太湖风生流三维数值模拟试验

本文建立了一个适合太湖的三维水动力学模式，考虑太湖局地风场的影响，模拟了太湖的风生流，模拟结果和二维模式的计算结果相比，流速值较符合实际。另外，研究了太湖地形因子对太湖环流的影响，指出洞庭西山和洞庭东山间狭长的过道区是产生太湖大范围环流的重要原因。为了研究太湖中藻类的治理和富集问题，对不同风向作用下太湖的散度场进行了分析计算，对太湖的梅梁湾和贡湖地区进行分析，结果可归纳为三类：（１）辐合型（对应Ｓ、ＳＷ风）；（２）辐散型（对应Ｎ、ＮＥ风）；（３）并存型（对应Ｗ、ＮＷ、Ｅ、ＳＥ风）。     

南极地区冰雪消失对全球大气环流和气候影响的数值模拟

本文利用全球大气环流模式通过数值模拟研究了北半球夏季南极地区冰雪覆盖的消失对大气环流和全球气候影响的过程。结果表明南极冰雪消失不仅影响南半球大气环流异常,而且通过引起热带环流异常如增强东亚季风环流和减弱Walker环流等引起北半球大气环流和我国夏季气候的异常。南极冰雪覆盖的消失将给全球气候带来严重后果。文中也对南极冰雪气候效应的动力学机制进行了讨论。     

山地背风涡旋的数值研究

本文建立了一个三维原始方程数值模式，模拟山地背风坡的环流系统。模拟结果表明，在较强层结条件下，山地背风坡上地形性中尺度斜压性大大加强，引起背风坡上的反向环流和涡旋偶极子，非粘性动力强迫效应是流场分离的重要机制。     

大河三角洲河口海岸演化机理模型研究:(II)模型构建与实证

本文以z坐标下的三维斜压海洋动力学数值模式为基本模式原型,在整理渤海基本数据并诊断计算风生环流和热盐环流作为背景环流场基础上,初步建立了渤海海域动力环境数值模式。模式采用了经校正的Bagnold型方程来计算渤海底移质沉积物输运,悬移质计算则是取二维深度平均悬移质输运方程和河床变形方程,计算含沙量分布以及由悬移物引起的冲淤厚度。利用这种方法建立的沉积物输运模式,定量模拟了渤海沿岸和海底的沉积物输运方向和冲淤分布。模拟结果与通过多年实测水深估算获得的渤海海底沉积物的冲淤变化分布相比较,两者之间在基本结论上是比较一致的     

大河三角洲河口海岸演化机理模型研究:(II)模型构建与实证

本文以z坐标下的三维斜压海洋动力学数值模式为基本模式原型 ,在整理渤海基本数据并诊断计算风生环流和热盐环流作为背景环流场基础上 ,初步建立了渤海海域动力环境数值模式。模式采用了经校正的Bagnold型方程来计算渤海底移质沉积物输运 ,悬移质计算则是取二维深度平均悬移质输运方程和河床变形方程 ,计算含沙量分布以及由悬移物引起的冲淤厚度。利用这种方法建立的沉积物输运模式 ,定量模拟了渤海沿岸和海底的沉积物输运方向和冲淤分布。模拟结果与通过多年实测水深估算获得的渤海海底沉积物的冲淤变化分布相比较 ,两者之间在基本结论上是比较一致的     

不同水平分辨率BCC_CSM模式对中亚夏季降水模拟能力评估

地处干旱和半干旱气候区的中亚地区脆弱的生态环境对气候变化非常敏感,提高气候模式在中亚地区的模拟能力为应对未来气候变化制订科学的措施非常必要。利用两种分辨率的北京气候中心BCC_CSM模式(低分辨率BCC_CSM1.1模式和高分辨率BCC_CSM1.1m模式)提供的1948-2012年间CMIP5历史模拟试验结果系统评估了不同水平分辨率BCC_CSM气候模式对中亚夏季降水的模拟性能,并进一步揭示了水平分辨率对模式性能的影响,同时探讨了可能原因。结果表明:提高模式水平分辨率能够较明显地改善BCC_CSM气候模式对中亚夏季降水年际变率和长期变化趋势的模拟能力,但对整个中亚地区以及中亚西部地区夏季降水气候平均态的改善并不明显。相对于BCC_CSM1.1模式,BCC_CSM1.1 m模式对中亚东部地区夏季降水气候平均态、年际变率以及长期变化趋势的改善比西部地区更加显著。BCC_CSM1.1 m模式改善了对中亚地区夏季大尺度和对流性降水的长期变化趋势以及大尺度降水的气候平均态和年际变率的模拟能力,但对对流性降水气候平均态以及年际变率的模拟效果变得更差。总的说来,BCC_CSM1.1 m模式对中亚夏季总降水模拟性能的提高主要归功于对大尺度降水模拟的明显改善。机制分析表明提高模式水平分辨率能够改善BCC_CSM气候模式对200 h Pa西风环流以及850 h Pa环流场的模拟进而提高对中亚夏季降水的模拟性能。     

不同水平分辨率BCC_CSM模式对中亚夏季降水模拟能力评估北大核心CSCD

地处干旱和半干旱气候区的中亚地区脆弱的生态环境对气候变化非常敏感,提高气候模式在中亚地区的模拟能力为应对未来气候变化制订科学的措施非常必要。利用两种分辨率的北京气候中心BCC_CSM模式(低分辨率BCC_CSM1.1模式和高分辨率BCC_CSM1.1m模式)提供的1948-2012年间CMIP5历史模拟试验结果系统评估了不同水平分辨率BCC_CSM气候模式对中亚夏季降水的模拟性能,并进一步揭示了水平分辨率对模式性能的影响,同时探讨了可能原因。结果表明:提高模式水平分辨率能够较明显地改善BCC_CSM气候模式对中亚夏季降水年际变率和长期变化趋势的模拟能力,但对整个中亚地区以及中亚西部地区夏季降水气候平均态的改善并不明显。相对于BCC_CSM1.1模式,BCC_CSM1.1 m模式对中亚东部地区夏季降水气候平均态、年际变率以及长期变化趋势的改善比西部地区更加显著。BCC_CSM1.1 m模式改善了对中亚地区夏季大尺度和对流性降水的长期变化趋势以及大尺度降水的气候平均态和年际变率的模拟能力,但对对流性降水气候平均态以及年际变率的模拟效果变得更差。总的说来,BCC_CSM1.1 m模式对中亚夏季总降水模拟性能的提高主要归功于对大尺度降水模拟的明显改善。机制分析表明提高模式水平分辨率能够改善BCC_CSM气候模式对200 h Pa西风环流以及850 h Pa环流场的模拟进而提高对中亚夏季降水的模拟性能。     

气候变化对中国植被可能影响的模拟

依据我国植被和气候的关系对生物地理模式MAPSS中的某些参数和过程进行了调整。将改进后MAPSS模拟的当前气候状况下潜在植被类型及叶面积指数的分布与我国植被区划图和多年平均的NDVI（NOAA／AVHRR）比较，发现结果有了很大的改进。将大气环流模式HadCM2对未来气候变化的预测结果应用于改进后的MAPSS对我国植被未来的变化进行了模拟。考虑到未来大气升高的CO2浓度对植物水分利用率（WUE）的可能影响，进行了WUE变化和不变化2种预测。结果发现未来气候变化可能导致我国东部森林植被带的北移，尤其是北方的落叶针叶林的面积减少很大，以至可能移出我国境内；华北地区和东北辽河流域未来可能草原化；西部的沙漠和草原可能略有退缩，相应被草原和灌丛取代；高寒草甸的分布可能略有缩小，将被萨瓦纳和常绿针叶林取代。同时模拟的结果表明模型对WUE非常敏感。最后对结果的不确定性进行了讨论。     

松嫩沙地地球化学特征及其对风尘物质贡献的指示

中国北部沙漠-沙地作为亚洲风尘系统的重要组成部分，是亚洲重要的粉尘源区。对松嫩沙地和欧亚黄土带最东端黄土沉积的源-汇系统进行研究，有利于了解松嫩平原冰期-间冰期大气环流模式与粉尘传输路径之间的关系，并为区域生态环境和沙尘天气治理提供科学依据。本研究采集了松嫩沙地全范围的47件样品（<63μm）进行元素地球化学分析（常量元素、微量元素和稀土元素），建立了完整的松嫩沙地地球化学数据库，并通过主成分分析和频率模型进行物源定量重建，结合物源判别图解探讨松嫩沙地对下风向区域风尘物质的贡献度。结果表明：松嫩沙地处于化学风化初级阶段，沉积物的成熟度较低，由大多数初次循环和少数再循环沉积混合组成。定量重建结果将松嫩沙地划分为西北部、西南-W部、西南-E部3个分区，对哈尔滨黄土的贡献度依次为西南-E部（即松花江水系沉积物）40.5%～66.3%、西南-W部24.9%～48.9%、西北部1.9%～13.2%。物源判别图解表明哈尔滨黄土与现代尘暴粉尘有相似的源区，揭示了松嫩平原冰期-间冰期粉尘传输路径一直以西南方向为主，与冰期以西北风为主导的环流模式存在差异。哈尔滨西北方向粉尘源区（松嫩沙地西北部和呼...     

1991-2010年全球沙尘气溶胶排放量气候特征及其大气环流影响因子

利用全球气候模式CAM5.1的20年(1991—2010年)沙尘气溶胶排放量模拟,分析全球沙尘气溶胶排放量的时空变化及其大气环流影响因子。结果表明:20年全球年平均沙尘气溶胶排放总量为1 152±28 Mt,全球沙尘气溶胶排放源主要集中在北非、阿拉伯半岛和中亚、东亚、澳大利亚及北美沙漠地区。北非沙漠地区作为全球最大的沙尘排放源区,占全球沙尘源总量的61.8%。各沙漠区均有显著的沙尘排放的季节变化和年际波动,沙尘气溶胶呈现春、夏季强排放和秋、冬季弱排放的季节循环。相对于沙尘排放的季节变化,其年际变化幅度明显偏弱。基于大气环流指数与沙尘气溶胶排放年际变化的相关显著程度,确定主要影响全球和主要沙漠地区沙尘排放量的大气环流因子:南方涛动指数SOI、北极涛动AO、南极涛动AAO、大西洋年际振荡指数AMO、北太平洋遥相关指数NP以及西太平洋指数WP。全球主要沙漠地区沙尘排放量与大气环流因子之间的相关性具有明显的区域分布特征,在同一沙漠的不同区域甚至可以表现出正负相反的相关性。热带海气相互作用的ENSO循环中,拉尼娜年(厄尔尼诺年)北非地区的沙尘排放量偏多(少),阿拉伯半岛和中亚地区的沙尘排放量偏少(多)。     

针对北极地区典型月份期间的大气数值模拟分析

本文利用极地中尺度数值模式Polar MM5对2005年7月17日～19日, 2007年12月20日～24日北极地区大气环流进行了中尺度数值模拟, 分析比较了北极夏季典型代表月7月间和冬季典型代表月12月间大气特征。数值分析表明,在500hPa高度上,12月和7月极区的大气环流都主要由2个波动控制;夏季的冰岛低压在冬季表现为一个高压系统,并且伸展到格陵兰岛上空。我们选择了2个北极地区探空站与相应温度场和风场的数值模拟结果进行了对比,表明数值模式能够很好地再现观测到得大气分布特征,表现为小的模式偏差和较高的相关系数。夏季7月份期间, Barrow 站2m处空气温度,感热通量和潜热通量具有明显的日变化特征和极地逆温层结垂直结构特征;冬季12月份期间,Barrow 站2m处空气温度,感热通量和潜热通量呈现出反位相变化的特征,虽然各通量峰值远小于夏季时的情形,但是北极所考虑站点下垫面在冬季12月和夏季7月份都是大气的热源和水汽源。     

山地、湖泊的三维大气－斜压水动力学耦合模式──在日本琵琶湖水－气系统中的应用

大气、湖泊的边界层是大气边界层和湖泊边界层两部分组成的，它们之间通过湍流交换连接在一起，形成一整体系统。经过分界面的动量通量是连续的，热量是守恒的。基于此，本文在近几年工作的基础上，建立了大气边界层与水动力学模式的耦合模型，并对日本琵琶湖进行了实验研究，获得了一些比正压和均匀风场模式更符合观测实际的结论：（１）无论夏季（ＳＳＷ）和冬季（ＮＮＥ）作用下，湖面均可形成正的风涡度场；（２）夏季时，风的正涡度场对形成琵琶湖中观测到的环流特征起着十分重要的作用，而且还构造出与环流相匹配的深水区低、浅水区高的温度场；（３）夏季时，初始温度场的水平分布特征对模式结果的影响很小；（４）冬季时，湖中无明显水平环流生成。     

山地绿洲边界层特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V35非静力平衡模式, 采用三重嵌套的降尺度方法, 通过设计理想的地形和山地绿洲, 模拟研究了山地绿洲环流及边界层特征。山地绿洲的地面感热通量和潜热通量与周围沙漠差异较大, 对形成沙漠绿洲环流有明显贡献。在无山地绿洲的情况下, 地形仅对感热通量有影响, 对潜热通量影响不大。山地绿洲可以使绿洲上空的干冷气流通过下沉气流向下层输送, 在山地绿洲上空形成下沉干冷气流的边界层特征, 它可以抑制由地形形成的向上输送的暖湿气流, 改变地形形成的边界层特征。地形引起的环流是低层复合, 高空辐散。绿洲引起的环流是低空辐散, 高空复合。两种环流呈完全相反的情况。山地绿洲的气候效应可以抑制山地地形的气候效应。     

南半球降水对南极海冰涛动异常的响应

运用NCAR/CAM3全球大气环流模式,结合气候学诊断方法,分析了南极海冰涛动异常对南半球降水的影响,并对可能的作用机理进行了初步探讨。结果表明,南半球中纬度降水对海冰涛动异常的响应较为显著,且异常响应的空间分布与海冰涛动类似,分别在南美洲大陆以东大西洋和以西太平洋的广阔海域上存在两个正负值中心。 数值模拟结果显示,海冰涛动异常可以通过改变地表热通量,影响对流层中层大气,进而驱动费莱尔环流的上升支,加强或减弱费莱尔环流的强度,最终对南半球中纬度地区的降水分布产生影响。在阿蒙森/别林斯高晋海外围海冰异常偏少的海域,向上的热通量增加,局地加热会使得费莱尔环流的上升支异常偏强,费莱尔环流的经向输送增强,对应其在中低纬的下沉支也偏强,局地下沉气流异常偏强则会抑制降水的生成,导致降水异常偏少。在威德尔海外围海冰异常偏多的海域,经向环流和降水的响应几乎相反,但因受西南极半岛和南美洲陆面作用的影响,对应经度带费莱尔环流对海冰异常的响应较弱。     

山地湖泊流域水-气系统三维斜压藕合数值模拟和日本琵琶湖环流形成机制的研究

琵琶湖是日本第一大湖,面积约673.8km²,最大水深104m,湖泊四面环山,地形复杂。本文首先建立了流域复杂地形下的三维非定常大气边界层数值模式和湖泊三维正压水动力学数值模式。湖泊水动力学数值模拟工作在国内虽然取得了很大进展,但大多数只适应于浅水湖泊,停留在三维正压水动力数值模式基础上,对深水湖泊的三维斜压模型的研究仍然是一空白,另外,目前世界上湖泊水动力数值式发展很快,但使用的湖面风场、温度场等条件均是假设的,十分不合理。所以,本文接着着手建立了三维斜压水动力数值模式和三维大气-斜压水动力耦合模式。当前,由于世界各大湖泊均面临富营养化等水质恶化问题,而要探索水质的改善途径,首先必须弄清水中各污染物传输、扩散的规律,因此研究湖泊环流机制变得尤为重要。对琵琶湖环流形成机制的讨论已有很多年了,这一直是物理湖泊学家们观测研究的重要课题,本文运用数值模拟的方法对此作了深入探讨,并取得了一些有益的结果,证明了濮培民(1987)的理论分析结果,认为在北半球大湖中普遍存在的气旋式环流主要是水陆动力特性差异形成的,热力因素起辅助作用。     

金塔绿洲风场与温湿场特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V3.6非静力平衡模式,采用三重嵌套的降尺度方法,模拟研究了甘肃河西走廊金塔绿洲风场与温湿场特征。结果表明:由于绿洲的存在,绿洲沙漠系统产生的次级环流对局地环流有一定影响;平流作用将沙漠中的干热空气送向绿洲,绿洲近地层会出现逆温,感热向地表输送;沙漠上由于临近绿洲的水汽平流作用,上层大气湿度比低层更大,这就是逆湿现象。     

构造沉降和泥沙淤积对洞庭湖区防洪的影响

作者利用洞庭盆地多年水准测量资料和洞庭湖近年的泥沙资料,对洞庭盆地的构造沉降速率和泥沙淤积速率进行了分析,从地貌学和水利学角度,对“洞庭湖盆”和“洞庭盆地”这两个不同的空间概念进行了区分,在此基础上,探讨了构造沉降和泥沙淤积对洞庭湖蓄洪空间和防洪大堤的影响。在目前洞庭湖盆被大堤围限的情况下,洞庭盆地的构造沉降运动使洞庭湖的蓄洪空间不断减小;洞庭盆地的构造沉降量虽然在一定程度上缓解了洞庭湖不断萎缩的趋势,但构造沉降对洞庭湖区的防洪形势却是不利的。构造沉降和泥沙淤积均对防洪大堤的质量提出了更高的要求,增大了洞庭湖区防洪的难度。     

区域扬沙强度与环流动力条件相关性的遥感分析

大气环流动力条件是沙尘暴发生、发展的重要影响因素之一。提出了一种新的沙尘暴分析预测模式,它以TOMS-EP卫星逐日大气气溶胶指数（Aerosol Index）数据提取区域气溶胶指数积分强度和以西风急流表征的大气环流动力条件,通过给出两者的相关性,来实现分析预测沙尘暴的目的。与此前有关沙尘暴预报的研究相比,有如下进展:①提出和试验了通过TOMS-EP数据提取大气环流动力条件的方法;②修正了区域气溶胶指数积分强度的定义和改善其提取精度;③提出和试验了表现扬沙强度的气溶胶指数积分强度与环流大气环流动力条件之间较稳定的统计相关形式,和试验分析了季节对这种相关关系的影响;④试验和分析了沙尘暴起尘的环流动力条件。本研究提出的模式/方法有可能为分析预报沙尘暴的发生时间和强度提供新的参考数据。     

西北干旱区退耕还林(草)后水土资源开发的优化模式研究

在综合分析以往水土资源开发中存在的问题基础上，提出了实施退耕还林后西北干旱区水土资源开发的基本思路。根据水量平衡原理，建立了以土地利用、植被变化对地下水影响为主线的数据模型，并预测了在水土资源开发的现状模式下，流域水土资源的变化。所建模型概念明确，形式简单，所需资料容易获得。以民勤绿洲为例，把土地利用的影响作为源汇项处理，根据土地利用模式对地下水时空变化影响的分析结果，提出了兼顾生态环境与经济社会两方面效益，以绿洲水土资源利用矛盾最小为核心目标的水土资源开发模式。以新疆三工河流域为例，把植被变化的影响作为源汇项处理，根据植被变化对地下水时空变化影响的分析结果，提出了兼顾生态环境与经济社会两方面效益，以重点调控绿洲内部垂向水分消耗、合理控制地下水开采为核心目标的水土资源开发模式。上述研究范例，从理论上解决了水利和水文地质部门长期以来有关地表水和地下水到底如何开始才算合理的争论，也证实了上述水土资源开发模式不但在经济上合理，而且具有良好的生态效益。     

青藏高原黑碳气溶胶外源传输及气候效应模拟研究进展与展望

青藏高原毗邻全球大气污染物排放增长最快速的地区,受西风和南亚季风的影响,中亚、南亚等高原周边排放的污染物通过大气环流传输,进入高原并对其气候环境产生重要影响。观测事实表明：近几十年青藏高原东部和南部雪冰中黑碳含量呈显著上升趋势,这可能导致冰川加速融化和积雪持续时间缩短,最终影响青藏高原的水循环过程。前人对青藏高原黑碳的外源输送,特别是南亚大气污染物的贡献及其对高原气候、冰冻圈变化的影响,还没有较清晰和统一的认识。青藏高原污染物定点监测网络的发展及高分辨率区域气候—大气化学模式的应用,为定量评估高原污染物外源输送及气候效应提供了契机。本文在国家自然科学基金青年科学基金项目“南亚黑碳气溶胶跨境传输及其对青藏高原气候影响的数值模拟研究”的资助下,在以下三个方面取得了进展：①系统性论证了高分辨率区域气候—大气化学模式在高原的适用性,模拟了青藏高原及周边区域黑碳时空分布、传输和沉降过程;②揭示了污染物扩散的机制,评估了大气黑碳的气候及雪冰效应,并对比了自然源粉尘和人为源黑碳对青藏高原气候的影响;③定量估算了不同区域排放对高原黑碳外源输送的贡献率,其中来自南亚的黑碳对青藏高原外源输送的贡献率最高,在非季风期为61.3%,季风期为19.4%。本文揭示了外源输送黑碳对青藏高原气候的影响,为提高一带一路核心区冰冻圈与水资源的管理及预测能力,制定应对环境变化策略及国家气候外交谈判提供科学依据。