能量参数在中川机场雷暴预测中的应用

我国目前的大气探空网, 其时空观测密度尚不足以捕捉强对流天气信号.采用中尺度数值模式MM5对发生在兰州中川机场的5次雷暴天气进行模拟, 利用模拟结果并结合地面观测资料, 计算、分析了雷暴发生、发展过程中一些对流活动指数的变化, 结果表明, 对流有效位势能量(CAPE)和对流抑制能量(CIN)对中川机场雷暴预测有较好的指示意义, 当CAPE＞20 J·kg -1 时就可能出现雷暴, ＞100 J·kg -1 时雷暴较强;经过地面资料修正的CAPE能够更准确地预测雷暴发生时间, 描述雷暴发展过程中的能量积累和释放过程;同时指出, 使用数值模式预测雷暴时, 积分时间不易过长.     

青藏高原东部三种再分析资料与地面气温观测资料的对比分析

为了检验再分析资料在青藏高原(下称高原)的适用性,以地面观测资料为标准,综合比较了1989-2009年间NCEP/DOE(简称NCEP)、ERA-interim(ERA)和JRA-25(JRA)三种再分析资料在高原东部地区的月平均地面气温的分布和变化规律。从平均季节变化来看,夏季再分析资料与观测资料的一致性总体好于冬季,其中NCEP资料整体偏低于观测资料,JRA则相反。从线性趋势来看,ERA和JRA资料与观测资料较一致,均表现出高原东部区域整体增暖趋势,而NCEP资料则表现出略微的下降趋势。从年际尺度变化来看,ERA和JRA资料所反映的年际变化和变率特征要好于NCEP资料,并且JRA资料的结果要优于ERA资料。最后,比较了三种再分析资料的质量指数,发现ERA资料质量最好,NCEP资料最差,而且NCEP和JRA资料在近20年质量有变差趋势,ERA资料有变好趋势;ENSO、东亚季风和高原季风对再分析资料地面气温场的质量均有一定的影响。     

黄河上游玛曲地区空气动力学参数的确定及其在陆面过程模式中的应用

为了定量描述黄河上游玛曲地区草地下垫面的空气动力学特征,为模式提供准确的下垫面参数,利用"黄河源区气候与环境综合观测研究站"2006年9月的湍流观测资料,结合Martano由单层超声观测资料确定下垫面空气动力学参数的方法,计算了黄河上游玛曲地区草原下垫面空气动力学粗糙度z0和零平面位移d,即z0为0.035 m,d为0.143 m。同时,将z0和d应用于陆面过程模式CoLM中,检验其对模式模拟性能的影响,结果表明,改进陆面参数后的模式对感热通量和潜热通量的模拟均有明显改善。     

不同分辨率地形数据对黑河流域模拟结果的对比分析

陆面模式和分布式水文模式都要求细致的地面要素场描述,其中地形数据是一个重要的因子。目前,美国地质调查局(USGS)制作的全球30″地形数据已广泛应用于陆面模式和分布式水文/生态模式中,这套全球地形数据可以比较准确地描述地形的大尺度分布,然而若描写复杂地形的小尺度分布细节则略显不足。在黑河流域,我们有高分辨率的30 m地形数据,这里首先对黑河流域范围的该两套数据进行了比较;为评估黑河流域超高分辨率地形数据在大气模式中对气象要素的模拟能力,在中尺度大气模式(MM5)中分别使用黑河流域超高分辨率地形数据和全球30″地形数据,对黑河流域2003年6月大气要素场进行模拟。模拟结果显示,无论从要素场本身与地形空间分布的相关性还是要素变化的空间分布与地形变化的相关性看,地形对气压场、土壤和大气温度场以及大气可降水量场都有着重要影响,地形分布对月总降水量的空间分布也有一定影响。黑河数据对气温以及风向的模拟能力好于USGS数据,对降水过程模拟的改善程度不是很明显。     

西北干旱区绿洲不同灌溉制度的数值模拟

运用耦合了包含土壤－植被－水文－积雪参数化的陆面过程的非静力平衡中尺度模式MM5,将水平分辨率提高到1km,在“我国西北干旱区绿洲不同水量灌溉对环境影响的数值模拟”一文的基础上,通过数值模拟的方式,运用保持土壤体积含水量稳定的方法确定灌溉制度的方法研究了我国西北干旱区绿洲7月下旬在不同灌溉制度滴灌下土壤、径流与近地层大气的不同变化状况。结果表明：1. 当按50m³/hm²/天的水量进行隔天灌溉,或隔4天灌溉一次,土壤体积含水量不能保持稳定,需要补充灌溉才能保证其稳定,所以这样的灌溉制度不适合于7月下旬的河西绿洲。2. 均匀施灌10天,每天施灌50m³/hm²;施灌5天,隔一天施灌100m³/hm²,以及隔4天施灌一次,每次灌水250m³/hm²这三种灌溉制度中,前者形成的径流最小,土壤湿度变化幅度也最稳定,所以是最优的灌溉制度。但是现实生活中由于设备、人力等一系列客观条件限制,每天平均施灌的灌溉制度难以实现,可以采取相近的灌溉制度,如隔天施灌,尽量缩短两次灌溉间隔时间,每次所需的灌溉量很小,使得滴灌水量最大程度地转化为土壤水,减少地表径流的产生。所以说,为了不造成水资源的浪费,应该在选取合适灌溉水量的基础上,依合理的施灌制度进行灌溉,这样的水其利用率会比较高,达到节水灌溉的功效,从而为干旱区节约有限的水资源。     

次网格积雪参数化在祁连山区斑状积雪带模拟中的应用

运用中尺度大气模式MM5,积雪参数化分别采用简单的积雪参数化方案以及考虑次网格积雪分布和雪密度变化的复杂积雪参数化方案,对黑河流域上游祁连站附近气温和降水进行模拟,与祁连站的观测值对比,检验积雪参数化方案中次网格积雪分布和雪密度变化在该地区气温和降水模拟中的作用.结果表明:简单积雪方案对网格积雪的非0即1描述在斑状积雪带是不合理的,尤其在黑河流域海拔3 300 m以下积雪多为斑状或片状,网格内积雪非均匀性的处理是非常必要的;通过耦合简单和复杂积雪方案的大气模式对气温模拟和观测值比较发现,新方案模拟的气温比旧方案模拟值更接近观测值,在气温低于0℃时改进尤其明显,说明使用复杂积雪/融雪方案可改进斑状积雪带气温的模拟.耦合复杂积雪方案的大气模式模拟的降水与观测值绝对误差低于耦合简单积雪方案模拟结果,复杂积雪方案的模拟结果降水错报率为使用简单积雪方案结果的一半,证明了耦合复杂积雪方案可以提高大气模式对该地区春季降水模拟的准确性.与积雪面积变化相对应,耦合复杂积雪方案模拟出了融雪产流量,而使用简单积雪方案则没有模拟出来.综上所述,耦合考虑次网格积雪分布和雪密度变化的复杂积雪参数化方案比耦合“非0即1”积雪方案可以更准确地模拟祁连山区冬、春季气温和降水.     

不同尺度绿洲环流和边界层特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V3．4非静力平衡模式,通过三重嵌套,模拟研究了西北地区不同尺度绿洲环流及边界层特征,发现不同绿洲系统地面能量和水分的输送是不同的,尺度较小的绿洲其地面潜热大,感热相对小。R度在15km以上的绿洲可以形成绿洲一沙漠环流和绿洲的小气候,有较低的边界层,同时在绿洲边缘的沙漠形成湿气柱。尺度在儿公里的绿洲不能形成绿洲一沙漠环流和绿洲边缘的湿气柱。尺度较大的绿洲形成的温度和湿度边界层结构和环流配合,使绿洲形成具有自我保护的绿洲小气候环境,有利于绿洲生态的发展。     

降雪对生物土壤结皮光合及呼吸作用的影响

通过对降雪处理下2种生物土壤结皮（藓类结皮和藻类结皮）光合及呼吸作用的测定,研究了降雪后生物土壤结皮净光合速率和呼吸速率的变化特征。结果表明：冬季生物土壤结皮净光合速率、呼吸速率受空气温度,辐射及土壤水分的影响,水分是关键影响因子;生物土壤结皮的光合及呼吸作用主要有3个阶段性的变化;降雪后生物土壤结皮的净光合速率和呼吸速率都会先增加后降低;生物土壤结皮的净光合速率和呼吸速率变化会受到积雪覆盖、降雪改变温度及水分的影响;生物土壤结皮净光合速率、呼吸速率与降雪量正相关。本研究证实了冬季生物土壤结皮的光合与呼吸作用不可忽略,对全球碳循环过程有重要意义。     

库姆塔格沙漠东部复杂地貌地表沉积物化学元素组成初步研究

通过对库姆塔格沙漠东部的沙漠、戈壁、绿洲、湿地、干河床等地貌单元地表沉积物化学元素的分析,研究了不同类型沉积物常量、微量元素的UCC标准值、Ba-Sr含量比值、化学蚀变指数等特征。结果表明：各类型沉积物的元素特征差异显著,但都处于低等风化阶段。库姆塔格沙漠东北端的平沙地、灌丛沙地与北侧戈壁地表沉积物元素特征相近,物源是北山;沙漠东缘沙物质有相近的主元素含量和Ba-Sr含量比值,化学风化特征和Fe、Mg含量自北向南呈现渐变趋势,表明受到偏北风的搬运混合作用,其可能的物源包括南部阿尔金山洪冲积物、东侧的干河床和戈壁。沙漠与敦煌绿洲间的戈壁地带化学风化微弱,区域差异不明显,但不同部位沙物质的元素含量有近源性。鸣沙山西侧的沙物质元素不同于库姆塔格沙漠,而与之相近的党河漫滩相近,因此其最有可能的物源是党河。     

青藏高原及其周边干旱区气候变化特征与GLDAS适用性分析

青藏高原及其周边干旱区的水循环过程对全球变化的响应十分敏感.基于观测资料驱动的全球陆面数据同化系统(GLADS)能为区域尺度水循环变化研究提供更全面的数据.利用GLADS数据,首先对青藏高原及其周边干旱区进行气候区划分,分析了各气候区内气温和降水的时空分布和变化特征;然后检验了GLDAS数据在青藏高原地区的适用性;最后探讨了模拟期间地表水循环关键要素的时空变化特征及区域水资源分配格局.结果表明,各气候区在2000-2007年比1979-1994年平均气温上升了0.65～0.97℃,增幅明显提高.不同区域降水量变化各异,干旱区和半干旱区2000-2007年比1979-1994年平均年降水量分别升高了14 mm和25 mm.1979-1994年间GLDAS气温、降水数据在青藏高原及其周边地区适用性较高;极端干旱区气温数据与中国地面气温格点数据之间的均方根误差仅为0.41℃;在各气候区GLDAS数据与APHRODITE平均降水差值均小于0.18 mm·d-1,但2000-2007年数据质量有待提高.研究时段内研究区域水循环处于动态平衡状态.2000年以来青藏高原及其周边干旱区径流量、蒸发量呈增长趋势的区域明显扩大,且幅度大幅上升,但变化量级存在不确定性.新疆大部分地区水循环变化特征表现为暖干向暖湿转变.青藏高原及其周边干旱区自2000年以来水循环有所加强,降水仍主要用于蒸发,多年平均径流系数大多小于0.2.