东亚夏季风建立前青藏高原地气温差变化特征

利用青藏高原地区112个站1980～2001年和部分站点1960～2000年的气温、地温资料,采用经验正交EOF和旋转经验正交REOF等方法,对东亚夏季风爆发前青藏高原地气温差的变化特征进行分析,并对其与东亚夏季风之间的联系进行了分析.结果表明,青藏高原地气温差一般超前气温、地温1个月达到全年最大值,比中国中东部同纬度...     

新疆阿勒泰地区地气温差变化特征分析

利用阿勒泰地区7个气象站1963-2004年0 cm地温和气温月平均资料,采用统计法、趋势和突变检验方法,分析了该地区地气温差的时空演变特征及突变.研究表明:该地区地气温差6月最大,12月最小;暖季最大,冬季最小,常年存在随季节变化的高低值区域与海拔和地形有关.地气温差受大尺度气候异常的影响,第一载荷向量场反映全区一致的性质,第二、三载荷向量场具有南北差异和东西差异.线性趋势分析表明,地气温差12月-次年2月呈显著下降趋势,4-9月和年均呈显著上升趋势,过渡季节3月和10-11月趋势变化不显著.突变检验表明,10-11月、12月-次年2月该地区地气温差在20世纪60年代末到70年代初发生了显著的突变,与其他文献的结论不同;3月、4-9月和年均在20世纪70年代末到80年代初发生了显著的突变,与其他文献的结论及新疆气候的突变较为一致.     

西北干旱区地气温差季节和年际变化特征的分析

利用西北干旱区49个气象站1961—2000年0 cm地温和气温月平均资料,采用逐级归并法、小波分析、经验正交函数(EOF)、旋转经验正交函数(REOF)方法,分析了西北干旱区地气温差的时空演变特征、气候突变和周期振荡。结果表明:西北干旱区地气温差可分为12月~2月、3月、4~6月、7~10月和11月5类,11月和12月~2月呈下降趋势,3月、4~6月和7~10月呈上升趋势,12月~2月下降幅度较大,4~6月上升幅度最大;地气温差受大尺度气候异常的影响,第一载荷向量反映了全区一致的性质;北疆区和内蒙区有异常变化存在;3月和11月的突变点为1977年,12月~2月、4~6月和7~10月的突变点为1981年;周期振荡主要以3~6年为主。     

天津城市环境对一次局地降水过程影响的模拟研究

采用中尺度气象模式WRF结合自动站观测资料,对天津城区及附近发生的一次局地降水过程进行数值模拟和敏感性试验,研究了城市环境(城市地表、城市大气污染)对降水发生发展的影响。结果表明:城市地表引起的热岛环流,叠加海风环流后,改变了辐合线的位置和强度,直接影响了对流降水的发生及落区。城市大气污染状况可影响对流发展后的强度及降水量,敏感性试验结果显示气溶胶浓度增大后区域平均降水量增加约25%;气溶胶的增雨效应主要表现在可增进对流云中液态水和冰相物质含量,增多的液态水物质被强的上升气流抬升到较高处冻结形成冰晶,这一过程中增多的凝结潜热又可促进对流发展,最终导致地面总降水量增多,研究个例中气溶胶浓度增加可使潜热加热率最大增加110 K·h~(-1)。     

屋顶绿化对城市降温效应的模拟分析——以南京市为例

利用WRF模式耦合单层城市冠层模式,针对屋顶绿化对城市降温效果进行了模拟,结果表明:(1)南京夏季绿化后的屋顶反照率约为0.15,较水泥及其他反光材料的反照率略小,在白天可造成约0.2℃的升温。(2)绿化后的屋顶热容量明显增加,可使白天气温下降0.33℃;在夜间,可使气温升高0.21℃左右。(3)在植被阻挡作用及土壤层阻挡作用下,屋顶的导热率降低。在白天,净辐射能很难向下层传递,从而转化为感热加热大气,造成气温升高。(4)土壤湿度的改变使更多净辐射能转化为潜热释放。在白天可使温度降低1.23℃;在夜间,平均降温幅度为0.44℃。除此之外,模拟不同季节的统计结果表明,屋顶绿化降温效果在夏季最为明显,最大降幅可达1.22℃,春季0.96℃,秋季0.75℃,冬季只有0.38℃。     

一次冻雨过程云物理特征的数值模拟

运用中尺度数值模式WRF3.5.1对2011年1月1日贵州境内的一次冻雨天气过程进行了数值模拟,研究了本次过程的大气层结、冻雨区云系的宏微观结构和云物理特征,初步分析了冻雨形成的云微物理过程和成因。结果表明,贵州境内的冻雨区(26°N~29°N)具有冷性和部分"冷—暖—冷"的温度层结,在高层没有显著的冰相粒子,冻雨区是相对较强的水汽辐合中心,丰富的水汽输送在冷性的环境条件下形成云滴,进而碰并产生雨滴,过冷雨水主要通过暖雨过程形成;雨滴继续下落至近地层并保持过冷雨水形式,最后接触到低于0°C的物体或地面,迅速冻结而产生地面冻雨。     

华南及邻近海域春季海陆温差减弱与东亚夏季风强度关系的分析和模拟

利用NCEP/NCAR再分析资料,计算了1948-2006年春季平均地面气温的线性变率,表明其在华南地区为负变率,而在南部海洋则为正变率,即华南及邻近海域的春季海陆温差具有明显的减弱趋势.合成分析表明,其与夏季东亚区域南风的减弱趋势存在一定的联系.采用第三代区域气候模式(ICTP RegCM3)进行了在春季增高华南陆地表面气温和降低南部海洋表面气温的理想状况数值模拟试验,进一步分析华南及其邻近海域春季海陆温差减弱趋势对东亚夏季风强度的影响.模拟结果表明,与控制试验相比,敏感试验模拟的夏季850 hPa风场在中国东部地区表现出南风减弱的特征(差值风场为北风),同时还可发现夏季中国东部及其以东洋面存在一个气旋性差值环流.因此,华南及其邻近海域春季海陆温差的减弱趋势对东亚夏季风强度可能具有一定的影响.     

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。     

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"。     

“0321”浙北地区一次雹暴过程的数值模拟研究

利用NCEP再分析资料,采用WRF V4.1模式对2020年3月21日发生在浙北地区的一次大范围超级单体雹暴过程进行数值模拟,结合常规观测资料、多普勒雷达产品等,分析了雹暴的雷达回波特征和云系的结构演变特征,并初步分析了冰雹形成的云物理机制。结果表明：此次雹暴过程是在高空急流右侧辐散区和低空急流左前侧辐合区相重叠的区域发生发展的,强垂直风切变有利于雹暴的维持和发展。多普勒雷达产品上呈现了雹暴的钩状回波、中气旋、典型的有界弱回波区、强回波悬垂和三体散射等特征。数值模式基本模拟出了雹暴云系的水平演变和垂直结构特征。模拟的过冷云水、冰晶、雪在雹粒子最大时表现为异常增强,在一定程度上有利于雹胚胎和冰雹的增长。     

成都精细下垫面信息对城市气象影响的模拟试验

为了提高成都市精细化天气预报水平,使用成都地区精细下垫面土地利用资料,在WRF中耦合了单层城市冠层模式,对2008年7月6 日晴空背景下的成都城市气象特征进行了模拟,并和使用旧土地利用资料、slab模式的模拟结果进行了对比分析.模拟结果表明城区因为不透水下垫面的增加,使得地表蒸发和地表水汽通量显著减小,潜热通量减小,感...     

南京地区城市下垫面特征对雷暴过程影响的数值模拟

本文选取2011年7月23日发生在南京的一次雷暴个例, 利用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecasting model),耦合Noah/UCM,并采用NCEP FNL 1°×1°每日4次的全球分析场资料作为初始场及南京自动站观测数据等,对南京地区城市下垫面特征对雷暴过程的影响进行了数值模拟。结果表明:模拟的雷暴发生发展过程与该地区城市下垫面有着密切的联系。首先,雷暴发生前期,南京地区热岛效应明显。其次,城市上空的感热通量较高,结合城郊下垫面热力差异造成的城市热岛环流,加强了城区的辐合上升,为雷暴的形成提供了重要的抬升作用。城市下垫面扩张,使其上空边界层高度相应提升,垂直混合高度增加,有助于对流云的发展。此外,城市下垫面加强了大气低层的扰动位温,为雷暴提供了不稳定的层结条件。最后,城市地表较大的粗糙度使雷暴降水在城区低层的迎风面一侧明显增强。     

城区下垫面特征对成都地区一次暴雨过程影响的数值模拟

利用NCEP/NCAR再分析资料对成都地区的一次区域性暴雨过程进行了诊断分析,并利用WRF模式对暴雨过程中城市下垫面的可能影响进行了敏感性试验。结果表明,WRF模式能较好地模拟出这次暴雨过程。改变城区下垫面特征后,与控制试验相比,敏感性试验的暴雨落区变化较小,强降雨中心面积有所增加,对四川盆地东部丘陵山区的温度增加影响...     

山丘地形的陆面过程及边界层特征的模拟

将模式NP-89的陆面过程参数化方法应用到北京大学的三维复杂地形中尺度数值模式中, 得到了一个较理想的三维陆面过程及边界层模式, 利用这个改进的三维模式对20 km×20 km范围的山丘地形的陆面过程及边界层特征进行了数值模拟。模拟结果表明, 由于地形阻挡所造成山后的湍流较山前强, 进而造成近地面温度梯度和感热支出小, 最终造成山后的温度比山前的温度明显偏高; 而且随着山高的增加, 这种现象更加明显, 即该模式对山丘地形条件下的陆面过程和大气边界层特征具有较强的模拟能力; 模拟结果合理, 对研究过山气流形成机制、起伏地形大气边界层物理特征和污染物的扩散具有理论和应用价值。     

Numerical Simulation Experiment of Land Surface Physical Processes and Local Climate Effect in Forest Underlying Surface

Based on the basic principles of atmospheric boundary layer and plant canopy micrometeorology, a forest underlying surface land surface physical process model and a two-dimensional atmospheric boundary layer numerical model are developed and numerical simulation experiments of biosphere and physiological processes of vegetation and soil volumetric water content have been done on land surface processes with local climate effect. The numerical simulation results are in good agreement with realistic observations, which can be used to obtain reasonable simulations for diurnal variations of canopy temperature, air temperature in canopy, ground surface temperature, and temporal and spatial distributions of potential temperature and vertical wind velocity as well as relative humidity and turbulence exchange coefficient over non-homogeneous underlying surfaces. It indicates that the model developed can be used to study the interaction between land surface process and atmospheric boundary layer over various underlying surfaces and can be extended to local climate studies. This work will settle a solid foundation for coupling climate models with the biosphere.     

青藏高原地区不同下垫面陆面过程的数值模拟研究

利用陆面过程模式Common Land Model(CoLM),选取青藏高原上3个不同下垫面观测站(藏东南站、纳木错站和珠峰站)的观测资料,对这3个野外观测站进行了单点数值模拟试验。根据3个测站的试验数据,对模式中土壤孔隙度和饱和导水率进行了优化,针对青藏高原地区土壤层薄的特点,对模式中土壤分层方案进行了调整。结果表明,调整分层方案后的CoLM模式对3个测站土壤湿度的模拟性能较原分层方案有明显提高,平均偏差均减小0.014以上。但是与观测值相比,藏东南站土壤湿度的模拟整体偏低,纳木错站和珠峰站则整体偏高。对土壤温度而言,3个测站模拟与观测的相关系数都达到了0.9以上,珠峰站偏差较大,调整分层方案后模拟的偏差有一定的改进。模式较好地模拟了3个测站的净辐射、感热通量和潜热通量的日变化和季节变化情况,调整分层方案后潜热通量的改进最为明显。     

城市下垫面对渤海湾海风锋特征影响的一次数值试验

海风锋与沿海强对流天气密切相关,而城市化发展对沿海地区下垫面的改变会对海风锋特征产生影响。鉴于此,本文利用耦合了新一代城市物理方案UCP-BEM(Urban Canopy Parameterization-Building Energy Model)的WRF(Weather Research and Forecasting)模式开展数值试验分析了城市下垫面对渤海湾海风锋特征的影响。结果显示:城市下垫面高粗糙度对低层海风风速的明显削弱造成海风锋往内陆推进距离稍减,低层辐合和上升运动减弱;城市下垫面较大的向上感热通量和较小的向上水汽通量以及高粗糙度对海风的削弱的共同作用造成冷湿海风对低层大气的降温和增湿幅度减弱;高粗糙度的城市下垫面对海风环流的摩擦力效应使得海风得到抬升,这导致了冷湿海风对低层大气的降温和增湿的垂直范围得到提升;受这些结果影响,海风锋背后低层有效位能减小,但垂直分布范围扩大,从而造成对流抑制高值区抬升,同时海风锋背后的静力不稳定区变厚,其上面的动力不稳定区则变薄,但不稳定区总厚度基本不变。     

基于不同陆面参数化方案的高温天气数值模拟

基于3种不同的陆面过程方案(SLAB、NOAH和RUC方案)利用WRF模式对2009年7月发生在江苏沿江及苏南地区包括沪宁高速公路在内的一次高温天气过程进行了对比模拟和分析.结果表明:①WRF模式中耦合陆面参数化方案后的试验结果更接近实况,且模拟的高温天气过程对不同陆面方案的选择较为敏感;②SLAB、NOAH、RUC ...     

我国东西部地区地气温差的年代际变化特征

利用1960~2006年我国地温、气温逐日4个时次[02:00(北京时间,下同)、08:00、14:00和20:00]的台站观测资料,计算并分析了我国东南、西北地区各季地气温差的年代际变化特征。分析结果表明:我国东南部地区各季地气温差在20世纪70年代末以前,大部分年份偏高,高于平均值,而在20世纪70年代末以后,我国东南部地区各季地气温差偏低,在夏季和冬季表现尤为明显。我国西北地区春季和夏季地气温差在20世纪70年代末以前大部分年份偏低,低于平均值;而在20世纪70年代末以后,地气温差则大部分年份明显偏高。我国西北地区秋季地气温差的年代际变化特征不明显,而冬季地气温差的年代际变化趋势与春夏季相反,在20世纪70年代末以前大部分年份偏高,高于平均值,而在20世纪70年代末以后偏低。另外,发现地温和气温对我国东南、西北地区各季地气温差的年代际变化在各季所起的贡献作用不同。     

淮河流域陆面水文过程的数值模拟

采用生物-大气传输模式（BATS模型）模拟了淮河流域山丘区和平原区在1998年汛期的暴雨洪水过程,从陆地-大气间水量交换的角度揭示了径流量、土壤含水量、土壤质地、植被分布的内在联系。结果表明：对于山丘区和平原区而言,根系层土壤含水量、土壤质地以及土壤颜色的变化对径流量的影响具有相似性,但是敏感性不同;而山丘区和平原区深层土壤含水量和植被覆盖率变化对径流量影响的作用正好相反。这些结果显示,由于山丘区与平原区的不同气候和下垫面条件,而造成两者水文性质的差异性,反映了大气-水文之间关系与作用的不同特征。