陆面模式（SSiB）对敦煌荒漠戈壁下垫面陆面过程的模拟及敏感性试验

利用2000年5月26日至6月15日“敦煌试验”加强观测期的资料,对SSiB在中国西北典型干旱区荒漠戈壁下垫面上的使用性能进行了检验,并进行了植被覆盖变化的敏感性试验。模拟结果表明：在没有降水的情况下,SSiB在中国西北典型干旱区荒漠戈壁下垫面上具有一定的模拟能力。同时通过敏感性试验发现,模式对一些植被参数,如反照率、叶面积指数、粗糙度长度等相当敏感,因此要准确模拟陆面过程,必须保证这些参数的代表性。     

中国北方一次沙尘天气过程的数值模拟

选取中国北方地区2012年4月22-24日的一次沙尘天气过程,综合分析了多种地面与卫星观测资料,并在此基础上采用WRF-Chem模式（Weather Research and Forecasting model coupled with Chemistry）对本次沙尘天气过程的起沙和传输进行数值模拟,并与卫星遥感、地面激光雷达等观测数据进行对比验证。结果表明：此次过程是由地面冷锋和高空短波槽共同作用引起的。WRF-Chem模式模拟结果较好再现了此次沙尘过程的时空分布特征,与地面观测的沙尘天气发生地点基本一致。沙尘天气发生前后,地面观测站各气象要素有明显变化,表现出大风、降温、正变压。WRF-Chem模式模拟的气温和湿度变化趋势与观测基本一致。地面观测得到的PM₁₀质量浓度与消光系数在沙尘过程期间均上升达到高值,模拟能够很好地反映PM₁₀质量浓度的整体变化趋势,但峰值低于观测结果。采用HYSPLIT模式进行后向轨迹模拟,进一步表明本次沙尘过程的源地主要为塔克拉玛干沙漠与古尔班通古特沙漠。前向轨迹模拟结果表明沙尘传输路径自新疆起始,途经内蒙古、甘肃、宁夏、陕西。     

昭通一次区域性暴雨天气过程分析

利用常规气象观测资料,对2012年9月1 1日出现在滇东北的区域性暴雨天气过程进行诊断分析,结果表明:西太平洋副热带高压的快速东退有利于对流层中层低槽东南移动影响暴雨区;低层冷式切变的形成促使了西南涡生成并随切变线方向移动;中、低层强盛的不稳定能量的存在和水汽湿舌的形成为暴雨区提供了动力条件和充沛的水汽条件;低空急流的形成触发了不稳定能量的释放.这些条件的有效合理配置,造成了昭通区域性暴雨、局部大暴雨的出现.     

复杂地形对城市空气污染影响的数值试验研究

以辽宁为例,通过改变其中部地区的地形高度,利用新一代空气质量模式系统Model-3对2006年11月24日的一次污染过程中气象场和污染物浓度场的分布进行了敏感性试验。结果表明,地形的存在会导致风的辐合,风速降低,逆温增强,这些都构成了不利于污染物输送及扩散的因素,容易造成污染物的堆积和滞留,从而使污染物浓度较高     

天山暴雨数值模拟的试验研究

利用新疆天山地区加密自动气象站资料、常规探空资料和NOAA卫星AMSU辐射亮温资料,应用中尺度模式(WRF-ARW)和(3DVAR)同化系统,对2007年7月16-17日发生在新疆东天山的暴雨天气过程进行了数值模拟试验。结果表明:①通过WRF模式对天山地区“2004-07-18”和“2010-06-22”两次暴雨过程的数值模拟试验, WRF模式在天山地区以Lin微物理过程方案,Grell积云对流参数化方案,MYJ边界层参数化方案,耦合Noah陆面模式的方案组合更优。②同化天山地区加密自动气象站资料、常规探空资料和AMSU-A/B辐射亮温资料,使初始场更接近于当时的实际大气状况,且同化后的模拟预报效果,无论是对降水落区还是对降水强度均较控制试验有明显的改善。③适当提高模式水平分辨率,有助于改进暴雨落区的预报强度。     

天山北麓一次沙尘天气污染过程剖析

2004年4月19日天山北麓出现的沙尘天气,造成天山北麓各城镇空气质量严重污染。天山北麓地面至700hPa的水平风、上升运动为沙尘暴发生的驱动力,气温回升和近地层干燥丰富了沙尘物质,天山北麓地面至850hPa对流性不稳定是沙尘暴发生的局地热力不稳定条件。这次沙尘天气的沙尘来源于艾比湖的盐末、北疆耕作土壤和城市自身浮土,上游沙尘的输送与城市自身扬尘的叠加造成城镇颗粒物污染严重超标。     

陕西一次强沙尘暴过程诊断与分析

2006年陕西共发生沙尘天气13次,其中4月11日的沙尘天气最为严重,危害最大,这也是陕西近10 a来最为严重的一次沙尘暴天气过程。这次沙尘天气带来一系列的天气演变过程,它持续时间虽然只有8~9 h,但覆盖面积大,影响范围广,全省70%~80%左右的区域都受到了影响。运用FY-2卫星红外云图及MICAPS2.0模式中的数值预报进行分析,发现红外云图呈现出异常状态,高低空形势配合较好,气压梯度、温度梯度密集,狂风突起等状况,试图揭示与解读沙尘天气在发生过程中某些气象因子的特征及其对沙尘天气的影响机理,为今后预报沙尘暴强度和发生区域提供一定的理论依据。     

2003年广西最大一次锋面暴雨天气过程特征分析

本文利用常规观测资料和物理量资料,对2003年6月26～28日广西全区性范围暴雨天气过程进行诊断分析,指出副热带高压逐渐加强西伸与弱冷空气在广西维持对峙是暴雨产生的主要原因;物理量和云图分析表明,暴雨发生前广西上空有深厚的不稳定层结存在,造成本次的强降水是对流层中低层暖湿空气被地面弱冷空气抬升的结果。     

地形对民勤沙尘暴发生发展影响的模拟研究——以一次特强沙尘暴为例

河西走廊是中国西北路径冷空气的必经之地,其狭管地形加之丰富的沙尘源地,使其成为中国沙尘暴多发区;民勤位于走廊中段,地处巴丹吉林和腾格里两大沙漠的接壤地带,正好位于雅布赖山和龙首山形成的山口下游方。河西走廊加上民勤周边这种双狭管的特殊地形,使得民勤又成为河西走廊沙尘暴的多发区以及中国的生态环境极度脆弱区。本文以2010年4月24日河西走廊一次特强沙尘暴（部分时段能见度为0,达到了黑风标准）为例,利用GRAPES_SDM沙尘模式对这次沙尘暴进行了数值模拟,并重点对民勤周边山地采取改变高度和范围等方式,模拟研究了地形对过境民勤的风速、地面起沙通量、沙尘浓度以及沙尘输送的影响。结果表明：（1）民勤周边地形高度降低的情况下,地面风速减弱,携沙气流遇到地形阻挡,沿着坡地爬升,部分沙尘可以翻越地形到背风坡,此时的地形特征将减弱沙尘扩散强度;（2）民勤周边地形高度增高,风速小于地形不变时的风速,气流发生明显的绕流,改变沙尘扩散方向;（3）改变民勤周边山体地形位置,狭管效应减弱,地面风速明显减小,沙尘影响范围较控制试验向南及东南方向扩展;（4）河西走廊南部祁连山高度改变对沙尘的影响程度大于民勤北部雅布赖山的改变,这与祁连山的山体面积和高度明显大于雅布赖山有关,说明河西走廊“狭管”地形是民勤沙尘暴之所以多发的重要原因,民勤周边的小型“狭管”地形又使得民勤成为走廊中沙尘暴最为严重的区域。（5）地形改变将减小地表起沙量,从而减小沙尘浓度,也即减弱沙尘暴的发生发展。     

我国干旱区灌溉对短期天气过程影响的数值试验与初步分析

本文应用一个有限区域细网格6层大气环流模式,分析了我国干旱区灌溉对短期天气过程可能造成的影响,通过数值试验表明,灌溉将使局地下垫面对大气的潜热输送增加,上升运动和水平辐合增强,从而导致低云量和降水显著增多。     

贺兰山对银川一次致灾暴雨过程影响的数值模拟

贺兰山是中国西北地区干旱区与半干旱区的重要分界线,但是其地形对某些强降水天气过程的影响并不清楚。本文利用WRFV3.4中尺度数值模式,对2012年7月29-30日发生在银川的罕见大暴雨过程进行了数值模拟,并进行了削平贺兰山的敏感性试验。结果表明:贺兰山地形对其东侧银川地区低层绕流气旋的产生、垂直运动、散度场、水汽通量散度都有促进、加强作用,对此次银川大暴雨的产生起了至关重要的作用; 若将贺兰山削平,在贺兰山以西的腾格里沙漠东部地区低层流场将出现切变辐合,垂直运动、散度场、水汽通量散度加强,会导致该地区降水强度增强、范围扩大。这表明,就该区域某些强降水天气过程而言,贺兰山加强其以东银川地区的降水,而对其以西腾格里沙漠东部的降水产生明显的不利影响。     

基于Srtm-DEM与遥感的长白山基本地貌类型提取方法

基于中国1∶100万数字地貌制图工作,以吉林省长白山区为试验区,对基于Srtm-DEM与遥感提取基本地貌类型方法进行了探讨。研究表明,基于Srtm-DEM派生的各种模型对基本地貌类型自动提取具有很大的实效性:其中坡度3.5°是实现该区平地和山地宏观地貌单元自动提取的最佳断点,高程模型及起伏度模型相结合,可初步实现基本地貌类型的自动提取,其结果可很好的反应区域地貌宏观规律;在此基础上,基于30 m空间分辨率的遥感影像,综合运用区域地质、土地利用、植被、土壤等多地理要素信息及制图综合知识,以及地貌单元的完整性特征,以山脊线、坡折线和山麓线为地貌单元的标志线,基于地貌知识的专家修正,可获得研究区完整的基本类型地貌单元,实现了基于Srtm-DEM与遥感的基本地貌类型的智能化提取;最后,以研究区内1∶50万地貌图为准,对提取结果进行定性、定量评价分析表明,其提取总体精度达76%,面积相差较小;该方法在一定程度上改进了传统手工和野外调查为主的提取方法,实现了地貌信息的数字化、定位化及定量化,为全国1∶100万数字地貌信息提取与集成奠定了基础。     

基于情景模拟的上海中心城区建筑暴雨内涝脆弱性分析

暴雨内涝灾害是上海市最主要的自然灾害类型之一。在全球气候变化与海平面上升背景下,随着城市人口、财富的不断积聚,沿海城市的脆弱性增强,面临的暴雨内涝灾害风险形势更加严峻。基于情景分析视角,结合前人研究成果,分析、评价上海中心城区建筑暴雨内涝灾害脆弱性。结果显示:仓库与旧式住宅是暴雨内涝灾害中脆弱性程度最大的建筑类型。整体上,杨浦、普陀、徐汇区建筑脆弱性程度最大,长宁、虹口、闸北建筑脆弱性程度处于中等水平,卢湾、静安与黄浦区建筑脆弱性程度相对较低。     

基于情景模拟的天津市滨海新区2020年暴雨内涝风险评估

基于多灾种复合动态风险评估理论,依据滨海新区2020年人口规划、土地利用规划以及社会经济发展计划,根据地面沉降和海平面上升预测结果设计了最不利、适中和最理想化三种情景;在此基础上,自行开发了基于GIS的洪水淹没区计算模块,模拟计算不同重现期暴雨内涝的淹没范围、淹没深度及淹没损失。结果表明:2020年,发生1 000 a一遇、200 a一遇和50 a一遇暴雨时,在最不利的情景一下:天津市滨海新区分别将有32.73%,29.34%和26.01%的土地不同程度受淹,受淹人口分别为338万、305万和264万,淹没损失分别达220.89亿元、181.39亿元和139.12亿元。     

地形异质性对天山山区气候的影响分析

地形具有高度的空间异质性,同一区域不同地形对该区的气候变化有着显著的影响,分析研究地形异质性对气候的影响具有十分重要的意义。基于天山山区DEM栅格图像资料和61个气象站点1961-2014年的气温和降水资料,运用空间分析、反距离权重插值法、偏最小二乘法和统计分析等方法,对该区域的地形异质性及其对气候的影响进行了相关研究。结果表明：（1）天山山区整体坡度大,其中中部与西南部的地形异质性指标值较高,其它地区的地形异质性值偏低。（2）从气候的空间分布来看,天山中部的气温较低,降水量丰富,其他区域的气温较高,降水量较少。（3）在地形异质性对气候影响方面,坡度对研究区气候的影响贡献最大,而地表粗糙度对研究区气候的影响最弱。     

北京地区景观城市化进程对暴雨过程的影响——以“7·21”暴雨为例

利用美国环境预测中心（NCEP）和美国国家大气研究中心（NCAR）等美国科研机构开发的气象模式WRF 3.8版本,采用北京地区不同时期的土地利用数据,选取影响北京的一次典型暴雨过程,应用包含多层城市穹顶模式的模式参数化方案对其进行模拟研究。从小时降水模拟结果来看,景观城市化区域（城市下垫面）的扩张使得暴雨持续更久,使用2010年土地利用数据模拟的2012年7月21日暴雨过程小时降水量大于16 mm的时长较使用1990年土地利用数据模拟的结果增加了1 h;从累积降水结果来看,使用2010年土地利用数据模拟的24 h累积降水大于150 mm的区域较使用1990年土地利用数据模拟的结果增加了1534 km ²。本文中模拟的逐小时降水与实际情况存在一定的差距,未来的工作会深入研究模式的参数化方案和降水产生的机理进而深入地研究景观城市化进程对暴雨过程的影响。进一步研究需针对城市人为活动产生的大气气溶胶粒子、景观城市化密度变化等因子,探究景观城市化对暴雨的可能影响。     

坡面地表下的风场的风洞实验与数值模拟

 针对传统近地层风沙流的理论与数值模拟研究以及风洞实验大多是基于理想条件（平坦床面、定常风速）,而实际风沙运动通常发生在复杂环境下（如复杂地形、湍流结构风场等）,沙漠最基本的地貌形态如沙丘、沙波纹等迎风面坡度对颗粒起动和输沙率影响很大。基于此,应用相位多普勒粒子分析仪（PDPA）对坡面近地表风场进行测量,得到迎风坡及背风坡的风场特性,并且采用SIMPLE算法对坡面风场进行了数值模拟。通过对数值模拟及风洞实验结果进行对比分析后,发现数值模型不仅能够有效地模拟风洞实验中坡面地表的风场特性,而且能够较为直观全面的展现迎风坡面、特别是背风坡面的风场结构特性。     

多维异构洪水过程因子相似性评价方法研究

在研究相似性概念和评价方法的基础上,针对洪水过程因子的时空分布特点,进一步提出综合性评价方法框架;针对洪水过程中水深时间序列数据和面状淹没范围等多维异构洪水过程因子,分别进行了相似性评价方法研究,并采用重要性排序法确定权重。以辽宁浑河沈阳城市段的洪水数值模拟结果和物理模型观测数据相似性分析为例,对多个观测站点的水深时间序列数据、流速数据及淹没范围数据进行相似性分析,分析洪水演进模型结果的相似性。     

典型喀斯特地貌空间配置的洪水资源化机理——以贵州省为例

洪水资源化是解决喀斯特地区水资源严重缺乏的有效途径。文章在贵州省喀斯特地区选取40个流域作为研究样区,利用面向对象技术的监督分类型方法,提取典型喀斯特地貌类型;分析流域样区特征,利用系统聚类法,将其划分为6种流域类型,即是：喀斯特低中山型（Ⅰ）、峰丛谷地型（Ⅱ）、混合型（Ⅲ）、峰林盆地（溶原）型（Ⅳ）、峰丛洼地型（Ⅴ）和峰林地貌型（Ⅵ）;利用相关分析方法,分析不同地貌空间配置对洪水径流特征的影响,探索地貌空间配置对洪水的分配与承载规律,从流域结构角度研究地貌空间配置对洪水资源化的实现。研究表明：1）洪水径流模数、径流系数及其C_v值曲线呈现“双峰型”分布,且分别在峰丛谷地型流域（Ⅱ）和峰丛洼地型流域（Ⅴ）达极大值;2）不同流域类型实现洪水资源利用总量,从大到小排序为：Ⅴ（6.22×10⁸ m³）>Ⅰ（2.88×10⁸ m³）>Ⅵ（1.49×10⁸ m³）>Ⅱ（1.34×10⁸ m³）>Ⅳ（1.25×10⁸ m³）>Ⅲ（0.55×10⁸ m³）;3）除峰丛谷地型（Ⅱ）和混合型（Ⅲ）流域外,所有流域类型的地下洪水资源总量大于地表洪水资源总量。喀斯特流域的洪水资源化,深受喀斯特地表的起伏及其流域侵蚀基准面和溶蚀基准面的控制。