三峡库区复杂地形下的气温变化特征

根据三峡水库坝区周边气候考察气象站1992-2004年和宜昌站1952-2004年的逐日气温资料,先用差值法将短期考察资料延长,再通过对比、回归等方法,客观分析了气温随时间和地形的变化规律,结果表明：1）三峡坝区具有冬暖、夏热等特点,是湖北的夏热和冬暖中心之一,不同高度气温年或日变化具有相同位相。2）平均气温、最高和最低气温、极端最低气温、气温日较差等指标随高度升高而递减,极端最低气温日数随高度升高而递增。3）水体对库周气温具有白天降温、夜间增温的效应,增温幅度比降温幅度大,增温幅度夏季大于冬季,降温幅度夏季小于冬季。4）三峡坝区20世纪90年代之前年平均气温呈波动变化,之后有显著上升趋势;水库蓄水以后对水域周围地区有降温效应。     

水体对气温观测影响的试验分析

2011年项目组设计了浙江省大型水体观测试验方案,选择较大水体,在其上、下风方向特定距离处布设自动气象站,同步观测各站气温,研究气温受水体影响的量化规律。结果表明,水体对周边陆地有白天降温、夜间增温效应,且离水体越近,这种效应越明显;夜间升温效应比白天降温效应显著,3—5月白天降温效应比1—2月明显;在一天中正午的降温影响最大;2km2的水域对下风向100m范围内温度观测有明显影响,100m以远影响不明显。该研究对量化水体影响的范围和量值进行了有益的探索,为气象站科学选址提供了依据。     

安康水库蓄水前后上游气候变化特征

利用陕西省安康水库上游气象站点的月及日降水、气温、蒸发等气候资料,分析了安康水库蓄水前后上游流域气候变化特征。分析结果表明,年降水量呈逐年代减少趋势,年平均温度呈增暖趋势,年蒸散量呈减少趋势;蓄水后年及主汛期降水量、雨日、暴雨日数、极端强降水概率、蒸散量均比蓄水前减少,平均气温比蓄水前升高,其中冬季升温幅度最大;主汛期和年降水量、平均气温蓄水前后差异显著,冬季蒸散量蓄水前后差异显著。近45年来汉江径流量呈下降趋势,降水对径流影响显著。     

小型水体对气温观测环境影响的初步模拟分析

为研究水体对气温观测环境的影响,应用WRF中尺度模式,通过对四季晴天小风、阴天大风背景天气下有无水体算例模拟结果的比较,分析了浙江青山湖水体(6.5 km2)对周边2 m高度处气温的影响。模拟结果表明:(1)冬季天气条件通常较稳定,水体对下风方的影响最为明显;春、秋季节水体对下风方的影响次之,夏季局地热力环流复杂,水体对下风方气温影响不若其他季节明显。(2)青山湖水体对下风方约5 km内的气温可能产生明显影响,非下风方缩短为0.4 km。(3)水体面积越大,对周边气温影响距离越大。(4)当风速大于6.2 m·s-1时,水陆热力性质差异迅速被平流项输送携带走,水体对下风方气温影响不明显。而湍流扩散项则将水体与陆面热力性质的差异向上传递,湍流强度大于0.5 m2·s-2时,水体对下风方气温的影响不明显。     

城市化对长沙市两气象站气温记录的影响

为深入认识城市对其附近气象站气温的影响,采用位于长沙市区东部和西部两个气象观测站的2007-2009年的逐日气温、风向和风速资料,结合地表覆盖特征数据,对比分析了两站气象记录差异,并通过改进的城市影响指数模型估算了气温资料中的城市影响偏差。分析显示：（1）2007-2009年东、西气象站逐月平均气温（T_mean）、最高气温（T_max）和最低气温（T_min）差异很大,最大差异分别可达0.90℃、0.83℃和1.34℃;（2）受城市及风向的影响,两气象站的逐月城市影响指数（K）差异较大,东、西站平均K值分别为2.01和1.50,年内同一台站的K值存在季节变化规律;（3）两站逐月△K与△T之间存在极显著正相关关系;（4）东、西两站2007年T_mean中的城市增温最大,分别达0.63℃和0.45℃。城市附近气象站气温记录受城市规模、风向和风速等因素影响明显,在分析长历时气候变化特征和利用站点记录数据进行空间分析时,有必要对气温数据进行订正。     

城市热岛强度变化对安徽省气温序列的影响

根据安徽省81个气象台站的资料研究了其气温序列特点,并选取了其中46个台站,划分为城市站、乡村站、国家基本/基准站等类别,对1966～2005年期间平均、最高、最低气温的年、季变化进行了分析比较.结果表明:两个时段各类型台站3项气温的增温率、热岛增温率、热岛增温贡献率均表现为城市站最大,国家基本/基准站次之,乡村站最小...     

小浪底水库蓄水对库区及周边降水的影响

通过对小浪底水库蓄水前后10 a的库区及周边14个气象观测站降水资料对比分析发现:由于水域面积的扩大,水库水位的增高,蓄水后库区及周边50 km左右的范围内年降水量及暴雨日数有明显增加,其中库区10 a平均降水量增加率为16.9%,夏、秋两季降水增幅显著,库区内夏季平均暴雨日净增加率达62.5%.     

建筑物对周边气温影响的初步研究

随着城市化进程的加快,建筑物成为影响气温观测的最重要因素之一。为了定量研究建筑物对周边气温的影响,应用城市小区尺度模式,选取气象站观测的3个重要时刻(14∶00、20∶00以及02∶00,北京时间),模拟了草地下垫面上长60 m、宽20 m的孤立建筑物,在不同高度(6、18、30m)及不同初始风速(2、4、6、8、10 m·s~(-1))条件下建筑物下风方的气温变化。研究结果表明:(1)由于建筑物的存在,夏季晴天14∶00建筑物下风方最大增温可达2.4℃,夜间20∶00和02∶00建筑物下风方最大降温分别为1.0℃、2.4℃。(2)以影响幅度大于0.1℃为标准,建筑物对下风方气温影响的最大距离在14∶00为11.7倍建筑物高度;而在20∶00和02∶00分别达到36.7倍和21.7倍建筑物高度,超过气象探测环境保护条例规定标准。(3)建筑物导致下风方风速衰减,从而增加了湍流动能中机械产生项的作用,即风速衰减幅度越大,对气温变化影响作用越强;而在白天不稳定层结下,建筑物造成的太阳辐射遮蔽效应对气温变化也有一定影响,建筑物越高,反而会在一定程度上减弱增温效应。     

1978—2008年城市化对北京地区气温变化影响的初步分析

应用北京地区20个常规站1978-2008年经均一性序列多元分析方法均一化处理的气温数据,初步分析了北京地区城市化对年平均和不同季节日最高、最低以及平均气温的影响。结果表明,1978—2008年,年平均日最低、平均气温空间分布自北向南、自西向东,温度逐渐升高,在城区达到最高,日最高气温表现为从西向东南逐步升高,在城区形成较为明显的热岛。温度变化趋势表明,各站日最低气温、平均气温、最高气温均呈升温趋势。城市化对北京地区城区及近郊区站点日平均气温和最低气温影响最大,对自北部佛爷顶至昌平到城区一带站点的最高气温影响最大。城市化对北京(观象台)站的增温影响最为明显,对城区站点温度平均的增温影响次之,对全市站点温度平均的增温影响最小。城市化对观象台站、城区站点平均、全市站点平均日平均气温、最低气温的年平均、各季节均非常显著,其中在秋季影响最大,对日最高气温的影响则是在夏季最大。     

城市中水体的微气候效应研究

应用观测资料分析和数值模拟的方法来研究城市中水体的微气候效应, 结果表明, 城市中的水体对其周边的小气候有着明显的调节作用。城市中商业区温度最高、湿度最小; 交通区次之; 水体附近温度最低、湿度最大, 平均湿度比商业区高出约10%。水体区的月平均温度日较差比其他功能区明显大。水体区的月平均温度比其他功能区低0.37～1.15℃。水体对环境的影响主要发生在上风岸2 km以内和下风岸9 km以内, 以2.5 km以内最为明显。水体的面积和布局是影响小气候效应的重要因素。水体面积越大对环境影响越大, 单块的小于0.25 km2的水体对环境的影响不明显, 但是多块、密集分布的小面积水体会对环境的降温增湿效果更显著。在本文个例中, 与其他湖泊邻近的面积为1.25 km2的水体, 可以使2.5 km之内温差达到0.2～1.0℃, 水汽比湿增加0.1～0.7 g/kg。相对孤立的面积为2 km2的水体, 可以使1.0 km范围内降温幅度0.6℃, 水汽比湿增加0.1～0.4 g/kg。水体可以使地面风速增加, 一般能使风速增加0.1～0.2 m/s。     

长江三峡库区大雾的变化特征分析及原因初探

利用近54年三峡库区6个气象站的逐日雾、相对湿度和能见度的历史资料,对1954年以来三峡库区雾的气候变化特征,尤其是近几年三峡水库蓄水以后大雾的变化及其产生变化的可能原因进行了讨论。结果表明:1954～2007年三峡库区雾日数呈弱的增加趋势,而2000年后库区的雾日明显减少。相对湿度与雾日数之间存在显著的正相关关系,而相对湿度与气温呈明显的负相关关系。气温变化影响相对湿度变化,从而影响雾的发生频率是三峡库区雾变化的重要原因。2000年以后,在全球变暖大背景及城市化的共同影响下,三峡库区气温显著升高,相对湿度明显减小,是导致雾日大幅减少的直接影响因素。另外,分析还显示,无论是雾日数还是相对湿度都表现出了明显的年代际振荡特征,2000年后三峡库区相对湿度减小进而雾日减少正是受到了这种年代际背景的影响。就目前的观测表明,三峡水库蓄水的小气候效应影响小或还没有明确显现。     

TRMM和CMORPH卫星资料对三峡库区降水的评估分析

利用1998—2016年TRMM和CMORPH两种遥感卫星资料降水和同期三峡库区气象观测站数据,通过比较干、支流和远、近库区气象站点的降水变化和蓄水前后降水量、雨日、降水强度和频率等变化特征,分析评估了基于两种卫星遥感降水和测站降水的三峡库区局地降水变化。结果表明:库区TRMM和CMORPH卫星降水年际变化特征总体上与气象观测站相符,反演效果在日尺度TRMM略逊于CMORPH,在季尺度CMORPH略逊于TRMM;两种卫星资料对冬季降水反演效果都偏弱。三峡库区干流和支流站点的降水变化总体一致,干、支流各站点降水量均具有较强的年际变化特征。TRMM相比CMORPH更能重现干、支流测站降水的年际变化特征,CMORPH降水年际波动振幅总体上比测站偏大。蓄水前后时段(1998—2003年与2004—2016年)对比,从不同等级降水的强度和雨日、季节降水频率和总量等变化反演效果来看,CMORPH资料分布相比TRMM更接近测站的变化趋势,反演效果略优于TRMM;但两种卫星资料的降水频率和降水量分布与测站的误差在蓄水前后变化都不明显。此外,气象测站、TRMM、CMORPH资料都表现出蓄水后三峡远、近库区年降水量的比值呈平稳波动状态,表明三峡水库蓄水后附近地区降水没有明显变化。     

三峡库区流域面雨量预报模糊检验

采用面雨量模糊评分方法，对三峡库区流域面雨量预报中3种客观预报(相似预报、T213降水预报、MM5模式预报)和面雨量综合集成预报结果进行综合评定。检验结果表明，3种预报模式对流域面雨量预报水平相差不大，冬半年的预报评分高于夏半年。在业务中采用动态权重系数法对3种预报方法预报结果进行集成，其集成预报的评定质量高于每种单独预报质量。在流域面雨量预报质量检验中采用了模糊评分法，该方法能够较为客观地反映预报和实况之间的差距，也可以用于降水定量预报评定中。     

三峡库区高温气候特征及其预测试验

根据三峡库区及其周围35个气象站1961—2008年的逐日最高气温资料,分析了库区高温的时空变化特征;采用经验模态分解方法,探讨了近48年来三峡库区年均高温日数和日平均最高气温序列的振荡模态结构特征;利用均生函数模型作均值生成函数延拓,借助BP神经网络构建了一个新的预测模型,对三峡库区高温日数和最高气温进行了预测。结果表明,过去48年间,三峡库区年均高温日数为24.07天,高温日的平均最高气温为36.69℃,以3～5a和16a为显著振荡周期,在20世纪80、90年代为弱负距平,而在其他时期都为正距平。三峡库区高温日数分布呈北部多、东南部少的特征,高温日的平均最高气温以东南部较低,东北部较高。模型预测值与实际值的对比分析表明,该预测模型具有一定的实用性,不仅能够较好地拟合三峡库区高温的历史实况,而且对未来5～10年的演变趋势也具有一定的预报能力;对偶发极端气候事件的预测尚有待进一步提高。     

三峡库区洪涝特征及其与大尺度环流的联系

利用三峡库区降水观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了1980—2007年三峡库区洪涝年际变化特征,研究了三峡库区洪涝典型年份大尺度环流合成特征,进一步讨论了水汽输送特征。近年来,三峡库区年均洪涝、区域洪涝强度变化趋势不明显,而区域性洪涝较为频繁;乌拉尔山高压脊加强,经向环流增强,引导冷空气南下,与低纬北上暖湿气流交汇,三峡库区在以上环流背景下,易于产生洪涝灾害;蒙古高原,以及我国东北地区的环流背景合成有差异,三峡库区建库前典型洪涝年份较建库后环流异常更有利于降水;水汽输送异常在三峡地区均有汇合,建库前指示特征比三峡建库后大;典型洪涝年2004、2007年以及典型洪涝事件中,各个关键区水汽输送强度较弱。     

三峡水库蓄水关键区降水时空变化特征

根据1961—2012年三峡水库安全蓄水各关键区域内经过质量控制的261个代表站逐日降水资料,采用线性回归分析、FFT滤波等方法,研究了区域全年和5—9月降水的时空分布及演变趋势。结果表明:三峡水库蓄水关键区年均降水量为992.9 mm,东多西少,岷江东南部为降水大值中心;近52年来,年降水量以-16.2 mm/10a的速率显著减少,2000年后减少尤为明显,宜宾—重庆段减少最为严重,金沙江减少最微弱;蓄水关键区5—9月降水量占全年降水量75.6%,5—9月降水量以-12.2 mm/10a的速率显著减少,减少趋势较为明显的区域主要位于岷江、沱江、宜宾—重庆段交汇处,5—9月降水20世纪70年代前呈"中北多、南部少",之后演变成"中北少、南部多",大暴雨和极端降水量呈增加趋势,蓄水前后区域降水变化主要体现在空间分布格局方面。     

1961—2008年三峡库区极端高温的变化及其与区域性增暖的关系

系统地研究了1961-2008年三峡库区不同极端高温指标(包括极值、绝对阈值和相对阈值指标)变化规律及其与区域性增暖的关系.并分析了三峡库区夏季高温干旱异常年的环流形势。结果表明:近48年三峡库区各极端高温指数年代际变化与该区域年平均气温有较好的一致性,20世纪80年代中前期之前为下降趋势,之后转为上升趋势。逐年代变化上均表现为80年代偏低,其他年代均偏高。相对阈值指标(HWDI、WSDI和TX90p)在偏高/低年份、线性趋势、相关系数上都与年平均气温表现出较其他指数更好的一致性。相关分析表明极值指标与绝对阈值指标之间、相对阈值指标之间的关系甚好,而极值指标/绝对阈值指标与相对阈值指标之问的相关关系相对较差。三峡库区夏季高温酷暑年和凉夏年的环流形势存在着明显的差异。酷暑年,乌拉尔山和鄂霍次克海地区无持续性阻塞高压,东亚大槽偏弱,西太平洋副热带高压东撤、位置偏北,同时,青藏高原上升运动减弱。这种环流形势配合有利于三峡库区夏季高温干旱的发生、发展。     

基于MODIS卫星资料研究三峡工程对库区地表温度的影响

利用2001-2012年MODIS地表温度资料,分析了三峡库区蓄水后水体对冬、夏两季白天和夜间地表温度的影响。由于下垫面水陆和地势的影响,白天地表温度高值区主要位于四川盆地东部,夜间则主要出现在长江江面;温度日较差在长江和海拔较高地区较小,且夏季水体日较差小于冬季。分别用水体和I～X缓冲区地表温度减去XI缓冲区去除气候背景场影响,发现冬季白天地表温度趋势在水体及I～VI缓冲区由下降转为上升,夜间地表温度在相同距离内显著升高。利用蓄水后（2003-2012年）地表温度或日较差分别减去蓄水前（2001-2002年）剔除地形影响,发现：冬季,三峡工程水库蓄水对局地地表温度具有增温效果,且强度和范围夜间大于白天;夏季,对地表温度有降温作用,白天大于夜间;同时,冬、夏季的温度日较差减小;且水体对局地地表温度和日较差的影响随距水体距离的增加而减小,其影响范围基本维持在0～8 km范围内。     

1951-2006年三峡库区夏季气候特征

以重庆市的沙坪坝、涪陵、万州、奉节和湖北省的宜昌5个站为代表,从降水、气温、日照、风速和蒸发等5个要素系统地分析了三峡库区1951-2006年夏季的气候变化特征。结果表明：三峡库区夏季降水量总体呈增加趋势,特别是在20世纪70年代末发生了一次明显跃变;最高气温、平均气温、日照时数以及蒸发量等总体呈下降趋势,在20世纪80年代初发生了一次明显跃变;平均最低气温和平均风速的变化趋势不明显,但所有气候要素均表现出明显的年代际变化特征。     

三峡库区气压资料的不均一性检验及订正

利用RHtestV2软件包,对三峡库区逐月气压气候序列进行了均一性检验并做了初步订正。发现RHtestV2软件包对大部分台站都能基本检验出与元数据资料中给出的迁站信息基本一致或接近的不均一或突变出现的时间,同时,也能合理地订正逐月气压气候序列,这有利于进行气候变化研究以及分析水库蓄水后的局地气候效应。对有平行观测资料的秭归站,对用差值法和用RHtestV2软件包订正的气压序列做了对比,可以看出两种方法订正后的结果比较接近,都能合理地对气压气候序列进行订正。