陆面过程参数化对宁波地区雷暴过程模拟的影响

利用耦合复杂程度不同的陆面过程参数化方案(Noah、RUC)的新一代中尺度数值模式WRF,对2006年6月24日发生在宁波地区的一次典型的雷暴过程进行了数值模拟试验。结果表明:对于雷暴发生前期近地面热力、动力场的特征,Noah方案的模拟较为逼真,RUC方案没有反映出下垫面覆盖的多样性以及城市下垫面的影响,城乡之间差异不明显;Noah方案模拟的雷暴启动、发展过程与观测较为一致,RUC方案较好地描述出了演变过程中的关键阶段(3次合并过程);由于参数化所考虑的要素和物理过程存在一定差异,Noah方案在对降水的强度、降水中心位置的模拟方面具有一定优势;雷暴的持续时间对陆面过程参数化方案的选择比较敏感,两个方案所模拟的雷暴过程持续时间不同程度地长于实际雷暴持续时间;无论是哪种下垫面覆盖类型,白天Noah方案模拟的感热通量均大于RUC方案,而Noah方案模拟的潜热通量均小于RUC方案。     

应用先进微波探测器AMSU资料遥感反演春季陆地表层湿度

利用先进微波探测器(AMSU)正演快速微波辐射传输模型,完成了AMSU 窗区通道亮温与地表温湿特征的相关性分析,根据模拟计算结果改进了现有业务上反演地表微波辐射率的统计分析方法,得到适用于我国非冻土积雪覆盖地区地表微波辐射率反演的指数分析模型;进一步通过地表微波辐射传输模型迭代反演得到土壤体积含水量信息.2001年相互匹配的AMSU资料和地面农业气象观测站地表相对湿度观测结果的对比分析表明二者间具有一定的相关性.利用2002年3月和2003年3月的AMSU资料,反演了我国陆地区域地表湿度;连续两年春季地表湿度反演结果的对比分析表明,与2002年春季相比,2003年我国北方沙尘暴发生源区地表湿度反演值普遍偏高,潮湿的下垫面特征与沙尘暴发生频次的减少之间有一定的对应关系.试验结果表明,利用AMSU遥感资料可以获取大范围陆地表层湿度信息,进行区域尺度陆地表层湿度特征的动态分析,为我国沙尘暴监测分析提供陆地表层湿度基础信息.     

陆面过程模式对土壤含水量初值的敏感性研究

利用IAP94陆面过程模式,采用淮河流域能量与水份循环试验(HUBEX)期间两种下垫面(森林和旱田)、不同季节(5月、8月和11月)的观测资料,研究了模式对土壤含水量初值的敏感性.结果表明:对于森林和旱田下垫面,当土壤含水量减少时,地表净辐射均略有减少,同时潜热通量减少而感热通量增加.另外,模式对土壤含水量初值的敏感性有较明显的季节差异,相对而言在晚春和夏季较强,而在秋季明显减弱.这说明春夏季节的土壤含水量初值在淮河流域区域气候的模拟和预测中尤其值得关注.     

青藏高原纳木错湖区大气边界层结构分析

利用2007年8月8~19日期间系留气球低探空和GPS无线电探空资料,分析了纳木错湖区大气边界层高度、风、温、湿等要素的垂直结构。结果表明:纳木错湖的冷湖效应推迟了边界层湍流混合及对流边界层出现的时间,边界层高度日变化非常明显,对流边界层高度最高可达1750 m;在晴天条件下,边界层内湖陆风日变化非常明显,湖陆风控制范围常超过边界层高度,可达对流层中部;边界层内比湿变化呈V型变化,白天减小,夜间增大,早晨08:00出现峰值。     

陆面模式SSiB耦合TOPMODEL对流域水文模拟影响的数值试验

为了检验陆面模式SSiB耦合TOPMODEL模型对流域水量平衡模拟结果的影响,用原始SSiB与TOPMODEL按饱和区和非饱和区两种方案耦合的耦合模型(下称SSiBT)进行长江下游青弋江流域水文的数值试验,通过耦合模型与原始SSiB模式模拟结果的比较,并利用流域实测逐日流量和水量平衡资料,揭示了流域水文模拟结果对SSiB耦合TOPMODEL的响应和原因.结果表明:(1)与原始SSiB的模拟结果相比,SSiBT增加了土壤湿度的模拟结果和各层土壤湿度之间的差异,流域蒸散发增加而总径流减小.(2)原始SSiB不能准确地将径流在地表径流和基流之间分配,对于较小的土壤饱和导水率,原始SSiB产生过多的地表径流和洪峰流量;对于较大的土壤饱和导水率又产生过多的基流和明显偏小的洪峰流量.(3)即使土壤饱和导水率大到不会产生超渗产流,由于饱和区的存在,SSiBT在洪水期间也能产生足够大的地表径流,从而形成洪峰流量.由于考虑了地形引起的土壤湿度空间非均匀形成的饱和区产流,SSiBT改善了雨季逐日流量的模拟结果.     

通用陆面模式对土壤质地和亮度的敏感性分析

使用前苏联Valdai 1966～1971年的气象观测资料,研究了通用陆面模式(Common Land Model,CoLM)模拟的水分循环和地表通量在12种土壤质地和8种土壤亮度条件下的差异。结果表明,在相同的气象条件下,模拟的热通量对土壤质地和亮度都比较敏感,而地表水文过程只对土壤质地敏感。土壤亮度相同时,相对砂性土壤,粘土含量高的土壤保水性强,土壤湿度、地表蒸发和径流量都比较大（月均最大差值：土壤湿度约为5 kg·m-2,地表蒸发和径流量约为年降水量的7%和1.2 %）,相应地在热通量分配上存在明显差异（月均最大差值为8 W·m-2）;土壤质地相同,亮度由亮变暗时,潜热通量变化很小,地表温度略有升高,而感热通量和净辐射增加显著（月均最大差值为7 W·m-2）。土壤质地和亮度对模拟的影响主要存在于降水少、植被覆盖度低的3～5月。     

一个描述河陆风变化的数值模式及其数值实验

本文设计了一个包括水平及垂直扩散、牛顿冷却的二维46层非弹性运动方程模式来模拟及研究河陆风的变化。在模式中包括了太阳辐射;地-气系统的长波辐射;地表面、河表面向大气的感热与潜热输送以及地表面向土壤层的热传导等物理过程。 本模式采用分解算法及隐式时间差分方案,计算结果表明,这个模式无论对稳定层结或不稳定层结其计算都是稳定的,且所需计算时间也是很节省的,其计算结果是符合实际的。     

Climate-Vegetation Interannual Variability in a Coupled Atmosphere-Ocean-Land Model

The coupled models of both the Global Ocean-Atmosphere-Land System (GOALS) and the Atmosphere-Vegetation Interaction Model (GOALS-AVIM) are used to study the main characteristics of interannual variations. The simulated results are also used to investigate some significant interannual variability and correlation analysis of the atmospheric circulation and terrestrial ecosystem. By comparing the simulations of the climate model GOALS-AVIM and GOALS, it is known that the simulated results of the interannual variations of the spatial and temporal distributions of the surface air temperatures and precipitation are generally improved by using AVIM in GOALS-AVIM. The interannual variation displays some distinct characteristics of the geographical distribution. Both the Net Primary Production (NPP) and the Leap Area Index (LAI) have quasi 1-2-year cycles. Meanwhile, precipitation and the surface temperatures have 2--4-year cycles. Conditions when the spectrum density values of GOALS are less than those of GOALS-AVIM, tell us that the model coupled with AVIM enhances the simulative capability for interannual variability and makes the annual cycle variability more apparent. Using Singular Value Decomposition (SVD) analysis, the relationship between the ecosystem and the atmospheric circulation in East Asia is explored. The result shows that the strengthening and weakening of the East Asian monsoon, characterized by the geopotential heights at 500 hPa and the wind fields at 850 hPa, correspond to the spatiotemporal pattern of the NPP. The correlation between NPP and the air temperature, precipitation and solar radiation are different in interannual variability because of the variation in vegetation types.     

与EAWM相关的海陆气相互作用及亚洲夏季风

基于观测资料分析，本文讨论了与东亚冬季风（EAWM）异常活动相联系的海－陆－气系统的特征，指出它往往是随后亚洲夏季风异常的一个信号。我们分析并确定了一类重要的海气耦合模态，即EAWM。它所包含的海－气双向相互作用，使该模态的SSTA分布得以发展和持续。特别是在西太平洋和南海等关键地区，SSTA异常将从冬季维持到夏季。在强冬季风年，青藏高原积雪冬季在其东部出现负距平区，春季则延伸到高原西北部。SSTA及高原积雪分布，共同构成调制亚洲季风环流的重要因子，它将有助于1）随后南海季风和季风降水的增强；2）梅雨期西太平洋副高偏北，长江流域少雨；3）夏季我国东北和日本多雨；4）阿拉伯海和印度东北多雨，而印度西南部及孟加拉湾少雨。总之，强EAWM及相联的海气相互作用，一定程度上，预示着亚洲夏季风的活动特征。     

东亚夏季风边缘摆动区陆面能量时空分布规律及其与气候环境的关系

东亚夏季风边缘摆动区既是气候敏感区,也是生态脆弱区和农牧交错带,其特殊陆面能量空间分布格局和演变特征对理解该区域天气和气候变化有重要意义。然而受限于陆面观测资料缺乏,对这部分陆面特征的认识仍非常有限。通过对34 a陆面模拟集成产品的分析,发现夏季风边缘摆动区内潜热和感热通量在空间上表现出明显的过渡特征,由摆动区外的相对均衡状态进入到摆动区内的“突变转换”;陆面能量平衡具有明显的区域特征,能量平衡各分量在纬向和经向都表现出了“阶梯型”的变化。就演变而言,区域平均感热和潜热没有表现出规律性的递减或递增趋势,波动幅度在±20%以内,但在20世纪末存在一个较为明显的摆动相位转换:1997年之前夏季风边缘摆动区夏季风相对活跃,潜热通量总体高于其气候值而感热通量则低于其气候值,之后出现了相反的现象。此外,区内感热和潜热通量对气候环境干湿性质非常敏感,两者存在明显的线性关系。