WRF模式对夏季黑河流域气温和降水的模拟及检验

利用NCEP/DOE再分析资料驱动中尺度区域模式WRF对1999 2008年夏季(6 8月)黑河流域及周边地区气温和降水进行了模拟,并检验了区域气候模式在山区复杂地形条件下的模拟性能,客观评估了复杂地形条件下气候模拟的性能。气温和降水空间分布的对比分析表明,高分辨率WRF模式较粗分辨率的再分析资料能更精细地模拟出复杂地形条件下山区气温和降水的分布特征,充分体现了高海拔山区复杂地形对气温和降水空间分布的影响。通过BSS指标对气温、降水模拟的定量评估表明,在复杂地形条件下,WRF模式可以在几乎所有观测站点提高气温模拟的准确性,也可以为复杂山区没有观测站点地区气温的空间分布和量值提供数据支持。对降水量模拟的准确性低于气温模拟,半数的站点模拟值较再分析资料更接近观测值,位于祁连山东南侧站点降水量模拟值偏大,可能与WRF模式中地形对水汽输送的抬升作用有关,也可能与观测站点对该区域的代表性有关。     

黑河流域大气资料尺度转换的对比分析

尺度转换是解决尺度差异问题的有效方法之一。尺度转换统计模式的可靠性和正确性如何,在很大程度上取决于建立统计模式时所用的实际气象资料的处理,尤其在下垫面分布极不均匀地区。本文研究了黑河流域这一复杂下垫面条件下的大气资料的尺度转换问题,对比分析了由NCEP再分析资料直接内插到较小尺度而得到的局地气候变化与由尺度转换统计模式,经过客观分析所得到的局地气候变化。结果表明,直接插值所得的细网格值只能用于对平坦地区的温、湿状况的描述,而对较高山区的区域特征描述不够;进行观测资料的客观分析可以更准确地反映黑河流域复杂下垫面背景下近地层大气要素场的变化。研究表明,客观分析过程是尺度转换过程的重要环节。     

华北平原一次中尺度对流系统分析

2002年6月1日在华北平原发生了β尺度的中尺度对流系统(MβCSs)。利用气象常规资料的客观分析产品对这次过程进行了分析,结果表明．在高空东北冷涡影响下,华北平原的东北方向出现急流,MβCSs发生在急流右侧的风速切变区中;由于高空正涡度平流、低空负涡度平流的共同作用,高空辐散,低空辐合,使对流层中层的上升运动得以维持;华北平原低空水汽通量辐合．有源源不断的水汽供应;高层总能量减少,低层总能量增加,使华北平原在垂直方向有大量的不稳定能量积聚。以上分析表明：华北平原具备了对流产生的动力和热力条件。该文揭示了MβCSs产生的原因,并为以后进一步做好MβCSs的预报总结了经验。     

模式水平分辨率对祁连山区降水模拟影响的初步分析

利用中尺度模式MM5V3．6，针对祁连山地区2002年7月14～17日的一次降水过程，设计了一组不同水平分辨率的试验进行数值模拟。并将模式结果与实测资料进行对比，结果表明：高水平分辨率对降水中心位置的模拟较好，但同时会产生虚假降水中心，且模拟的降水中心量值一般都大于实测值。而低水平分辨率对降水量值的模拟较好，但对降水中心位置的模拟没有高水平分辨率的好。     

土壤温湿状况对黄河源区水循环过程的影响

众多研究表明黄河源区受气候变化影响,土壤活动层逐渐下降。土壤温、湿度是陆面过程及地球系统中的重要物理量,它们通过影响地表能量和物质交换而影响大气环流和降水等。利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式,选取2个典型年分别设计了2个控制试验和2个敏感性试验来探讨土壤初始状况变化对区域水循环的影响,通过再循环降水率定量描述不同气候背景下陆面对黄河源区水循环的影响,并尝试从环流角度进一步分析土壤初始状况改变对源区水循环影响的物理机制。结果表明：陆面对水循环的影响受大尺度环流背景场影响较大,较弱的环流背景下再循环降水率较强环流背景大5%左右。土壤初始状况对水循环要素有一定程度的影响。土壤初始温度升高/降低,水汽通量增多/减少,后期降水增大/减小。不同环流背景下,土壤记忆时间不同,在弱的环流背景下,土壤记忆时间要长,初始状况扰动可持续1～2个月。     

城市与湖泊对华东地区一次切变线暴雨过程的影响

城市和湖泊对区域降水都有显著的影响,但二者对暴雨过程的相对影响尚需定量评估。为了揭示城市与湖泊相对及共同作用对暴雨过程的影响,本文选取华东地区为研究区域,利用WRF模式,针对2015年6月27日一次江淮梅雨期间由低空切变线引发的暴雨过程,进行了敏感性试验对比研究。结果表明,太湖和周围城市的存在会增强研究区域的降水,并且城市的影响要大于太湖;太湖和周围城市与其他区域的温度差会导致地面风场在城市及其附近区域辐合,进而产生强对流;形成的强地面辐合线还会影响低空切变线的生成位置,并在其移动过程中相互调整、相互增强。总而言之,太湖与周围城市的共同作用对于地面风场辐合以及低空切变线的形成与强度都存在重要影响,进而影响本次暴雨的位置和强度。     

黄河源区草地退化对局地气候环境影响的数值模拟

土地覆盖变化会影响到近地层各气象要素发生不同程度的变化.利用中尺度数值模式MM5,设计了一个控制试验和一个敏感性试验.通过对2003年7月一个月的积分,模拟了黄河源区草原退化对局地气候环境的影响.结果表明,黄河源区草原退化导致该地区2 m高度气温及地表温度明显升高;空气湿度及土壤湿度不同程度减小;草原退化后降水的减小影响到径流减小;草原退化后还引起退化区感热通量增加,潜热通量减小,有效通量(感热通量+潜热通量)减小.与草地农牧化相比,草原退化对气候环境的影响程度更强.     

不同绿洲分布对局地气候影响的数值模拟

使用非静力平衡中尺度模式MMSV3,通过数值模拟,研究了不同绿洲分布对局地气候的影响,分析了不同绿洲、林带分布状况下的地表能量平衡,以及对边界层特征的影响,为荒漠化治理提供一定的理论依据。研究结果表明:沙漠化后感热增大,潜热减小,地表温度升高,5d内可升高0.7℃,土壤温度也有类似的变化,只是变化幅度小,并存在滞后效应,摩擦速度减小,5d内可减小5cm·s^-1,长期下去,将形成风沙肆虐,沙尘暴频繁的气候,为人类敲响了警钟;而绿化可使潜热增大,对城市影响更为明显,潜热将增大两倍,地表温度降低,湿度增大,摩擦速度明显增大,可以有效地阻止沙尘暴的发生,对半干旱地区环境治理大有好处。     

腾格里沙漠东南缘4种灌木的生物量预测模型

灌木生物量模型是预测灌木生物量最有效的方法。选择腾格里沙漠南缘荒漠生态系统中常见的4种灌木（驼绒藜(Ceratoides latens)、盐爪爪(Kalidium foliatum)、珍珠猪毛菜(Salsola passerina)、红砂(Reaumuria soongarica)）为研究对象,以株高（H）和冠幅（C）的复合因子灌木体积（V）为自变量,通过回归分析,分别构建了4种灌木和混合物种的叶、新生枝、老龄枝、地上部分、地下部分和整株生物量的预测模型。通过决定系数（R2）、估计值的标准误（SEE）和回归检验显著水平（p＜0.05）筛选出了最优的生物量估测模型。结果显示:4种灌木的生物量模型主要以幂函数W=aVb为最优模型,少数以三次函数W=a+bV+cV2+dV3为最优模型。灌木生物量与V之间呈极显著的相关关系（p＜0.001）,决定系数较高,分别为:叶片（0.775＜R2＜0.866）,新生枝（0.694＜R2＜0.840）,老龄枝（0.819＜R2＜0.916）,地上部（0.832＜R2＜0.917）,地下部分（0.74＜R2＜0.808）,全株（0.811＜R2＜0.912）,说明预测模型可以应用于此4种灌木的生物量估算。不同物种之间及不同器官之间的生物量模型存在差异,在实际使用中,要根据物种来选择相应的模型。生物量模型的建立有助于全面估算荒漠生态系统的生物量,并进一步评估生态系统不同碳库的碳存储量与碳循环。为有效提高荒漠草地碳储量、合理实施生态系统管理和人为干预提供科学依据。     

酒泉地区20120604暴雨的诊断分析

利用地面定时观测资料、区域站降水资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2012年6月4-5日酒泉地区出现的一次大暴雨过程进行了诊断分析。结果表明,这次大暴雨发生在"西低东高"的流场配置下,"歪脖子"高压的存在使得低值系统在酒泉地区滞留;在低纬度天气系统与中高纬度天气系统相互作用下,酒泉地区上空形成了中尺度涡旋;高层负涡度区与中低层正涡度区相配置,高层强辐散与低层强辐合相耦合,同时大气处于潜在不稳定状态,垂直上升运动发展迅速,有利于强对流的发生、发展。