城市热岛效应的研究进展与展望

随着世界各国城市化的进展,城市热岛效应已经成为一个跨学科领域的问题,受到包括大气环境、区域气候、水文和生态等多学科科学家的关注。在过去半个多世纪中,城市热岛问题的研究获得了相当丰富的研究成果,通过对这些成果的综合分析,归纳出城市热岛研究中采用的3类主要方法——观测(外场试验和遥感技术)、数值模拟以及实验室仿真法。系统地回顾了城市热岛效应的研究历史,重点对与城市热岛关系最密切的城市边界层、热岛环流与复杂地形的相互作用以及能量平衡研究所取得的成果进行了总结和评述。最后对城市热岛问题未来8个可能的研究方向进行了探讨,其中,包括沿海和复杂地形附近的城市热岛问题、城市群间热岛环流的相互作用、城市化与空气污染问题、城市热岛效应对平均降水的影响、城市化对雾和闪电的影响、城市天气预报的精细化、城市气候变化预测以及城市热岛效应减缓方案的制定,并对其发展前景进行了粗略的展望。     

多尺度天气分析理论和应用Ⅱ:锋面和气旋的形成机制

利用多尺度天气分析理论,研究了锋面和气旋的形成机制.结果表明,冷、暖气团是由不同性质的亚微团在环境力的作用下向不同方向运动而形成的,而它们的交界面就是锋面.急流附近强动能梯度力能促进微团的分离,因此锋面与急流有很好的对应关系.另外,低空急流附近存在上干冷下暖湿的稳定气流,原因在于急流之上的能量梯度力与重力的方向相反,导致该区域微团所受到的作用力为零,形成稳定的结构.但当微团运动到急流出口处时,这种平衡不再存在,暖湿微团向上运动而干冷微团向下运动,形成剧烈的天气变化.地球自转所形成的离心力使得轻微团产生向北、向上的运动分量,导致极锋向北倾斜.气旋的形成同样是由亚微刚的分离而产生的.当轻微团离开微团,在绝对环境涡度场的作用下将发生旋转,旋转的方向与初始涡度的方向一致,在北半球地转涡度的垂直分量向上,为逆时针旋转,南半球为顺时针旋转.在气旋的形成过程中,轻亚微团在气压梯度力场和绝对涡度力的作用下呈现螺旋运动,是气旋系统普遍存在螺旋云带和雨带的原因.水汽是气旋在形成和加强过程中的基本能源,由于发生地的不同,温带气旋和台风在水汽输送方式上亦有差别:温带气旋主要依靠低空暖输送带进行水汽输送;台风因为发生在热带海洋,水汽充沛,各个层次都有水汽供应.气旋运动主要受三个力的制约:环境气压梯度场力、绝对涡度场力和环境涡度力,这三个力的作用导致台风在沿副热带高压边缘运动的同时,还存在蛇形路径和打转运动.     

一次湖北暴雪天气的诊断与模拟

利用NCEP GFS资料分析了2007年1月15—16日鄂东南地区降雪过程,对造成暴雪过程的天气系统发生、发展背景场进行分析。并利用中尺度数值天气模式WRF模拟了这次暴雪过程,探讨了其发生发展的机制。天气系统的背景分析表明,这次暴雪过程主要是受700 hPa西南急流和地面冷空气的共同影响而产生的,降水过程与西南急流的变化密切联系。WRF模式较好地再现了此次暴雪的过程。模拟结果表明西南急流的减弱和移出,对应着降雪的开始和停止;在西南急流的左侧,由于低层涡度的增加,使低空辐合、高空辐散,在连续性原理和动力机制约束下导致上升运动的加强是该次暴雪的形成机制。模式结果说明,产生暴雪的上升运动要远小于产生暴雨的上升运动,且在暴雪过程中,中层为上升运动,近地层和高层伴随着下沉运动。     

河南省黄淮气旋暴雨的天气特征及个例诊断

通过对1990-2001年6-8月影响河南省的18个黄淮气旋暴雨个例进行统计得知:影响河南省的黄淮气旋暴雨6月最多,7月次之,8月最少。黄淮气旋暴雨产生有两个源地,一个在河南省三花间略偏南一带,另一个在河南省南部和湖北的交界处,气旋的形成与两地向东开口的喇叭口地形有关。黄淮气旋暴雨发生前24-12 h,地面图上影响系统可分为西路冷空气影响型和倒槽顶部发展型两种;高空图上,河南多受高压脊控制,700 hPa影响系统有人字型切变和低槽型两种,但与地面影响系统没有直接对应关系。为了进一步揭示黄淮气旋暴雨的发生机理,利用NCEP再分析资料,对2007年7月12-15日黄淮气旋引发的暴雨天气过程进行了诊断分析,结果表明:黄淮气旋暴雨的发生、发展是大气斜压性强烈发展的结果,500 hPa高空急流和700 hPa低涡的移动方向对地面气旋的移动有引导作用。     

亚非副热带西风急流入口区位置及动能异常对中国华北盛夏年代际干旱的影响

研究使用了欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的全球再分析数据,通过局地多尺度能量涡度分析法(MS-EVA)研究7-8月亚非急流入口区域的位置及能量变化对华北地区干旱的影响.结果发现:7月亚非急流入口区域在1997年之后有明显的北抬趋势,使得北大西洋及欧洲辐射的能量更易进入急流;8月亚非急流入口区域在1997年后有东...     

西南低涡东移对华南暴雨增幅的动力机制分析

对1996年6月13~14日华南大暴雨发生过程的天气形势和物理量场进行分析,并从中尺度能量方面探讨了西南低涡对华南暴雨增幅的动力机制。结果表明:暴雨的发生与西南低涡及850hPa孟湾地区的水汽通量有着密切的联系;而500hPa较强的负螺旋度有利于低层低涡的发展加强;暴雨发生前,华南上空维持一支反气旋性的西南急流,当西南涡东南移时,造成本地重力惯性波能量增加,从而对华南暴雨有正贡献,即对暴雨有一定的增幅作用。     

陆域蒸散的测算理论方法:回顾与展望

蒸散是地球水分循环与能量转换的关键环节.陆域蒸散的精准测算是地球物理、生物乃至环境过程研究的共同科学难题.以英国Dalton和Penman等人为代表的开创性工作,以及大气边界层湍流交换理论与实验的不断发展,奠基了现代主流的蒸散测算方法.20世纪90年代以来技术趋于成熟的涡动相关系统和卫星遥感等观测手段,跨越寒带到热带、干旱区到湿润地区,涵盖水体、湿地、森林、农田、草地、裸地、城市等不同下垫面类型,极大地拓展了对蒸散过程认知的深度和广度;捕捉了诸如地表夜间蒸散、蒸散迟滞现象、非均匀下垫面的湍流间歇、平流关联的岛屿效应、下垫面转捩效应等新的现象和事实,对经典相似性理论和蒸散测算理论等提出了新的挑战;最大熵增蒸散模型和非参数化蒸散模型等新方法和新理论的萌芽已经出现.与此同时,点位高频观测和航空航天遥感技术构筑了从植物气孔到叶片、植株、冠层、景观、流域等跨尺度测算手段,在地表蒸散过程观测及机理解析上,形成纵向深化及横向综合的新进展.陆域蒸散新理念、新模型、新技术的综合性发展,成为突破蒸散精准测算难题的基础条件,这将为揭示地球系统的水-热-碳循环机理等全球性重大基础理论问题,为满足农业灌溉与粮食安全、水资源精细化管理与生态环境保护、城市热环境调控与全球升温适应对策等国家重大需求,提供更为严谨坚实的科学理论依据和实验支撑.     

锡林郭勒盟一次暴雪过程分析

2010年11月20日20时到21日08时锡林郭勒盟东北部出现了暴雪天气过程,这次暴雪是在两脊一槽的环流形势中西来斜压槽配合地面蒙古气旋产生的,属强冷空气类。极涡的维持使斜压槽加强,移动缓慢;在印缅槽维持的西南环流场中,700hPa西南槽为华北建立了水汽通道,暖湿的低空西南急流提供了较好的水汽和能量不稳定条件;高低空急流耦合产生了动力抬升作用,大、暴雪就发生在高空急流入口区右侧,低空急流左侧的耦合区。逆温层和高能舌的存在为暴雪的发生储备了潜在能量。     

Western Pacific Jet Stream Anomalies at 200 hPa in Winter Associated with Oceanic Surface Heating and Transient Eddy Activity

The relationships between the 200-hPa westerly jet stream anomalies over the East Asian coastal water- western Pacific(WPJS),and the oceanic surface heating and synoptic-scale transient eddy(STE)activity anomalies over the North Pacific in wintertime are examined by using ERA-40 and NCEP/NCAR reanalysis data.The analysis demonstrates that the surface heating and the STE anomalies have different patterns, corresponding to the three WPJS anomalous modes,respectively.In the first WPJS anomalous mode,the WPJS main part shows no robust anomaly.The anomalous westerly wind,occurring over the mid-latitude central-eastern Pacific past the date line is associated with the anomalous heating presenting both in the tropical central-eastern Pacific past the date line and the center of the North Pacific basin.Meanwhile,the STE anomaly appears around the region of the anomalous zonal wind.The fluctuation in jet strength shown in the second WPJS mode is strongly related to the heating anomaly in the Kuroshio Current region and the STE anomaly in the jet exit region.The third mode demonstrates a northward/southward shift of the WPJS,which has a statistical connection with a south-north dipolar pattern of the heating anomaly in the western North Pacific separated at 35°N.Meanwhile,the STE spatial displacement is in conjunction with jet shifts in the same direction.The heating anomaly has a close connection with the atmospheric circulation, and thus changes the mid-latitude baroclinicity,leading to the STE anomaly,which then reinforces the WPJS anomaly via internal atmospheric dynamics.     

南海上层环流观测研究进展

回顾了近50a来南海环流研究的进展，重点介绍了近期有关南海上层总环流的观测研究成果，并就南海季风急流、南海暖流、南海南部的次海盆尺度环流，以及南海东北部环流的几个问题进行了专门讨论。