均匀裸土地表土壤热通量计算方法对比及对能量闭合的影响

利用"内蒙古微气象观测蒸发试验"的观测资料,对6种地表土壤热通量计算方法(Plate Cal法、TDEC法、谐波法、热传导对流法、振幅法和相位法)进行比较,检验了6种方法在不同干湿地表状况下的适用性,并研究了6种方法计算地表土壤热通量的差异以及对地表能量闭合度的影响。结果表明:一般情况下,Plate Cal法计算的2 cm土壤热通量与观测值最接近,计算结果的均方差为6.9 W/m2。在不同干湿地表状况下,干燥和降水条件下适合使用Plate Cal法,计算结果的均方差分别为14.0 W/m2和30.1 W/m2;湿润条件下适合使用谐波法,计算结果的均方差为21.4 W/m2。6种方法计算的地表土壤热通量存在明显差别,最大相差178.6 W/m2,不同方法计算地表土壤热通量的最大差值超过25 W/m2的时次占样本的96.3%。不同方法计算地表土壤热通量的差异对地表能量闭合度的大小有明显影响,但不影响近地层能量闭合度随湍流混合增强而增大的规律。     

2008年北京奥运交通限制效果的模式研究

利用美国国家环保署(EPA)开发的区域多尺度空气质量模式Models-3/CMAQ研究了北京城区奥运交通限行期间VOC、NOX和O3的浓度变化状况。结果表明:Models-3/CMAQ模式能够较好地反映VOC、NOX和O3浓度的变化趋势;交通限行造成的机动车排放源削减使北京奥运期间大气VOC浓度平均减少约12%,NOX浓度平均减少约21%,而O3浓度则平均增加约22%。     

非均匀下垫面边界层的观测和数值模拟研究（Ⅰ）：冷岛效应和逆湿现象的完整物理图像

利用HEIFE、DHEX和GAME／TIbet3个观测试验和部分常规气象站观测资料，分析了下垫面非均匀条件下产生的冷岛效应和逆湿现象的完整物理图像以及它们对地表能量和五水转化的影响。分析结果表明，下垫面非均匀特征对五水转化有着明显的影响；冷岛效应和逆湿现象是下垫面非均匀性的必然结果，它们在自然界普遍存在；现有陆面过程模式很难刻画冷岛效应和逆湿现象，通常现有陆面过程模式很难将冷岛效应中的热量平流转化成蒸发潜热，同时陆面过程模式也混淆了逆湿现象和发生在下垫面上的大气水的冷却凝结。这些评述将有助于今后非均匀陆面过程的进一步研究。     

非均匀下垫面边界层的观测和数值模拟研究（Ⅱ）：逆湿现象的数值模拟研究

研究了逆湿现象，针对陆面过程模式的缺陷，利用文献[1]给出的逆湿现象形成的物理模型，设计了新的陆面过程参数化方案。该新方案成功地模拟出厂发生在绿洲附近的沙漠上的逆湿现象，模拟结果与实际观测的结果相互吻合，这表明所建立的新的陆面过程参数化方案是可行的。这些结论将为今后非均匀陆面过程研究提供有益的启示。     

内陆河高寒山区流域分布式水热耦合模型（Ⅱ）：地面资料驱动结果

以黑河出山日平均流量作为对比，利用26个降水站点、11个气温站点和14个潜在蒸发站点2000年日资料，模型设计了6套气象因子空间分布方案，进行数值模拟试验，结果表明，在黑河流域现有观测站点的情况下，利用各种空间插值方法所得结果基本相当，考虑地面高程的三维插值与不考虑地面高程的二维插值结果相差不大，补充距离研究区较远的站点观测资料，模型结果反而变差。最终模型采用基于二维算法的最近距离法（nearest），利用2000年资料校正模型，计算与实测黑河日出山平均流量序列的效率系数为0.6101，平衡误差为0.0808％。以1999年资料验证模型，效率系数和平衡误差分别为0.6270和-2.9824％。模型基于水热连续方程模拟了黑河山区流域水热交换和耦合过程，探讨了流域的水量平衡，分析了水量平衡因子的时空分布，其模拟结果表明，内陆河高寒山区流域主要为浅表产流，高山草甸具有拦蓄降水和水源涵养作用，并反映了高山地区浅表土壤地下厚层冰的聚集过程。各种模型结果与本区野外实际调查结果基本一致，也符合当前对寒区流域水文循环过程的定性认识。     

微机气象应用软件简介

该程序库全部采用FORTRAN77语言设计。有五个文件和83个测试例子的源程序。主要功能有计算积分、求线性和非线性方法的解、各种插值计算、特殊函数、多重快速付氏变换、矩阵运算、数理方程的求解、线性和非线性回归等。用户可调用的各种子程序163个,该库由MS-FORTRAN 4.0编译建立,共有5寸软盘8张,适用于内存为640K的IBM-PC及兼容微机。     

兰州市南北两山地表植被对气象场影响的模拟研究

本文利用美国NCAR流体非表力平衡中尺度数值模式MM5V3版，数值模拟研究大范围改变兰州市周围山体的地表植被状况，区域大气的温湿场的变化。模拟结果表明，绿化后，大气稳定度总体趋势是减小，尤其夜间减小幅度很大。因此，绿化后，随着大气稳定度的变小，冬季逆温，尤其是夜间逆温的情况会有所减弱。绿化后，夜间地表温度增大，从而削弱了皋兰山体夜间下滑冷空气的强度，山谷城市冷湖效应造成的逆温强度也应有所减弱；绿化后，白天午后山峰的感热减小，地表温度降低，山峰加热效应减弱，从而也减弱了由于山峰加热效应造成的逆温。另外，绿化后，近地面及对流层下部相对湿度的增加比较明显，以及随着相对湿度地增大，大气中污染物湿沉降过程的可能性也有增大的可能。     

绿洲和沙漠下垫面状态对大气边界层特征影响的数值模拟

采用两维高分辩率边界层数值模式,并与一个包括植被和土壤层的生物一大气能量传输模式(BATS)耦合,模拟研究绿洲和沙漠下垫面状态对大气边界层特征的影响。结果表明,沙漠中的绿洲对大气产生"冷湿效应",使之上空形成冷湿气柱;绿洲之间的沙漠对大气呈"暖干效应",使上空形成热干气柱。在水平平流的作用下,在绿洲下游的沙漠边缘形成降水峰值,有利于降水,但沙漠区下游的绿洲则相对于整个绿洲区降水偏少,不利于形成降水。     

风蚀影响因子的敏感性试验

 对风蚀模式的各重要影响因子进行了敏感性试验，结果表明：①随风力的增大，跃动沙粒的粒径范围迅速增大，从而会使更多、更大的尘粒因受到更强烈的撞击作用而释放于空中。但随土壤水分和植被覆盖度的增加，跃动沙粒粒径范围会变窄，较大的粒子很难被激发到空中。②各种土壤沙流通量及尘粒释放率随粒径的变化趋势Q(d)和F(d)与相应的地表土壤有效粒度分布Ps(d)具有相似的特征，说明前人用近地层沙尘粒度分布来代表地表土壤的有效粒度分布是合理的。③若以总沙流通量Q>0.5 g·m^-1·s^-1为风蚀过程开始发生的标准，在干燥、裸露的情况下，沙土、沙壤土、壤土、黏土和粉黏土表面发生风蚀的临界摩擦速度都约为0.3 m·s^-1。相同风力条件下（u*=0.6 m·s^-1），若地表干燥（w=0）并忽略小于0.1 g·m^-1·s^-1的总沙流通量，则抑制5种土壤发生风蚀的最小植被覆盖度分别约为：沙土0.35、沙壤土0.45、壤土0.45、黏土0.55、粉黏土0.55；若地表裸露，抑制风蚀发生的最小水分含量分别为：沙土0.15、沙壤土0.18、壤土0.3、黏土0.36和粉黏土0.33。④通常情况下沙土最不易起尘，它在各个粒径的尘粒释放率比其他土壤均约小3~5个量级。粉黏土最易起尘，且粒径较小，较容易传输到下游很远处。⑤总尘粒释放率F和总沙流通量Q随风力、地表条件的变化一般是同相的，即Q增大，F也会增大。⑥一般情况下F随摩擦速度u*的增大或植被覆盖度cf和土壤水分w的减小而增大；土壤拖曳系数sx和弹性压力垂直分量pye的增加会大大降低尘粒释放率。⑦通常风蚀情况下，5种土壤中粉黏土和沙壤土因聚合粒子破碎产生的尘粒释放率Fc最大，Fc随风力、地表条件变化的敏感度也最强；沙土的Fc最小，其对风力、地表条件的敏感度也最弱。