局地云量变化气候效应的数值模拟

本文用统计得到的东半球夏季平均云量资料，利用改进的云－辐射计算模式，在三维有限区域模式中模拟局地云量变化的气候效应。模拟结果表明，高原地区和热带辐合带云量变化造成的气候效应都主要表现在青藏高原地区。在低反照率时，高原地区云量减少使该地区地表加热，引起高低空气压系统加强；高反照率时结果相反。热带辐合带云量减少会引起青藏高原地区降温和气压系统减弱。     

青海湖热力状况对气候变化响应的数值研究北大核心CSCD

湖泊对气候变化非常敏感,是气候变化的指示器。青藏高原湖泊众多,但由于观测数据的缺乏,目前对全球变暖背景下高原湖泊热力状况的研究依然不足且多为短期研究。利用中国科学院青藏高原研究所(ITPCAS)开发的中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集、MODIS地表温度数据、青海湖浮标观测数据,分析了Freshwater Lake Model(简称Flake模式)在青海湖的适用性,揭示了青海湖热力状况对气候变化的响应。结果表明,Flake模式能够很好的模拟出青海湖的热力状况,但对夏季与秋季的湖表面水温(特别是夜间)模拟偏高,部分是驱动数据误差造成的,修正驱动数据后模拟效果得到改善。对1989 2012年Flake模拟的湖表面温度与ITPCAS数据不同驱动要素之间的年际变化趋势与相关性进行分析,发现青海湖表面温度呈现上升趋势,与气温、向下长波辐射有较好的正相关性,而与风速负相关。内部热力状况的模拟结果显示,青海湖混合层温度基本全年呈上升趋势,其中5、6月及12月增温最显著;湖泊底层温度在5月以及12月的两次季节性翻转时期呈上升趋势,在6 10月湖水分层期呈下降趋势,分层期湖泊上层温度升高会加强湖水层结稳定性,使湖水混合减弱,导致底层温度下降。     

南半球臭氧变化气候效应的数值模拟

采用一个陆气耦合的９层谱模式模拟了南半球臭氧减少所产生的气候效应。数值试验结果表明,南半球臭氧的减少不仅对南半球温度场的 大气环流有影响,而且对北半球的温度场结构和大气环汉也有一定的影响。其气候效应具有全球性。南半球臭氧减少总体上可以使平流层中层以上大气降温、平流层低层增温、对流层顶附近降温。此外,在北半球冬半年期间,南半球臭氧的减少可使南北半球的副热带西风急流都减弱,极锋急流都增强;在北半球夏半     

森林下垫面陆面物理过程及局地气候效应的数值模拟试验

文中基于大气边界层和植被冠层微气象学基本原理 ,建立了一个森林植被效应的陆面物理过程和二维大气边界层数值模式。并应用该模式进行了植被和土壤含水量等生物和生理过程在陆面过程和局地气候效应方面的数值模拟试验。所得数值模拟试验结果与实际情况相吻合。结果表明 ,应用该模式可获得植被温度、植被冠层内空气温度、地表温度日变化特征 ;森林下垫面大气边界层风速、位温、比湿、湍流交换系数的时空分布和日变化特征。该模式还可应用于不同下垫面 ,模拟陆面物理过程与大气边界层相互作用机制及其局地气候效应的研究 ,这将为气候模式与生物圈的耦合研究奠定一个良好的基础。     

夏季太湖局地气候效应的数值模拟研究

利用WRF模式,通过数值模拟试验研究了夏季太湖的局地气候效应,揭示了太湖对局地降水、温度等气象要素的影响,并探讨了内在的物理机制。结果表明:太湖主要在局地尺度上引起夏季地面气温降低和降水的减少,影响强度从湖区向周边地区逐渐减弱;太湖引起的夏季降水减少主要来源于对对流性降水的减弱作用;太湖对湖区及邻近区域夏季地面气温和降水的影响表现出明显的日变化特征,白天影响程度明显强于夜间且在午后的影响最强;太湖在午后引起湖区及邻近地区低层大气显著降温和异常辐散,抑制了该区域的大气对流活动并引起对流降水的明显减少,进而造成夏季太湖及邻近地区降水的减少。     

非均匀下垫面局地气候效应的数值模拟

使用美国NCAR非静力平衡模式MM 5V3,模拟了黑河地区非均匀下垫面局地小气候效应 ,再现了山谷风环流及夏季“绿洲效应”、沙漠上的“逆湿”和由于地表热力分布不均匀引起的绿洲—沙漠垂直环流等绿洲—沙漠相互作用的典型特征 ,较全面地揭示了非均匀地表大气边界层内的风、温、湿度场与陆面相互作用的物理机理 ,验证了野外实验的结果     

河西绿洲效应的数值模拟研究

利用MM5V3．6模式,设计了一组河西绿洲存存的控制试验和绿洲变为荒漠的“去绿洲”试验;模拟分析了剔除现有绿洲影响下,背景场的环流、温度及湿度情况,同时对比分析了绿洲存在状况下,环流场及温度、湿度场的特征。通过两者的对比分析,更加清晰地再现了河西绿洲效应的特点。     

长三角城市群下垫面变化气候效应的模拟研究

利用法国动力气象实验室发展的高分辨可变网格大气环流模式LMDZ,分别通过LMDZ的高分辨可变网格区域版及其全球版模式的数值模拟,研究长三角城市群下垫面变化带来的夏季气候效应,并尝试探讨大尺度环流的响应.其中LMDZ高分辨区域模式的模拟结果表明长三角城市群下垫面变化可导致夏季长三角地区接受的净辐射明显增加,感热通量上升,潜热通量下降,引起局地地表温度显著上升.同时西太平洋副热带高压西伸北抬控制长三角地区,反气旋性水汽通量异常,导致该地区降水异常减少.进一步对LMDZ全球模式的模拟结果分析,发现长三角城市群下垫面变化可能会引起大气基本模态的变化,进而引起南北半球中高纬异常波列结构的出现.     

东亚地区硫酸盐气溶胶间接辐射和气候效应的数值模拟研究

本文利用发展的RIEMS对硫酸盐气溶胶第一间接辐射强迫及其气候效应进行了研究.同卫星观测和其它模式模拟结果对比表明,RIEMS能比较好地模拟云和辐射过程.东亚地区硫酸盐气溶胶的第一间接辐射强迫为负并有明显的季节变化,各季节分别为:冬季-0.88 W/m2,春季-2.27 W/m2,夏季-2.41 W/m2,秋季-1.4...     

云辐射效应对一次高原低涡过程影响的数值模拟研究

利用NCEP-FNL再分析资料、FY-2G卫星相当黑体亮温TBB数据,通过WRF(V3.8.1)模式对2015年8月5—7日的一次高原低涡过程进行了4组模拟试验,研究了云辐射效应对高原低涡过程的影响。结果表明,云辐射效应主要通过改变云区的辐射分布影响大气稳定度,从而影响高原低涡的发展和结构。在低涡生成阶段,白天云辐射加热抑制低涡南侧的对流,从而有利于水汽和动量向低涡源地输送;夜间云顶长波冷却促进涡区的对流活动,有利于低涡的发展。低涡成熟阶段中,涡心及其周围区域夜间辐射冷却的水平和垂直分布利于涡心下沉、外围上升的垂直运动分布,并与云辐射效应构成正反馈过程,有利于涡眼结构的形成。在低涡快速东移阶段中,云辐射加热和冷却的昼夜变化调节着低涡的强度和东移速度,而当低涡东移出高原后,这种作用则变得不显著。     

青藏高原东坡地形短波辐射效应的模拟研究

本文选择2012年8月16~17日降水个例,利用WRFV3.5天气模式模拟研究青藏高原东坡的地形坡度、坡向及覆盖短波辐射效应(Effect of Slope,Aspect and Shading,ESAS)。结果显示,ESAS产生的短波辐射强迫(强迫)空间分布与坡度大小一致,表现为坡度大时强迫大,坡度小时强迫小;朝西坡向为负强迫,坡向朝东为正强迫,正负强迫分别超过20和32W m-2。地形覆盖使得坡度和坡向在青藏高原东坡(高原东坡)上产生的地面短波辐射通量变化(辐射通量变化)整体向东南移入盆地,位移后的辐射通量增减仍然和高原东坡的坡度、坡向分布一致。地表热通量、地表温度在白天的变化和辐射通量变化分布一致,均在四川盆地内有一条高值带,且形状类似高原东坡和盆地的衔接线;EASA对地面各热通量的影响可以延续到夜间,使得夜间地表热通量变化和高值区位置与白天相似,但变化幅度减小。水汽混合比和风场的变化均具有与潜热变化相似的空间形态,在夜间尤其明显。潜热的增加(减小)可能引起风速增减加(减小),并最终导致降水的改变。      

广州地区局地环流的数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所的Eta模式和中-β气象预报模式,选择广州地区不同季节的47天,得到47例(包括夏季和冬季)24h环流的数值模拟结果,经过认真分析。得到影响广州地区的主要局地环流型有三种,即辐合气流型、辐散气流型、热岛环流型。从模拟的统计结果来看,辐合气流型、辐散气流型、热岛环流型分别为28％、26％、36％,为广州市空气污染数值预报提供了典型的气象场资料。     

绿洲内城镇气候效应的数值模拟

利用数值模式MM5探讨了绿洲内的城镇以及城镇进一步扩大后对绿洲小气候的影响,模拟结果显示：在边长约50 km的三角形绿洲内实际存在的远离绿洲中心的5 km×4 km的城镇,对绿洲小气候的影响较小;当城镇位于绿洲中心后,对绿洲小气候的影响将增强;城镇远离绿洲中心有利于绿洲的良性发展。当城镇范围扩大后,其对绿洲小气候的影响将变得明显,白天城镇上的辐合中心将减弱低层辐散的绿洲风强度,有利于绿洲周边荒漠暖干空气侵扰绿洲;向城镇辐合产生的上升运动,将使绿洲上的低层水汽向高空输送,加大水汽的损耗;绿洲内城镇的存在也升高了绿洲总体边界层高度,不利于水汽在低层的滞留;城镇的增大将不利于绿洲的良性发展。绿洲内的城镇增加相同的面积,横风向扩展城镇试验中城镇对绿洲冷岛效应的破坏强于城镇沿顺风向扩展。     

利用RAMS模式对山谷城市兰州冬季湖泊效应的数值模拟

利用美国科罗拉多州立大学和MRC/ASTER发展的RAMS中尺度气象模式, 以NECP再分析资料为初、 边值条件, 在兰州城区东面设计了有湖和无湖两个试验, 做了72 h三重嵌套模拟试验, 分别模拟了两种情况下冬季兰州山谷地区的湖泊效应和大气边界层特征。模拟结果表明： （1）白天兰州山谷地区谷风在14：00强度达到最大。加入湖泊后, 14：00湖风强度增大, 湖风对谷风没有明显影响, 只对湖区及岸边附近的风场有影响。兰州山谷地区20：00以后山风开始出现, 到05：00左右北山山风的风速大于南山山风。05：00以后南山山风风速增大, 山谷以偏西风为主。加入湖泊后, 陆风也在夜间02：00左右表现的最为明显, 陆风和山风相互叠加, 导致兰州山谷东部地区西风风速增大; （2）加入湖泊后, 对周围地区气温的影响表现为夜间有增温作用, 增温作用随着离湖泊的距离渐远而减弱。在靠近湖区处夜间的近地面逆温强度减弱; （3）加入湖泊后, 对靠近湖面处空气相对湿度的影响表现为减小, 对靠近湖西岸陆地上近地面空气相对湿度的影响表现为先减小后增加, 这一点在夜间表现的最明显, 对靠近湖面处空气绝对湿度的影响表现为增加; （4）加入湖泊后, 湖区的净辐射和感热通量都减小, 湖的东西两岸的净辐射和感热通量都增大。在22：00到凌晨05：00之间, 靠近湖西岸的陆地上净辐射和感热通量也有所增大。     

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.     

东北冷涡引发的局地暴雨数值模拟研究

利用CDAS-NCEP/NCAR 再分析资料,应用Penn State/NCAR的高分辨率中尺度模式MM5V3-7,成功模拟出2005年7月9—12日东北冷涡诱发的一次连续雷雨过程,重点分析了7月9日造成沈阳及周边地区的一次局地暴雨过程,并对其中的一个连续发展的中β尺度对流系统的演变、中尺度结构特点进行了研究。结果表明：冷涡总是以水平旋转的中高层的干冷空气堆作为其结构特点。在冷涡的东南侧高空干冷堆的边缘区域,轨迹呈直立状,从行星边界层向上穿越整个对流层,显示出该地区存在强对流。干冷堆的边缘区域下方的低层暖湿输送是冷涡局地强对流发展的关键。局地对流发展时,出现干冷堆的边缘区域的S_e上下层接近或者打通现象。     

夏季青海湖局地环流及大气边界层特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V3.6非静力模式,采用两重嵌套方法,模拟了青海湖区域的局地环流及大气边界层特征,并且与无湖试验进行了比较。结果表明:白天由于青海湖的存在有很好的降温作用,夜晚则有保温效应,表现出明显的冷(暖)湖效应;青海湖对感热和潜热的影响有很强的日变化,白天湖面感热、潜热都小,夜间情况相反,这使得白天青海湖是冷干岛,夜间是暖湿岛;青海湖使得白天湖面边界层顶低,陆面边界层顶高,夜间相反。这样的边界层顶高度和温度、地面能量通量相配合,形成了一个很好的保护机制,对青海湖的水土保持和生态环境的维持有正效应;青海湖使得湖面上空大气下沉,陆面上空大气上升,从而产生了湖面上空大气冷干,陆面上空大气暖湿的边界层特征;青海湖边缘的陆面形成的较大的湿气柱围绕着湖面,起到了保护湖面的作用;青海湖低空白天有明显的湖面向四周的辐散气流,而夜间则为从北偏东方向来的陆风。     

青海秋季对流云降水及催化过程数值模拟研究

利用CAMS三维对流云模式和青海省河南县秋季外场试验取得的资料，对自然云的发展演变过程进行了数值模拟试验。进一步就催化时间、催化剂量对增雨效果的影响进行了数值试验。结果表明，该地区秋季对流云降水主要为冷云降水，冰晶是霰产生的主要来源，冰霰自动转化是霰产生的最主要方式，冰晶与霰的碰并又促进了霰的进一步增长，霰是云中过冷水消耗的主要因素。人工播撒催化剂应在冰核活化过程大量开始以前进行，以达到增加冰晶浓度，消耗过冷云水，从而增加降水的目的。     

局地海啸对我国南海影响的数值模拟分析

选取了一组代表性的南海海啸源,并分别使用COMCOT海啸模式,以数值模拟的方法对南海局地海啸源进行了数值模拟,从海啸的传播影响时间、波高和能量分布等角度,分析了如果南海发生地震海啸,不同海啸源将会对我国南海沿岸地区和南海岛礁造成的影响。通过敏感性试验证实,海啸波的强度受地震震级变化影响较大,因此,如果南海发生强震引发局地海啸,不同海啸源将会给我国南海周边及岛礁等不同区域造成严重损害。     

我所数值预报和气候模拟研究的回顾与思考

了从６０年代中期以来,我所开了和模拟研究的三个主要发展阶段,即１９６４－１９７２年间的地转模式阶段;１９７３－１９８６年间的四个原始方程模式的发展阶段;以及１９８７年后至今的模式业务化及全所广泛开展数值模拟研究阶段。