污染气溶胶对山西一次降水过程影响的数值模拟

利用耦合Morrision双参数物理方案的WRF(Weather Research and Forecasting)中尺度数值模式,对发生在2007年6月13日山西地区的一次强降水过程进行了模拟,并对清洁和污染背景下气溶胶对云微物理结构和降水变化的影响进行了敏感性试验和对比分析.结果显示:污染背景下,降水区域没有明显变...     

单次极端高温过程中城市热岛效应的识别

利用高密度自动观测站逐时气温资料和NCEP再分析资料,按照客观的标准选择参考站,分析2010年7月2~6日北京一次极端高温过程中城市热岛强度(IUHI)对城区地面气温时空分布的影响。此次高温过程连续5日的日最高气温均超过35.0°C,为北京站1951年以来连续5日平均最高气温的最高值。大陆暖高压控制我国大部分地区,北京处于高压脊前,西北气流下沉增温,加之气流越山引起的焚风效应,是导致此次极端高温过程发生的环流背景。但受城市热岛效应影响,最高、最低和平均气温的空间分布均出现了以城区为中心的高值区,从城区中心向郊区平均IUHI逐渐减小,最低气温IUHI较大,四环线以内5日平均IUHI达到2.93°C,四、五环线之间1.87°C,五、六环线之间1.43°C;最高气温IUHI较小,但四环线以内,四、五环线之间和五、六环线之间5日平均IUHI仍分别达到1.45°C、0.96°C和0.72°C。在7月3~6日夜间,四环内IUHI极值均在3.00°C以上,特别是7月6日凌晨达到5.50°C;白天IUHI相对较小,其中2日早晨甚至还出现了负值。城区各地带IUHI日变化规律几乎同步,具有两个相对稳定阶段和两个快速变化阶段。稳定的强IUHI阶段从21:00(北京时间,下同)持续到次日05:00,稳定的弱IUHI阶段从08:00至18:00;05:00至08:00是IUHI快速衰减阶段,而18:00至21:00是IUHI快速上升阶段。因此,城市热岛效应对北京城区夏季单次极端高温过程的强度及其空间分布具有显著影响,在很大程度上加重了城区特别是中心城区的高温影响。     

城市化对北京一次极端降水过程影响的数值分析

通过敏感性试验探讨了城市化对北京2011年6月23日局地极端降水事件的影响.结果表明耦合了城市冠层模式的WRF系统能较好地模拟出强降水的局地性和突发性特征,考虑了精细下垫面分类的敏感性试验模拟降水更接近实况;下垫面城市化对地表能量平衡影响明显,对大气的热量影响除加强地表对边界层大气向上感热输送外,还会减少局地地表蒸发及大气水分供应,增加边界层高度,并对移经本地的天气系统强度及水汽输送产生较明显的影响.     

城市热岛效应对北京夏季高温的影响

应用1998—2002年北京地区自动气象站观测资料,探讨了城市热岛效应对夏季高温的增幅作用。结果表明:北京地区夏季平均热岛指数随着环境温度的升高呈上升趋势,城市热岛效应对高温强度有明显的增幅作用。并应用中尺度MM5模式,对2000年7月一次典型高温天气过程进行了数值模拟。试验表明:模式对于北京地区夏季高温及城市热岛的范围和强度均有较好的模拟能力。     

城市化对中山夏季高温影响数值模拟

统计工业、交通、生活能源的消耗计算出中山市的人为热排放量,在WRF模式中使用新旧两套下垫面资料以及在城市地区引入人为热的排放,对2010年7月2—5日中山市的连续高温天气进行模拟,以评估城市化对中山市极端高温天气的影响。结果表明,在使用了新的下垫面资料后,模式能很好地模拟出中山市气温的变化和分布趋势,城市地区的热岛现象显著。城市下垫面和人为热分别使平均气温上升0.9℃和0.2℃,下垫面的改变引起的温度上升要比人为热明显,最低气温的增幅比最高气温要大。城市下垫面和人为热均能使城市热岛强度得到增强,热岛强度的变化在夜间比日间明显,在日出前达到最大,城市下垫面引起的热岛强度变化最大为1.5℃,而人为热为0.6℃。城市下垫面和人为热的引入增加了地表感热通量,使城市地区气温上升,下垫面引起的感热通量变化明显比人为热引起的要大。日间感热通量的增加比夜间大,但气温的增加则是夜间比日间明显。     

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"。     

WRF/UCM在广州高温天气及城市热岛模拟研究中的应用

应用WRF及其耦合的城市冠层模式(UCM,Urban Canopy Model),对2004年6月底—7月初受副热带高压和台风外围气流影响下发生在广州地区的一次高温天气过程进行了数值模拟。考察了WRF/UCM对"城市热岛"及城市高温天气模拟的应用效果。三个不同设计的模拟试验表明,E-UCM试验(新土地利用资料,耦合UCM模式)比E-BPA试验(新土地利用资料,BPA方法)和E-NOU试验(旧土地利用资料,耦合UCM模式)更好地模拟出了城区2 m高度温度的演变,平均绝对误差最小。尤其在夜间,E-UCM试验成功地再现了夜间热岛的形成及分布。城区及郊区地表能量平衡差异的分析表明,日间城区高温与低反射率引起的短波辐射吸收增加有关,由于城区缺少水汽蒸发蒸腾冷却过程,大部分能量收入被分配为感热加热大气。夜间,地表能量收入来自土壤热通量的向上输送,收入能量除部分用于长波辐射之外,由于城区潜热通量小,其余部分仍主要以感热形式加热大气。夜间热岛的形成与感热加热的持续有关,有利于夜间高温的维持。     

北京城市化对一次降雪过程影响的数值模拟研究

利用中尺度数值预报（Weather Research and Forecast,WRF）模式,针对2018年3月17日05—17时（北京时）北京地区的一次降雪过程模拟分析了城市化对降雪的主要影响机制。结果表明,城市化使得北京五环以内降雪量减少,降雨量增加,这主要是由于城市化低层增温效应加强了雪的融化过程,产生混合型降水,距离市中心越近越容易发生混合型降水。城市化对降雪的总降水量和降水的时、空分布也存在一定的影响。降水初期,城市化造成的“城市干热岛”效应不利于水汽的水平和垂直输送,不利于云的形成,地面总降水量减小。随着降水过程的发展,部分冰相粒子融化,使近地面水汽增多,“城市热岛效应”的热力抬升作用有利于水汽的垂直输送和云的发展,部分云滴或水汽抬升进入云中,增强冷云过程,使雪和霰粒子含量增大,地面总降水量增加。城市化产生的“城市效应”对低层大气温度和云微物理过程产生影响,而云微物理过程的非绝热过程反过来又影响低层大气温度和大气层结,影响能量和水汽输送,进而对云和地面降水产生影响。      

植被变化对2009年云南极端秋旱影响的数值模拟研究

利用Reg CM4模式对2009年云南极端秋旱开展了植被变化数值模拟试验。结果显示：Reg CM4对2009年云南极端秋旱具有较好的模拟能力,能够用于气候极端事件和植被变化气候影响的定量研究。植被退化和荒漠化导致降水减少、气温升高、比湿降低,大气状态更为干热化,试验情景下2009年云南极端秋旱加剧。植被变化导致云南上空700h Pa反气旋型偏差风场和500h Pa高度场异常升高是导致降水量减少的主要原因。荒漠化导致的干热化在范围、强度上都强于植被退化。     

北京一次污染天气过程特征的数值模拟

运用耦合了化学模块的中尺度数值模式WRF/Chem和自NCAR引进的人类污染物排放源数据对北京地区2012年8月31日污染天气过程的特征进行了数值模拟,结果表明模拟的臭氧(O_3)浓度具有明显的日变化特征,高、低峰值分别出现在午后和夜间,空间分布与流场有一定关系;PM_(2.5)也存在日变化,但空间分布相对稳定,高值主要聚集在城区;局地污染物具有水平输送特征,但因总量为零,并未加重污染物的局地聚集;来自北京南部的远距离输送是这次污染物的主要来源之一。敏感性试验分析发现,这次过程的O_3污染主要来源于北京之外的外源输送,而细颗粒物主要来源于本地生成;O_3污染对前体物(NO_x)的敏感性比较平稳,对挥发性有机物的敏感性起伏较大,凌晨至上午最为明显。     

北京市火险气象等级预警数值模拟研究

利用考虑了森林植被效应的M-γ尺度三维准静力平衡大气-土壤耦合模式, 对北京市各气象要素场进行了数值模拟试验, 并在此基础上, 给出了火险气象等级的空间分布。结果表明, 各气象要素场的模拟效果较好, 并能正确反映城市和山区不同下垫面上的一些基本气候特点和变化规律; 火险气象等级的界定也较为合理, 结果能够较真实地反映出北京市的火险空间分布情况, 从而具有一定为城市火灾预警及减灾提供科学依据的能力。     

北京延庆山区降雪云物理特征的垂直观测和数值模拟研究

基于风廓线雷达、云雷达、粒子谱仪、微波辐射计和自动站等垂直观测设备,结合中尺度数值模式WRF对2017年3月23~24日北京延庆海坨山地区的一次降雪过程进行了观测和数值模拟研究。研究结果表明:垂直探测仪器结合中尺度数值模式可以获得降雪的宏观结构和微物理信息,有助于对降雪的深入研究。此次降雪过程由中高层西南及偏南暖湿气流与低层东南偏冷空气交汇造成动力和水汽辐合抬升形成,4~5 km高度处的风切变有利于降雪的增强。上升气流有助于水汽的输送、冰雪转化以及雪晶凝华、聚合,冰晶数浓度中心对应着上升运动顶部。然而此次降雪云系低层过冷云水含量不足,降雪回波<20 dBZ,回波顶高<7 km,雪花垂直下落速度<2 m s-1,地面降水量大值与低层强回波区对应。降雪粒子谱分布范围较窄,以直径1 mm左右的小粒子为主,相态主要为干雪,基本不存在混合相态。     

随机玻璃-聚合物混合超材料屋顶对南京夏季降温效应的模拟分析

为缓解南京夏季城市热环境危机,利用天气研究和预报模式(WRF),模拟了3类屋顶(普通屋顶、高反照率屋顶、随机玻璃-聚合物混合超材料屋顶)对南京夏季高温天气的影响。结果表明:(1)冷却屋顶(高反照率屋顶和随机玻璃-聚合物混合超材料屋顶)均可通过削弱到达城市表面的太阳辐射而使城市降温,随机玻璃-聚合物混合超材料屋顶白天平均降温为0.8～1.2℃,夜间平均降温为0.2～0.4℃,高反照率屋顶白天平均降温为0.6～0.8℃,夜间平均降温为0.2℃;(2)表面温度指数可表征冷却屋顶的热力性能,随机玻璃-聚合物混合超材料屋顶的表面温度指数为0.16～0.43,高反照率屋顶的表面温度指数为0.05～0.26,表明随机玻璃-聚合物混合超材料屋顶的冷却效果强于高反照率屋顶;(3)高反照率屋顶和随机玻璃-聚合物混合超材料屋顶分别能将36.7%和47.1%的太阳短波辐射返回到大气层,分别比普通屋顶少吸收19.6%和34.8%的热量。     

沪宁高速公路一次复杂性大雾过程的数值模拟试验

为探明高速公路大雾天气的成因和演变规律,揭示雾影响交通能见度的机理,本文根据布设于我国沪宁高速公路沿线的环境气象自动监测系统(AWMS)实测资料和覆盖公路周边地区的常规气象台站观测资料,筛选出2009年11月7日发生在沪宁高速公路上的一次典型复杂性大雾天气过程.在分析天气实况的基础上,应用高时空分辨率的非静力中尺度数值预报模式WRF3.1,结合NCEP 0.5°×0.5°气象再分析资料,对该过程进行了数值模拟;利用实测资料对模拟结果进行了验证,并剖析了此次复杂性大雾过程形成的动力、水汽和热力条件.研究表明:(1)本次大雾前后的天气形势相对稳定,江苏地区主要受入海反气旋西南侧东南气流影响,整个大雾过程中地面风力始终微弱,为大雾形成提供了有利的动力条件;(2)模式模拟的由大气液态含水量条件判别的成雾区分布与实测雾区范围基本吻合;(3)模式模拟的能见度与AWMS实测能见度十分接近;(4)本次大雾过程最初是团雾雏形,在夜间辐射冷却作用下,转为辐射雾,之后,来自东南海上的暖湿空气平流进入江苏陆地后,所产生的平流雾雾体与原有辐射雾雾体结合发展为范围更大的辐射平流混合雾;(5)日出后短波辐射增温是此次复杂性大雾雾体得以快速消散的主要原因.     

基于TMI产品资料对数值模式水凝物模拟能力的检验分析

本文利用热带测雨卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)搭载微波成像仪(TRMM Microwave Imager,TMI)的探测及反演结果,结合微波辐射传输模式,就2004年17号台风暹芭(Chaba)过程,对AREM(Advanced Regional Eta-coo...     

北京城市边界层热岛的日变化周期模拟

用非静力平衡的中尺度模式MM5来模拟北京冬季的热岛。模式采用三重嵌套网格,最高水平分辨率为3 km。在模式中加入分辨率为200 m×200 m的实测北京建筑物高度和地表利用资料,并将下垫面的城市人为热源分为常数部分和日周期变化部分。数值模拟结果显示:MM5模式对这次北京的热岛及热岛环流具有较好的模拟能力。考虑了日周期变化的人为热源作用的数值试验模拟出的热岛的日变化比将热源单纯考虑为常数与实况更接近,这表明加入与实际情况相符的人为热对模拟有改善。     

Simulations of the Impact of Lakes on Local and Regional Climate Over the Tibetan Plateau

ABSTRACT

Because of the high elevation and complex topography of the Tibetan Plateau (TP), the role of lakes in the climate system over the Tibetan Plateau is not well understood. For this study, we investigated the impact of lake processes on local and regional climate using the Weather Research and Forecasting (WRF) model, which includes a one-dimensional physically based lake model. The first simulation with the WRF model was performed for the TP over the 2000–2010 period, and the second was carried out during the same period but with the lakes filled with nearby land-use types. Results with the lake simulation show that the model captures the spatial and temporal patterns of annual mean precipitation and temperature well over the TP. Through comparison of the two simulations, we found that the TP lakes mainly cool the near-surface air, inducing a decreasing sensible heat flux for the entire year. Meanwhile, stronger evaporation produced by the lakes is found in the fall. During the summer, the cooling effect of the lakes decreases precipitation in the surrounding area and generates anomalous circulation patterns. In conclusion, the TP lakes cool the near-surface atmosphere most of the time, weaken the sensible heat flux, and strengthen the latent heat flux, resulting in changes in mesoscale precipitation and regional-scale circulation.