RAMS模式在山谷城市模拟性能的检验

 利用2005年冬季兰州边界层试验的观测数据,分别从边界层结构、近地面温度和风速、地表通量等几个方面检验了RAMS在山谷城市的模拟性能。RAMS模式能很好地捕捉边界层结构特征,模拟的白天混合层高度和夜间稳定边界层高度和观测值非常一致。模式能较好地模拟近地面温度和地表通量的日变化特征。对模拟偏差进行统计分析,结果显示RAMS对近地面温度和风速的模拟结果是可以接受的:近地面温度的平均偏差为-1.73 ℃,RMSE为2.16 ℃,风速的平均偏差为0.35 m·s-1,RMSE和RMSVE分别为1.61 m·s-1和3.15 m·s-1。研究表明,RAMS适合作为研究兰州山谷城市大气边界层的工具。     

沙漠下垫面地面温度及能量收支的BATS模式参数化改进

利用陆面过程模式BATS,引入地表发射率及两种大气发射率参数化方案,同时引入不同的地表粗糙度参数化方案,对比各种参数化方案对沙漠下垫面地面温度及能量收支的模拟状况。结果表明：采用Van Bavel等发展的地表发射率及Chung等发展的大气发射率方案可以明显改进地面温度及向上长波辐射的模拟,Chung等方案在夜间与正午的模拟效果更好,减小了1 ℃左右的地面温度模拟偏差,减小了10 W·m^-2左右的向上长波辐射模拟偏差。晴天地面温度及向上长波辐射的模拟结果优于阴天。利用Zhang等发展的裸土粗糙度参数化方案也会提高模式对地表感热通量模拟的准确性。     

10个CMIP5模式对亚澳季风环流及其变率的模拟

利用参加第五次耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5,简称CMIP5)的10个海气耦合模式的输出结果,比较了这些模式对6种季风指数年际变化的模拟能力,并从季风区大气环流场的气候态以及海表温度异常(SSTA)与季风的相关关系两个方面对季风指数的模拟差异原因进行了讨论。得到结论:CMIP5模式对于季风指数年际变化模拟的结果与观测资料差异较大,其中对南亚季风指数(Webster- Yang index)模拟最好,模式集合会显著改进对南亚季风指数的模拟效果;不同模式基本可以描述出各个季风区大气环流场的气候态分布特征;耦合模式对南亚季风指数模拟的关键可能在于对SSTA的年际变化以及SSTA与季风相关关系的准确模拟。      

绿洲和戈壁近地面层热量和物质输送特征对比

利用甘肃金塔绿洲和戈壁10 m涡旋相关法的观测资料对比研究温度、湿度和二氧化碳浓度(CO₂)的平流和湍流通量特征.结果表明,在典型绿洲-戈壁复杂下垫面上,热量和物质的平流通量比湍流通量的值大1到2个量级;在绿洲和戈壁,受平流输送影响和下垫面强迫,不同性质标量湍流的水平和垂直通量分布具有不同的特征.     

荒漠区粗糙度长度的确定及在模式中的应用

利用2005年进行的“绿洲系统能量与水分循环补充观测试验”第3阶段的观测资料计算了金塔试验区内戈壁和沙漠的动力学和热力学粗糙度长度,沙漠和戈壁的动力粗糙度长度分别为1.81×10-3m和1.64×10-3 m,与黑河试验结果基本一致,均为沙漠的动力粗糙度大于戈壁。试验区内沙漠和戈壁的热力粗糙度长度分别是0.28×10-3 m和0.62×10-3 m。将计算得到的粗糙度长度代入Noah陆面模式,模拟的戈壁、沙漠上的地表温度和感热通量同观测值较为一致,优于原粗糙度长度的模拟结果,大大提高了该模式在沙漠、戈壁特殊区域的模拟能力,有利于将耦合了Noah模式的中尺度模式更好地应用到绿洲系统的研究中。     

BCC_AVIM陆面过程模式冻融过程参数化的改进与检验

考虑冻融过程对陆气相互作用的重要性,参考国内外学者对于冻融过程的参数化方案研究,对BCC＿AVIM陆面过程模式的冻融过程参数化方案进行了改进与检验。改进的内容主要包括：（1）加入了过冷水概念,改进土壤冻结判断条件与含冰量更新标准;（2）加入平衡温度概念代替原方案中恒定的冻结温度;（3）在导水率的参数化方案之中加入不可渗透分数。用改进前后方案分别模拟玛曲站2018-2019年,2019-2020年两次冻融过程。发现改进后的方案在冻融过程中相比原方案：（1）增大了冻结状态温度模拟值、振幅减小、变化趋势更加接近实测;（2）增大了冻结状态中含水量的模拟值,变化趋势与实测相关性更好;（3）土壤中冰的产生日期延后,冰的融解日期提前,最大含冰量模拟减小;（4）冻融过程各阶段的转变日期模拟更接近实测;（5）新方案对于强冻融年份的模拟提升效果更优于弱冻融年份。     

CMIP6模式对青藏高原多年冻土变化的分析预估

利用国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）多模式的模拟结果,对比观测和青藏高原冻土图评估各模式对当前（1985-2014年）青藏高原与冻土相关气候变量以及多年冻土的模拟能力,并应用多模式集合平均的方法预估了未来4个SSP情景下2021-2040年、2041-2060年、2081-2100年高原多年冻土的变化趋势。结果表明：CMIP6各模式都能够较好地模拟出与冻土相关气候变量的分布特征与趋势,但对于气温的模拟有着较为明显的冷偏差,对于积雪的模拟明显偏大;利用冻结数模型（SFI）计算的当前多年冻土分布与青藏高原冻土图有较好的吻合,1985-2014年的表面多年冻土面积约为134.52×10⁴km²（包含湖泊和冰川面积）;随着气温的升高,21世纪青藏高原多年冻土呈现区域退化的趋势,在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下,青藏高原东部、南部以及北部边缘地区多年冻土呈现区域性退化,至2041-2060年间多年冻土面积分别减少13.81×10⁴ km²、19.51×1...     

夏季晴空金塔绿洲温度场的初步分析

 利用2004年6~8月在甘肃省酒泉金塔地区开展的“绿洲—沙漠能量和水分循环的野外观测试验(JTEX)”的温度场资料,分析了该地区的温度场结构。结果表明:绿洲在白天（夜晚）相比周围环境是冷（暖）中心。沙漠和绿洲的相互影响同沙漠与绿洲的边缘和形状有关。由于各观测点所处的位置和站点的土壤特性不同,地表温度的量值有较大差别,但总体来说,绿洲的地表温度比沙漠的低;土壤温度的垂直变化一直可活跃到大约20 cm深处,40 cm深土壤温度基本无日变化,不同层间的土壤温度在一天内有两次相交。深度越深,出现的时间越靠后,沙漠上出现不同深度间温度交叉的时间比绿洲靠后。沙漠上各层的温度都始终高于绿洲上的,沙漠的日变化也大于绿洲上的。     

南海海域海-气耦合模式及其数值模拟试验

在ＮＣＡＲ区域气候模式ＲｅｇＧＭ２和普林斯顿海洋模式ＰＯＭ基础上发展适用于区域海－气相互作用研究的区域海－气耦合模式,模式采用同步耦合、海洋模式将海表温度提供给大气模式,大气模式为海洋模式提供太阳短波辐射、感热能量、潜热通量。海洋与大气模式每１５ｍｉｎ交换一次通量。耦合过程没有使用通量校正。使用该模式对中国南海区域１９９５年５－７月大气和海洋进行了模拟试验,将模拟结果与ＣＯＡＤＳ通量强迫的模拟结果     

不同绿洲分布对局地气候影响的数值模拟

使用非静力平衡中尺度模式MMSV3,通过数值模拟,研究了不同绿洲分布对局地气候的影响,分析了不同绿洲、林带分布状况下的地表能量平衡,以及对边界层特征的影响,为荒漠化治理提供一定的理论依据。研究结果表明:沙漠化后感热增大,潜热减小,地表温度升高,5d内可升高0.7℃,土壤温度也有类似的变化,只是变化幅度小,并存在滞后效应,摩擦速度减小,5d内可减小5cm·s^-1,长期下去,将形成风沙肆虐,沙尘暴频繁的气候,为人类敲响了警钟;而绿化可使潜热增大,对城市影响更为明显,潜热将增大两倍,地表温度降低,湿度增大,摩擦速度明显增大,可以有效地阻止沙尘暴的发生,对半干旱地区环境治理大有好处。