重庆城市不同下垫面温度的多时间尺度变化特征

利用重庆市巴南区2014年1月1日至2017年12月31日逐小时草地、泥土、砾石、石板、水泥、沥青等6种不同下垫面的特种温度观测资料,通过扩展经验正交分解(EEOF)、概率密度分析(PDF)等气候统计方法,分析了不同下垫面温度的多时间尺度变化规律,进一步探讨了水泥和草地下垫面温度差异的变化特征。结果表明:不同下垫面的温度存在明显的多时间尺度变化特征。月平均变化上,石板、水泥和沥青的表面温度明显高于泥土、草地和砾石,且温度差异夏季大于冬季。日变化上,石板、水泥和沥青白天的表面温度高于泥土、草地和砾石,晚上不同下垫面温度差异较小;不同下垫面温度的日变化差异在春季和夏季明显强于冬季和秋季。石板、水泥和沥青表面出现45℃以上极端高温的概率多于其他下垫面,且出现这些高温的时间集中在14:00—15:00之间。水泥和草地的温度差异也表现出明显的多时间尺度变化(季节变化和日变化)特征。一天中,温度差异最大值出现的时间集中在14:00—16:00,其次是19:00—20:00。温度差异的日变化幅度也在夏季达到最大。     

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...     

上海城市精细化地表温度分布模拟

本文引入了一种模拟城市复杂下垫面地表温度的方法,该方法基于地表辐射参数化方案（NARP）计算城市净辐射通量,然后利用客观滞后模型OHM计算地表储热通量,再利用强迫恢复法计算表面温度。通过上海地区高分辨率卫星资料获取不同地表类型覆盖比例,以每个格点中各地表覆盖类型所占面积比例为权重计算格点的平均地表温度,并对2013年8月12日上海地区地表温度进行模拟。结果表明：上海城市下垫面与其他类型下垫面相比,地表温度白天升高较快,而夜间下降较慢。模拟结果与MODIS陆面温度及地面观测资料进行比较,模拟的上海地表温度分布结构更精细,与气象站观测值较接近。     

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。     

我国北方不同下垫面地表能量通量的变化特征

利用"中国干旱气象科学研究计划——我国北方干旱致灾过程及机理"的观测数据,分析塔中站、奈曼站、平凉站和锦州站2015年8—10月及定西站2016年8—10月地表能量通量变化特征。分析发现,不同下垫面辐射均表现出明显的日变化,相对于向下短波辐射和向下长波辐射,不同下垫面反射辐射和向上长波辐射差异更加明显。塔中站反射辐射和向上长波辐射最大,锦州站和平凉站相对较小。净辐射具有明显的日变化特征,和总辐射相位一致,农田净辐射日峰值相对较大。地表反照率3个月平均从大到小依次为塔中站(0. 27)、定西站(0. 19)、锦州站(0. 16)、奈曼站(0. 15)和平凉站(0. 14)。各站点感热通量和潜热通量均为单峰型,其中,奈曼站感热通量峰值最大(276 W·m~(-2)),平凉站潜热通量峰值最大。定西站和锦州站净辐射分配以感热通量为主,平凉站则以潜热通量为主。     

2002年南宁不同下垫面温度及紫外线辐射强度评价

对南宁2002年沥青、水泥等不同下垫面温度观测资料和紫外线辐射强度观测资料进行分析，结果表明：沥青、水泥日最高温度均比同期气温明显偏高；南宁属紫外线高辐射地区。     

青藏高原地表温度的变化分析

利用青藏高原86个气象观测站建站～2001年历年各月地面0cm温度资料,在分析高原冬季、夏季和年平均地表温度基本气候特征的基础上,通过主成分分析、主值函数和功率谱分析等方法,对高原地表温度异常变化的空间结构和时间演变趋势作了诊断研究。结果表明：高原地表温度主要受海拔高度与纬度的影响,海拔越高温度越低,纬度越高温度越低。年平均温度最高值在雅鲁藏布江河谷的察隅为14．9℃;夏季平均温度最高值在柴达木盆地的格尔木为23．0℃。高原外围的南疆盆地南缘,川西温度更高,但其中心不在高原。高原地表温度最低值在中部的托托河、五道梁,年平均温度为-0．2℃,冬季更低,平均为～14．2～-15．8℃;夏季平均地表温度最低值在清水河为9．8℃,7月平均温度为10．7℃。高原地表温度第一载荷向量除南部小范围为负值外,大部分地方为一致的正值,即第一空间尺度表现为整体一致性;第二空间尺度有南正(负)北负(正)之差异。第一主分量在近30年中表现为明显的上升趋势,主要反映了高原主体偏北和东北部地区地表温度显著升温趋势,而第二主分量的缓慢下降说明高原中部和东南部地表温度呈下降趋势。代表站温度变化表现出准3年和准6年的周期振荡。铁路线北段和南段线性升温率较大,在0．42～0．58℃／10a之间;铁路线中段的高海拔地区升温率较小,为0．32～0．39℃／10a。     

中国西北三类典型裸土下垫面地表宽波段发射率变化特征研究

利用2013年我国西北戈壁、沙漠和黄土塬区三类典型裸土下垫面野外观测试验资料,探究了上述地区地表向下、向上长波辐射（DLR&ULR）、地表温度（LST）和地表宽波段发射率（LSBE）的变化特征,结果表明:黄土站地表ULR和LST明显比戈壁和沙漠站偏低;戈壁宽波段发射率（GbBE）、沙漠宽波段发射率（DeBE）和黄土宽波段发射率（LoBE）具有明显的变化特征,尤其是日变化特征;观测期内GbBE、DeBE和LoBE平均值分别约为0.926±0.0452、0.916±0.0419和0.881±0.049。三站点地表宽波段发射率的数值大小和变化特征与陆面模式中所指定的参数化情况不符。地表发射率会受站点周围环境和当时气象条件等因素的影响,表层土壤湿度被认为是一个非常重要的影响因子,将来的野外观测试验中需加强相关影响要素的观测与分析。     

同辐射条件下不同下垫面温度差异分析

从2006年3月1日开始,嵩县气象局自设了水泥面、草面的温度和最高、最低温度观测项目,通过对探测获得的资料与日常地温场观测资料的统计分析,找出了裸地、水泥地、草地3种不同下垫面之间温度的差异:年均温、年均最高最低温度、年极端最高最低温度.草面均低于水泥面和裸地,而冬季草面平均最高温度和极端最高温度高于水泥面和裸地.     

南宁各种下垫面温度特征及预报方法探讨

介绍下垫面温度观测的原理,并用南宁2002年12月至2003年11月资料,分析了沥青、水泥、泥土温度的特征,包括这3种下垫面的日平均温度、日最高温度、日最低温度、温度日较差特征以及它们与气温的差值。指出气温是影响各种下垫面温度的最主要因素,云对下垫面日最高温度影响显著,大气环流变换对各种下垫面温度的波动有明显影响。对各种下垫面日最高温度的预报方法进行了初步探讨。建立了基于日最高气温预报之上的各种下垫面日最高温度预报模型,并对预报与实况值进行了对比分析,指出提高次日最高气温的预报准确率和预报是否出现阴天有中到大雨天气的预报准确率,可显著改善各种下垫面日最高温度的预报效果。     

ANNUAL VARIATIONS OF TEMPERATURE ON FOUR URBAN UNDERLYING SURFACES AND FITTING ANALYSIS

Based on the observed 2-year temperature data for four kinds of typical urban underlying surfaces, including asphalt, cement, bare land and grass land, the annual variations and influencing factors of land surface temperature are analyzed. Then fitting equations for surface temperature are established. It is shown that the annual variation of daily average, maximum and minimum temperature and daily temperature range on the four urban underlying surfaces is consistent with the change in air temperature. The difference of temperature on different underlying surfaces in the summer half year (May to October) is much more evident than that in the winter half year (December to the following April). The daily average and maximum temperatures of asphalt, cement, bare land and grass land are higher than air temperature due to the atmospheric heating in the daytime, with that of asphalt being the highest, followed in turn by cement, bare land and grass land. Moreover, the daily average, maximum and minimum temperature on the four urban underlying surfaces are strongly impacted by total cloud amount, daily average relative humidity and sunshine hours. The land surface can be cooled (warmed) by increased total cloud amount (relative humidity). The changes in temperature on bare land and grass land are influenced by both the total cloud amount and the daily average relative humidity. The temperature parameters of the four land surfaces are significantly correlated with daily average, maximum and minimum temperature, sunshine hours, daily average relative humidity and total cloud amount, respectively. The analysis also indicates that the range of fitting parameter of a linear regression equation between the surface temperature of the four kinds of typical land surface and the air temperature is from 0.809 to 0.971, passing the F-test with a confidence level of 0.99.     

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。     

昆明城市庭院气温垂直分布特征及不同下垫面对其影响的研究

以低纬度高原城市昆明市为对象,利用城市庭院内1月（冬季）和7月（夏季）不同高度气温实测资料和不同下垫面（球场、草地和屋顶）气温的实测资料,分析了城市庭院气温垂直分布特征及不同下垫面对其的影响。得出：城市庭院气温垂直分布在不同时间（季节、昼夜）具有不同特征;在后半夜和下午,庭院气温垂直变化程度大于时间变化;而上午和前半夜时间变化程度大于垂直变化;在冬季屋顶面对屋顶高度附近的庭院气温具有较强的加热作用,使得庭院气温在屋顶高度附近形成逆温,导致垂直分布曲线发生改变;混凝土结构的下垫面,对庭院近地层大气具有加热作用,而草地则具有冷却作用,其效应在冬季明显。     

城市区域内建筑物墙体内外壁表面温度特征的比较研究

使用12月、4月、8月昆明城市区域内建筑物墙体内外壁表面温度的观测资料，分析了不同朝向墙体内外壁表面温度的特征、变化规律及差异。结果表明：4月和8月墙体内外壁表面温度较高，12月较低；不同朝向墙体之间的差异以天气晴朗的4月和12月较大，多云天8月最小；4月和8月E向墙体的内外壁表面温度均最大，S向次之，N向最小：而12月S向墙体的内外壁表面温度在一段时段内甚至超过了E向；内壁表面温度的日较差低于外壁表面，且其出现最高、最低温度的时间均较外壁表面有所延滞。     

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。      

北京地区一次局地强降水过程的数值分析

应用网格距为3 km的中尺度模式MM5v3及3DVAR同化系统,对2006年6月27日夜间发生在北京地区的一次局地强对流天气过程进行了模拟分析.结果表明,模式能够较好地模拟出本次城区西部的局地强降水过程,反映出降水事件的局地性、突发性和短历时特征.分析还表明,直接造成本次暴雨过程的是两个局地生成的中尺度对流系统,地面中尺度辐合线是降水的主要触发机制之一.北京周边陡峭地形的存在,导致山前偏南、偏东气流在迎风坡强烈爬升,并与北面、西面来的过山气流共同作用在山前形成垂直方向次级环流,是强降水维持的主要物理机制.此外,不断发展的城市下垫面亦会对降水过程产生影响.     

下垫面热源对降水的作用研究

本文通过对北京北部山区夏季、渤海及黄海北部冬、春、秋季,下垫面热源对北京的冰雹、山东半岛（及海岛）的降雪、冰雹天气的影响进行分析,阐明下垫面热源作用,在一定天气形势下可产生对流性降水天气。这种天气形势一般是高空有较强冷空气活动且低层也较冷,下垫面热源才容易起作用。此外,考虑下垫面热源作用的同时,要注意与其配合的水汽来源问题。     

冬季对流层下半部温度场的遥相关及与下垫面加热异常的关系

本文利用1000—500hPa厚度资料分析研究了北半球中高纬地区对流层下半部冬季气温异常的水平结构及与下垫面加热异常的关系。研究表明,欧亚大陆腹地气温异常的强度和水平范围最大,该区域异常暖时,欧洲西北部和亚洲东部沿海异常冷,低纬太平洋中部、北美西岸和大西洋中部异常暖,反之亦然。20-110°W北极区海冰范围是影响这种分布形势的可能因素之一。     

不同下垫面上近地层湍流的多尺度属性研究

文中利用统计和多尺度分析方法分析了几种复杂下垫面情况下的风、温湍流脉动观测资料 ,结果表明 :下垫面结构的差异明显地影响湍流量 ,如 :戈壁地区的热力作用明显大于雪面和城郊面 ,表现在湍流时间尺度上也明显地大于雪面和城郊面。但复杂下垫面下的湍谱在惯性区仍满足“- 23”次律 ;多尺度方法研究湍流 ,可以更简捷地分析湍流的多尺度结构及其在湍流输送中的作用。由此可看出 ,多尺度方法是发展湍流统计理论的一种有效工具。     

A NUMERICAL STUDY ON THE INFLUENCES OF URBAN PLANNING AND CONSTRUCTION ON THE SUMMER URBAN HEAT ISLAND IN THE METROPOLIS OF SHENZHEN

By means of the regional boundary layer model (RBLM), a study on the influences of the urban planning and construction on the summer urban heat island (UHI) in the metropolis of Shenzhen is performed. In the study, the current summer UHI distribution, the influences of the increasing high-density construction and the energy consumption on the summer air temperature distribution, and the influences of the urban ventilation corridor on the summer air temperature distribution are numerically analyzed. Some conclusions are drawn in the light of the study: (1) The summer UHI is more obvious in day time than that in night time in the summer of Shenzhen, and the maximum values of UHI intensity in the day time appear in the areas with high-density construction, which are located in Nanshan, Futian and Luohu and western Bao′an districts. (2) The increase of construction density and energy consumption in the urban area will lead to the increase of temperature near the ground, and the increase of temperature at nighttime is more obvious than that at daytime. (3) The ventilation corridor can effectively reduce the UHI intensity and can be taken as a method to eliminate the negative climatic effect caused by the increase of high-density construction and energy consumption in the future.