西北地区典型下垫面空气动力学阻抗估算方法改进及其验证

利用2010年古浪近地层野外观测试验取得的干旱区典型下垫面（荒滩、沙漠和农田）的观测资料,对常用的3种空气动力学阻抗算法——Verma—R算法、Liu算法、Thom算法进行了适用性检验,并通过分离Thom算法中的动量和热量粗糙度对其进行改进（下称Thom-2算法）。对比不同下垫面空气动力学阻抗估算结果发现：在沙漠和荒滩下垫面,动力因素较热力因素影响大,空气动力学阻抗与风速的指数关系较农田下垫面明显;与其他3种算法相比,考虑了热量粗糙度的Thom-2算法在各种典型下垫面上的估算结果与观测值相比偏差最小,且在较为均匀的荒滩和沙漠下垫面上估算的空气动力学阻抗精度较农田高;通过比较4种算法估算干旱区不同典型下垫面空气动力学阻抗结果,说明干旱区空气动力学阻抗的估算应考虑热力粗糙度的影响。     

大型风电场群风电场布局间距的模型研究

利用边界层理论和梯度输送原理,依据动量守恒定律,在大气中性层结条件下建立了风电场的动量吸收模型和风电场下游的动量补偿模型,计算出风电场尾流距离。参照实际风电场布局规模和风机几何参数设计数值试验,并对尾流距离与这些参量之间的关系进行了初步分析。结果表明,风电场尾流距离随风机直径、风塔高度、风机行数和风机动能利用系数的增加而增大,随地表粗糙度和风机列间距的增加而减小,并且这一距离不受风速和风机列数的影响。     

非均匀下垫面局地气候效应的数值模拟

使用美国NCAR非静力平衡模式MM 5V3,模拟了黑河地区非均匀下垫面局地小气候效应 ,再现了山谷风环流及夏季“绿洲效应”、沙漠上的“逆湿”和由于地表热力分布不均匀引起的绿洲—沙漠垂直环流等绿洲—沙漠相互作用的典型特征 ,较全面地揭示了非均匀地表大气边界层内的风、温、湿度场与陆面相互作用的物理机理 ,验证了野外实验的结果     

兰州市冬季大气边界层结构特征的观测和数值模拟研究

本文利用甘肃省政府和中国科学院的科技合作项目"兰州市大气污染及对策研究"所获得的系留气球探空资料,并且结合数值模拟方法,对兰州市冬季大气边界层温度场特征进行了对比分析,结果表明:在没有特殊天气过程的典型冬季代表性时段,山谷城市兰州逆温边界层结构无论白天或夜间都存在,而且经常出现多层逆温和白天的脱地逆温情况,只有当冷空气过境时,逆温现象才减弱或消失;与观测结果相比较可以看出,数值模拟结果基本上反应了温度场的主要特征。     

夏季巴丹吉林沙漠残余层与深厚对流边界层的关系研究

利用2012年7月"巴丹吉林沙漠陆气相互作用及其对区域气候的影响研究"实验所得到的观测资料和中尺度气象模式WRF,对夏季巴丹吉林沙漠对流边界层高度发展的特征及其影响因素进行了研究。结果表明:(1)2012年7月在巴丹吉林沙漠连续观测到厚度超过3500 m的深厚对流边界层,其最大高度可达4000 m以上;当这种深厚对流边界层出现之前,当地中低层大气(1000~4000 m)存在近中性的残余层,而在没有近中性残留层出现时,即便地表感热通量较大,当天最大对流边界层高度却明显偏低;(2)WRF模式模拟结果表明残余层稳定度和对流边界层高度之间的负相关关系在空间区域成立,残余层位温直减率与当地对流边界层高度在时间和空间分布上都呈现显著的负相关关系;残余层位温直减率与对流边界层高度的空间相关系数最大值可达-0.51;(3)观测和模拟结果均表明残余层稳定度会直接影响由感热通量产生的对流边界层的发展效率,进而影响对流边界层的最大高度。通过研究发现,除感热通量外,近中性的残余层是巴丹吉林地区深厚对流边界层出现的关键条件之一。     

黄土高原降水对气候变暖响应的敏感性研究

利用黄土高原地区1951-2004年实测气象资料,采用小波分析、EOF分解等方法,研究了黄土高原降水诸要素对全球变暖的响应,非降水气候要素对降水响应的敏感性问题.结果表明: 秋季干旱化趋势突出,冬季降水增多,夏季高原西部湿润化、东部干旱化.各季节降水量的区域响应敏感程度和敏感区不同,敏感区从春到冬响应由东向西、由北向南移动.降水诸要素在不同时间尺度上的响应敏感性也不相同,但区域响应的年际变化基本同步,年代际变化的趋势、周期、阶段、转折等存在明显差异.大多非降水要素对降水变化响应不够敏感.     

额济纳旗浅层地下水环境分析

通过2003年野外采样和室内分析, 研究了额济纳旗浅层地下水的水环境状况和成因. 该区浅层地下水矿化度普遍比较高, 大多数地区的矿化度在800～3 000 mg·L-1之间变化; 整个区域矿化度变化幅度比较大(532～12 267.9 mg·L-1), 水化学类型主要为HCO3·SO4-Na、 Cl·SO4-Na·Ca、 HCO3·Cl-Na·Ca和SO4·Cl-Na型. 浅层地下水矿化度的高低与距离补给源的远近密切相关, 在河岸附近的矿化度变化幅度较小; 在远离河道地区, 随离岸距离的增减而升降, 体现了矿化度的高低主要依赖于补给水源. 地下水化学成分的形成主要有溶滤作用、蒸发和浓缩作用及混合作用.     

RegCM3模式在西北地区的应用研究I:对极端干旱事件的模拟

为了检验区域气候模式RegCM3在西北地区的模拟能力,对2001年夏季西北地区极端干旱事件进行了模拟.结果表明:模式能很好地再现西北地区主要的环流特征和温度及降水的变化情况,主要的偏差在于高原上低压中心的模拟偏低,对西北东部对流层低层位势高度的模拟偏高.区域平均的温度模拟存在着1~3℃的冷偏差,偏差产生的原因与地表净辐射的负偏差有关.月降水量模拟远远偏大,最小的百分比偏差也达到了30%.模拟结果同时表明,由于受模式初始场的影响,6月降水和气温的模拟效果最差.RegCM3的模拟中还存在着许多问题,必须开展进一步的工作来提高模式的模拟效果,减少偏差.     

青藏高原中部土壤热传导率参数化方案的确立及在数值模式中的应用

本文针对模式发展的需要, 在Farouki土壤热传导率参数化方案的基础上, 综合Johansen和Côté的参数化方案, 发展了一个用于青藏高原中部的土壤热传导率参数化方案, 用“全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验计划(CAMP/Tibet)”中那曲布交(BJ)站实际资料对该方案进行了检验, 并将它用于公共陆面模式(CoLM)中, 对青藏高原那曲地区进行了单点数值模拟试验. 结果表明: 在未冻结及冻结土壤中, 新方案比Farouki方案计算的土壤热传导率小, 更接近实测值. 加入新方案的CoLM模式对土壤温度模拟的准确性比原模式有一定的提高.