界层中的水热输送过程进行了模拟，同时与ＨＥＩＦＥ（ＨｅｉｈｅＲｉｖｅｒＢａｓｉｎＦｉｅｌｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔ）沙漠站的有关资料进行了对比。模拟结果表明约６５％的净辐射能以感热（５０％）和潜热（１５％）的形式提供大气，约３５％的净辐射能以地热流量的形式进入土壤。土壤表层２ｃｍ的范围表现为水热传输的活跃层，水分和温度廓线呈现剧烈的日变化。模拟结果同时表明沙漠土壤中水分传输以气态水为主，如果忽略土壤中的气态水运动，地气界面的水汽通量计算及边界层内的湿度及水汽通量的计算会产生较大的误差     

全球海温异常作用下的低层大气环流和降水异常的数值模拟

通过在ＩＡＰＡＧＣＭ中加进太平洋和印度洋海温异常的数值模拟，证实了实况月平均８５０ｈＰａ上的异常环流特征：ＥｌＮｉｎｏ海温位相时低纬太平洋低层大气出现异常的西风气流以及在东南亚沿海出现向赤道的异常气流；而在ＬａＮｉｎａ位相时，低纬太平洋低层大气出现异常的东风气流和在东南亚沿海出现离赤道的异常气流。若在模式中仅引入太平洋的海温异常或在模式中去掉地形以后，模拟的低纬低层异常气流与上述结果有所不同。用该模式还模拟出了与观测相符的低纬地区降水的异常     

地形对华北地区夏季降水影响的数值模拟研究

行星大气中地形效应的研究一直是人们十分重视的问题。本语文利用引进的ＮＣＡＲ－ＲｅｇＣＭ２模式就地形对华北地区夏季降水的影响进行了数值模拟研究。结果表明,华北地区西部和北部的山脉地形对华北地区夏季降水有着非常重要的影响。尤其是对一些局地地区,甚至起到了决定性的作用。当降低地形高度时,华北地区夏季降水将明显减少。其物理机制可能主要有两点,一是降低地莆高度后,使华北地区迎风坡地形抬升作用减弱,从而减少了     

海岸地形作用在青岛一次晚秋暴雨过程中的数值模拟分析

利用常规资料和卫星、雷达观测,分析了2004年11月9日至10日山东青岛地区一次暴雨的中尺度结构特征,并在初步分析的基础上进行了数值模拟和地形的敏感性对比试验,结果表明:此次暴雨是冷锋前暖区的浅层对流性强降水;西太平洋的水汽是这次暴雨的主要水汽源;模式对这次强降水具有较强的模拟能力;海岸地形作用所产生的次级环流和中尺度重力波,可能是这次对流性强降水的触发机制,同时对这次降水有很大的增幅作用。     

暴雨数值模拟中的CISK机理分析

将卫星反演的水汽资料计入MM5中尺度大气数值模式初始场，增加了模式初始水汽场的中尺度信息。并对长江流域暴雨个例进行了模拟试验。通过分析模拟结果，具体讨论暴雨中的第二类条件不稳定(CISK)机制，即揭示了初始场改进使得中尺度系统的“spin-up”时间提前，暴雨预报效果改善的物理机制。     

从不同的陆面资料看城市化对北京强降水的影响

2004年7月10日,北京地区出现了一次强降水过程.该次过程主要是由中尺度对流云团的活动造成的,整个大环流形势给暴雨的发展提供了水汽条件.分析近地面的特征场发现,在降水发生前1-2 h,北京城区存在一个暖中心,其温度比周边地区高出2-3 ℃,存在明显的热岛现象.该城市热岛现象的出现,使得城区的气压相对较低,郊区有较冷空气向城区辐合,有利于城区产生上升运动,形成对流降水.另外,对该次过程的数值模拟结果表明,使用了最新的陆面资料的模拟结果明显好于没有使用最新的陆面资料的模拟结果.这在一定程度上说明了城市热岛效应对该次强降水具有一定的影响.     

基于土地利用和人为热修正的城市夏季高温数值试验

为了评估土地利用变化和人为热对区域气象环境产生的影响,同时针对WRF模式对城市土地利用和人为热刻画不够准确的现状,以上海为例,选用GLC2009对WRF中上海地区原有数据进行修正。通过楼层信息将上海市分为三类(商业区、高强度区、低强度区),同时重新估算了人为热通量和人为热释放日变化系数。利用WRF/UCM对2010年8月11—17日的一次高温过程进行了模拟试验。与观测资料的对比表明:新的土地利用数据较真实地反映了上海地区下垫面的变化,尤其是大规模建设导致的城市功能区变化;使用新的土地利用和人为热数据,温度和比湿模拟的平均偏差分别改善了1.95 ℃和0.713 g/kg;高温范围和比湿对土地利用的改变最敏感,高温强度对人为热最敏感。      

CSU－RAMS模式在区域气侯模拟中的应用

将ＣＳＵ－ＲＡＭＳ（中尺度）数值模式改造成“区域气候数值模式”以及进行区域气候数值模拟的试验研究。说明将有限区域中尺度数值模式与ＧＣＭ模式嵌套应用到区域气候数值模拟研究上能够取得有意义的结果。它能在一定程度上改善ＧＣＭ模式的不足。可以更为细致地描述大气环流的变化特征,是了解区域气候变化的有效方法之一。     

CSU－RAMS模式在区域气侯模拟中的应用

将ＣＳＵ－ＲＡＭＳ（中尺度）数值模式改造成“区域气候数值模式”以及进行区域气候数值模拟的试验研究。说明将有限区域中尺度数值模式与ＧＣＭ模式嵌套区域气候数值模拟研究上能够取得有意义的结果,它能在一定程度上改善ＧＣＭ模式的不足,可以更为细致地描述大气环流的变化特征,是了解区域气候变化的有效方法之一。