干旱区陆面过程参数改进对东亚区域气候影响的数值模拟

为了进一步检验裸土参数化的气候模拟性能,本文在文献[1,2]的基础上,利用NCEP再分析资料和Xie等全球降水资料与CCM3模拟结果进行了对比。结果表明：加入裸土参数化方案的CCM3能较好地再现冬季东亚和中国地区区域气候的主要特征,模式较原CCM3能更好地模拟地表温度和东亚及中国西北地区的降水,对东亚季风环流的模拟也较接近实际。同时,该方案在CCM3中的加入改进了青藏高原冬季降雪带及夏季高原东南部降水中心的模拟,提高了模式对高原冬夏季降水的模拟能力,从而再次说明利用观测资料对模式参数修正及参数化方法的改进是提高数值模式模拟能力的一个重要途径。     

山峰加热效应的数值试验研究

已有的资料分析和理论研究表明,山峰加热效应是形成冬季兰州市白天脱地逆温的主要原因。本文利用中尺度数值模式MM5,从数值试验角度研究了兰州市白天温度场和环流场的结构特征。模拟结果表明:冬季,白天日出后的皋兰山峰相对于周围空气是一个热源,在环流场的配合下,皋兰山峰的暖空气向市区上空输送,与河谷温度较低的冷空气形成了白天的脱地逆温;理想"削山"试验的结果表明,山峰海拔越高的山体,加热效应越明显,山谷城市的大气逆温强度和稳定度随着山峰海拔高度的降低而减小。数值试验结果进一步验证和补充了观测和理论分析的结论。     

LAS在西北干旱区荒漠均匀下垫面的观测研究

利用“古浪非均匀近地层观测试验”的仪器平行对比观测部分试验数据,首先分析荒漠均匀下垫面大孔径闪烁仪(Large Aperture Scintillometer,LAS)光径线上等间距架设的4台涡动相关仪(Eddy Covariance System,EC)观测的摩擦速度和感热通量的一致性.然后,基于4种不同下垫面建立稳定度普适函数分析,利用4台EC观测摩擦速度平均值,计算了LAS观测区域的感热通量,进而比较了LAS和EC两者观测值的差异.结果表明,4台EC观测的摩擦速度与感热通量一致性好,摩擦速度的差别＜10％,感热通量的差别在10％左右.4种稳定度普适函数计算的LAS区域感热通量在白天、夜晚与EC观测平均值变化趋势一致,但计算值偏大;TAG (Thiermann and Grassl)稳定度普适函数计算值与EC观测平均值较接近.其主要原因除不同下垫面试验所得稳定度普适函数的差异外,Kipp&Zonen LAS所测感热通量的系统性偏高不可忽视.     

绿洲环境形成机制和干旱区生态环境建设对策

绿洲生态环境建设对我国西北干旱地区的经济可持续发展有着特殊的战略意义。本文总结了绿洲小气候的一系列研究结果。根据绿洲小气候的形成机制和绿洲稳定性状态，提出了我国西北干旱区生态环境建设对策及提高绿洲的稳定性和抗干扰能力的建议。指出绿洲生态环境保护和建设对策应充分利用绿洲冷岛效应小气候特点，把有限的水资源与丰富的光热资源结合起来，发展独特的气候生态类型。对于不同稳定状态绿洲生态环境建设应采取不同对策。并指出良性绿洲生态环境建设应发展耐旱喜阳生态农业，提高水资源利用效率；低效绿洲生态环境建设应尽量调整绿洲格局，将破碎绿洲连通成片，力图减小晒衣绳效应；“退化绿洲”生态环境建设的对策是在足够水资源供给的条件下修复生态系统，限制地下水开采和农牧业的发展，抑制生态系统的进一步恶化。     

西北干旱区不同下垫面反照率随太阳高度角变化的参数化方案

利用古浪非均匀近地层观测试验中仪器平行对比观测试验数据,首先详细地分析了三套不同型号辐射仪器(CNR4,KippZonen;PSP,Eppley;MS102,EKO)在荒漠均匀下垫面彼此之间观测辐射的差异;然后结合基本观测试验中西沙漠、东沙漠和农田站的晴天观测资料,基于乘法和加法关系分离影响因子的方法发展了干旱区不同下垫面反照率随太阳高度角变化的参数化方案,并检验了两种分离方法的普适性;最后对所发展的参数化方案与已有参数化方案在西沙漠、东沙漠及农田下垫面进行了对比。结果表明:(1)CNR4与PSP和MS102观测辐射数据相关系数在0.96以上,彼此之间观测短波辐射差异在6%以内,长波辐射差异在2%以内,净辐射差异在10%以内;CNR4与PSP观测值较接近,差异在5%以内,而CNR4与MS102观测值相差较大,差异在10%以内。(2)乘法关系分离影响因子方法的普适性较好。(3)与已有参数化方案相比,本文所发展的参数化方案能更加合理地刻画干旱区不同下垫面反照率随太阳高度角的日变化关系。     

Models-3空气质量模式对兰州市污染物输送的模拟

较详细地介绍了美国环保总局的第三代空气质量模式系统Models-3的特点,并且针对兰州市冬季采暖期污染严重的特点,选取2002年12月份的个例,将兰州市最新的大气污染源资料加入模式中．对模式进行调试并检验了该模式对兰州污染的模拟性能。从模式对SO2,NO2和O3等几种大气污染物浓度的模拟结果与监测资料对比分析,表明该模式系统较好地模拟出了SO2,NO2的空间分布格局,模拟结果与监测结果比较吻合,而且模式模拟的污染物浓度场比较均匀;模式模拟的O3的日变化规律与资料分析结论基本一致,也符合O3的生成机理。因此该模式系统对于复杂地形条件下的城市污染物输送具有一定的模拟能力。     

黄土高原半干旱区异常能量闭合率特征分析

以兰州大学半干旱气候与环境观测站（简称SACOL站）4 a的陆面通量数据为基础,利用普通最小二乘法（OLS）和能量平衡比率（EBR）方法,对能量平衡的异常闭合特征及其与相对垂直湍强（RIw）的关系进行了研究,并进行了能量滞后分析。结果表明,能量过闭合和负闭合现象分别主要发生在白天和夜间,大小遵从正态分布;较大异常闭合产生的原因主要是日出日落时净辐射与地表热通量接近以及降水影响造成湍流通量出现异常大值。一般来说,垂直湍流运动越强,异常闭合越少,闭合度越向1收敛,反之亦然。强湍流或极弱湍流都不利于产生异常闭合,过闭合、负闭合的最适相对垂直湍强RIw约为0.11、0.14。另外,能量支出项的相对滞后也是造成包括负闭合在内的异常闭合的原因之一。剔除湍强较弱的点或将地表热通量G0、感热H、潜热LE相位相对净辐射Rn提前30 min后,异常闭合所占比重减少;月平均EBR法过闭合度降低,OLS法闭合度提高。     

边界层湍流输送的若干问题和大气线性热力学

总结了大气线性热力学基本理论,讨论了大气边界层的能量和物质输送交叉耦合效应,还讨论了大气系统动力过程和热力过程的交叉耦合效应。分析指出：由于动力过程和热力过程的交叉耦合效应,导致大气边界层能量和物质输送过程除了湍流输送外,还应包括大气辐散和辐合运动对能量和物质的输送。非均匀下垫面大气边界层和对流边界层辐散和辐合运动对能量和物质输送是重要的。在这个基础上,讨论了非均匀下垫面和对流边界层地表能量的平衡问题,非均匀下垫面和对流边界层陆面过程边界层参数化等问题。这些研究不仅丰富了大气边界层物理理论,而且为克服当前大气边界层物理应用中所遇到的困难提供了理论依据。     

地形和水汽对“7.13”陕西暴雨影响的数值试验

应用WRF V3.5中尺度模式,对陕西省2013年7月12~13日的一次暴雨过程进行数值模拟,并设计了降低地形和减少水汽含量2个敏感性试验,探讨了地形和水汽对本次暴雨过程的影响。结果表明:(1)模式能较好地模拟出本次暴雨天气过程,反映出了主要雨带的形状,但模拟的降水量存在偏差,其可能原因是初始场不能合理反映大气实况;(2)嵌套区域d02的地形高度降低至原始高度的1/3后,107°E~109°E范围的散度垂直剖面呈辐合—辐散的双重结构,暴雨区上空中低层假相当位温梯度变大,垂直上升运动增强,进而改变了降水的强度和范围;(3)将初始场中暴雨区南面的水汽含量减少20%后,水汽通量散度极值中心值减少1/3,进而导致模拟区域的雨量减少了58%,表明偏南水汽的输送对本次暴雨雨量有显著增幅作用,暴雨过程中水汽聚集程度是判断暴雨过程雨量大小的关键因素之一。     

辽宁中部城市群大气能见度变化趋势及影响因子分析

通过分析辽宁中部相对集中分布的5个城市群1987-2002年间的大气能见度、影响能见度的气象因子和污染物的变化特征及能见度与气象因子、污染物浓度之间的相关关系等,得到以下结论：（1）各城市能见度有明显的月、季和年际变化特征,能见度月变化呈双峰型,第一个峰值在5月份,第二个峰值在9,10月份;冬季能见度的值最低,春、秋季高;本溪市的能见度在逐年变好;沈阳的能见度从1987-1997年逐年变好,1997年以后又逐年变差;其它城市的能见度呈逐年变差的趋势。（2）各城市影响能见度的气象因子的年际变化特征基本是一致的;5个城市TSP,SO2污染浓度年均值均呈下降趋势,NOx的年际变化趋势不明显。（3）能见度与湿度、雾的相关关系都呈负相关且非常显著;与降雨量、风速及温度之间的关系比较复杂;与各种污染物的相关都呈负相关。