夏季长三角城市群热岛效应及其对大气边界层结构影响的数值模拟

利用WRF/Noah/UCM模拟系统对长三角地区城市群进行了2003—2007年共5个夏季的高分辨率数值模拟,研究了夏季长三角城市群热岛效应及其对大气边界层影响。开展了2组平行的积分试验,控制试验为MODIS遥感资料给出的地表特征分布,敏感性试验将长三角地区的城市表面改为农田类型,其他与控制试验完全相同。两组试验的对比分析表明城市群热岛存在明显的日变化特征,热岛效应白天向上发展较高,夜间地表热岛强度明显增强。城市热岛导致午后城市上空产生强烈的局地上升气流,从而使得低层大气以补偿流的形式向城市辐合,然而在夜间上升运动很微弱。伴随这种热力状况的日变化,大气边界层高度也存在明显的日变化,白天增高,夜间降低。同时,白天城市边界层内风速明显减小,夜间地面风速减小加剧,但夜间边界层顶风速却有所增强。另外,城市化还会导致“城市干岛”现象,且其白天强度大于夜间。     

WRF/NCAR模拟的夏季长三角城市群区域 多城市热岛和地表能量平衡

利用一个包含城市冠层效应的区域模式（WRF/NCAR）,对长三角特大城市群的夏季气候效应进行了5 a（2003—2007年）高分辨数值模拟,通过长三角地区有无城市的对比试验分析,重点分析了城市群所造成的多城市热岛和地表能量平衡及其日变化特征。结果表明：城市化会导致显著的地表升温,但昼夜不同的升温幅度造成城市地表温度日较差的降低,以及部分郊区日较差增加;城市化也减小城市近地面风速,但沿海城市升温造成的热力差异,增大白天的海风并降低夜间的陆风。同时大范围城市群的热岛能够显著降低低层气压,导致部分海面风速持续的增加;城市下垫面具有很小的潜热通量,但感热通量和热存储量较大,白天的热岛逐渐增加,并在日落前达到最大,夜间热岛基本维持,但在日出前后迅速减弱;较大的入射短波辐射、较小的向下长波辐射和较低的10 m风速能够减弱白天的热岛,而增强夜间的热岛,并且使热岛峰值从17时延后至20时出现;反之亦然。     

华南前汛期开始和结束日期的划分

本文利用48年（1957～2004年）中国站点逐日降水资料和同期NCEP/ NCAR逐日再分析资料,研究了华南前汛期的开始和结束时间的划分问题.首先,选择了研究华南前汛期问题的区域和代表站点,然后对降水量、水汽（可降水量,水汽通量,水汽通量散度）、垂直速度和假相当位温等物理量的演变特征进行分析,发现：前汛期起、止前后上述要素均有阶段性的突变.其中4月第1候（19候）是华南前汛期的开始,可降水量、水汽通量和假相当位温等增加显著,对流开始活跃,水汽通量散度也由辐散变为辐合,降水量明显增加.但4月份总体雨量不强,主要为锋面降水.5月份随夏季风爆发,水汽继续增加,对流活跃,进入季风降水阶段;夏季风降水盛期时段主要集中在6月份.6月第4候（34候）前汛期结束,各降水指标骤减.然后根据降水和环流指标,提出了华南前汛期开始和结束日期的划分标准,定义了逐年的开始和结束日期.最后对华南前汛期开始期之前、之后以及结束期之前、之后的大气环流背景做了对比分析.指出,前汛期开始前,环流形势有利于华南地区增暖增湿;开始期以后则有利于冷空气南下,造成连续降水,使华南进入前汛期.而前汛期的结束,则是由于东亚大气环流的季节调整,尤其是西太平洋副热带高压的第一次北跳所造成的.     

北半球夏季遥相关型的水平结构和能量特征

本文利用观测资料研究了北半球夏季500hPa位势高度场四种主要遥相关型即亚州/北美型、太平洋/北美型、欧亚型和北美/西欧型的水平结构、能量特征及其和时间平均流的依赖关系。结果指出:太平洋/北美型、欧亚型和北美/西欧型由“Seesaw”和波列结构组成,而亚洲/北美型主要呈波列结构,其中“Seesaw”结构及其与西风急流的配置关系、扰动在急流出口区通过正压能量转换从基本气流中获取能量等特征对于夏季北半球遥相关的形成和维持起重要作用。因此,本文认为夏季遥相关是外强迫和与基本气流有密切关系的大气内部动力学过程共同作用的结果。     

近年来国外气候动力学过程若干问题数值模拟研究进展

近年来,利用数值模式对大气环流或短期气候动力学过程进行模拟研究已经取得不少进展。无论是简单的理论模式还是复杂的GCM甚至是海气耦合模式均被广泛地应用于气候模拟、预报以及各类敏感性数值试验研究之中。目前的大气数值模式尤其是象GCM这类模式具有很强的模拟能力,一方面,它不仅能成功地模拟气候平均状态,而且能成功地用于天气预报,即准确地描述个别天气系统的逐日演变以及新扰动的发展;而另一方面,也是特别重要的,还能模拟大气低频变化特性,如年际变化特性、季节内尺度振荡、遥相关以及持续性异常等等。气候动力学尤其低频大气动力学过程是近年来热门的也是人们集中力量加以研究的课题,     

大气对热带热源低频响应的数值研究

本文设计—关于基本气流线性化的二层球面模式研究大气对不同类型赤道热源的低频响应,分析了全球大气40—50天低频振荡的结构和传播特点。结果表明:全球大气对热带热源响应特征是在热带地区表现为东西向非对称的热源东侧的Kelvin响应和西侧的Rossby响应,高低层反位相;在中高纬响应是具有低频振荡的二维Rossby波列,且具有相当正压结构。低频振荡的传播特征表明热带大气对移动性热源的响应更有利于振荡的向东传播,且该振荡可以沿波列路径向中高纬度传播,然后再折向低纬。二维Rossby波列是联系着热带和中高纬度地区低频振荡的基本动力学途径。该波列的形成取决于基本气流的分布,冬半球波列振幅较大。因此本文认为40—50天低频振荡是全球尺度的现象,它是一涉及到热带对流加热、赤道Kelvin波、亦道Rossby波、二维Rossby波列以及基本气流等动力学相互作用的过程。     

东半球越赤道气流的年际变化特征及其与我国同期气温、降水的相关性

利用NCEP/NCAR全球再分析资料分析了东半球冬、夏两季越赤道气流的年际变化特征,以及与中国160个站点同期气温、降水的相关性.分析表明:越赤道气流的年际变化夏季强于冬季,索马里急流并不显著影响到总量的变化,而冬季最强通道与总量变化关系密切.夏季越赤道气流总量在1950年代后期和1970年代中期有两次剧增,并与冬季一样都在1994～1995年有一次剧减.东半球夏季越赤道气流与中国同期降水的相关性很小,但在1970年代突变前后的相关性明显不同,原因与东亚夏季风的关系密切.冬季越赤道气流与中国同期南北的气温的相关随着越赤道气流与不同地区海平面气压的相关性的不同而不同.     

CO2倍增对我国东部极端降水的影响

利用GFDL-CM2.1耦合模式控制试验和CO₂增长试验逐日降水输出结果,评估了CO₂浓度加倍对我国极端降水变化的影响。结果表明：CO₂浓度加倍导致我国东部地区年极端降水的强度增强、降水量显著增多及降水频次显著增加（除华北南部外）; CO₂浓度加倍对我国春夏季极端降水影响较大,导致东部多数地区春夏季极端降水频次增加,强度增强;而CO₂浓度加倍导致华北南部和长江中下游春夏季雨日减少以及小雨、中雨减少,从而导致年总降水量减少。     

西北太平洋热带气旋频数和强度变化趋势初探

利用1951—2006年西北太平洋 (含南海) 热带气旋资料, 研究了不同强度热带气旋的气候变化特征。结果表明:超强台风 (近中心最大风速≥58m/s, 简称超强台风Ⅱ) 频数、强度和初、终旋日期的变化特征都不同于其他级别热带气旋; 西北太平洋热带气旋的总频数有长期减少趋势, 主要由热带低压和超强台风Ⅱ的长期减少趋势引起; 随着热带气旋强度增强, 出现月最大频数的月份逐渐推迟; 超强台风月频数最大值发生在秋季; 超强台风Ⅱ频数的年变化与除了超强台风Ⅰ(近中心最大风速为51~58m/s) 外的其他级别热带气旋反相关; 受超强台风Ⅱ减少影响, 热带气旋年平均最大风速有减小的长期趋势; 热带气旋的初、终旋日期没有显著的长期变化趋势, 但超强台风Ⅱ的初旋日期有推迟趋势, 终旋日期有提前趋势, 发生时间缩短。     

1988～1998年北半球积雪时空变化特征分析

利用NOAA提供的北半球近10年(1988～1998)逐周雪盖观测资料，通过引入年或季节累积雪盖周数作为对雪量累积情况的定量衡量，对北半球雪盖变化时空特征进行了分析。结果表明:近10年来，北半球积雪年际变化的关键区位于青藏高原、蒙古高原、欧洲阿尔卑斯山脉及北美中西部，其中青藏高原是北半球积雪异常变化最强烈的区域。青藏高原和欧亚大陆其他地区积雪变化的关联表现为两种不同的时空变化型，第一种型表现为青藏高原地区和其他地区(如欧洲、俄罗斯远东地区)积雪的同位相趋势性增多；第二种型表现为青藏高原地区和中亚地区积雪变化同位相，而和蒙古高原－我国东北地区积雪变化反位相的年际振荡。