城市化对2008年8月25日上海一次特大暴雨的影响

本文利用新一代中尺度数值天气模式Weather Research and Forecasting Model(v3.1.1,WRFV3)、日本气象厅20 km分析资料及自动站观测数据等模拟了2008年8月25日上海一次特大暴雨过程,并研究了城市化对这次暴雨过程的影响.研究结果表明:WRFV3模式能够较好地模拟出上海0825暴雨的主要分布特征,强降水中心以及暴雨随时间变化趋势;上海城市化使得这次暴雨过程在城市中心区域和迎风区降雨增强,城市背风区降雨减少;而城市化引起的陆面粗糙度等变化的动力作用对城市地区低层风场产生阻挡,使得城市迎风区垂直上升运动增强、水汽增多,是造成城市迎风区降雨增强的主要原因.     

Community Climate Model 3气候模式在东亚季风区产生虚假降水的一种可能原因

通过分析NCAR CCM3气候模式的15年积分结果,从形成降水的垂直运动和水汽供应条件的角度,试图揭示该模式在东亚季风区产生不合理虚假强降水的可能原因.与观测的降水分布相比,CCM3模拟的东亚季风区降水中心位置偏西,雨量偏强,其中对流降水占虚假降水中心总降水量的82%左右.进一步分析发现,对流层上层200 hPa副热带急流南侧的散度季节变化与110°E以西的虚假降水季节变化具有较好的对应关系,急流入口区附近的直接垂直环流上升支位于青藏高原东北部,同时由于急流南侧对流层上层辐散引起的抽吸作用,加强低层的垂直运动,从而为虚假的强对流降水形成提供上升运动条件.分析对流层低层的水汽(比湿)分布和水汽输送表明,模拟的青藏高原地区大气的水汽含量比NCEP/NCAR再分析的水汽含量高,经过高原从孟加拉湾输送到虚假降水中心地区的水汽偏强,从而为虚假的强对流降水形成提供了充足的水汽条件.因此,在改进气候模式对东亚季风区虚假降水的模拟性能时,除了对模式物理过程做改进外,在青藏高原附近地区的水汽分布和水汽输送以及对流层上层西风急流位置和强度模拟的合理性方面也需要引起足够的重视.     

中国东部气溶胶活化颗粒物浓度对区域气候影响的模拟研究

该工作利用区域模式(WRF),对我国东部三大城市群区域的气溶胶活化颗粒物浓度增加的气候效应进行了模拟研究.结果表明:增加气溶胶活化颗粒物后,我国东部许多地区的地表感热、潜热通量减少,华东大部分地区的地表2m气温降低;降水对气溶胶活化颗粒物浓度增加的响应较为复杂,缺乏一致的规律性,但增加活化颗粒物后,我国东部许多地区的降水明显减少;由气溶胶活化颗粒物浓度变化造成的大气水汽输送和水汽含量的变化,是气溶胶间接效应影响东亚夏季风降水的主要原因.从总体上来说,中国不同地区的气溶胶活化颗粒物浓度增加,使得中国东部大部分地区的低层气温降低、大气湿度降低、降水减少,呈现出干冷化的趋势.     

滇中地区夏季城市热岛效应的数值模拟研究

为了探究滇中地区不同城市化程度和湖泊下垫面对城市热岛效应的影响,利用中尺度气象模式WRF(the weather research and forecasting model)对昆明等城市的夏季城市热岛效应进行模拟研究。结果显示,夏季夜间,昆明等城市的热岛现象具有明显的下游效应,城市的扩张使得城市热岛下游效应的影响范围扩大,但热岛的强度不会明显地增强。城市的存在会增加地表的粗糙度,使得夜间的近地面风速减小。在白天,湖泊和城市下垫面主要通过改变局地的热力差异影响近地面的风速,城市的存在会加强湖泊与陆地间的热力差异,促进湖陆风环流,进而加大近地面的风速。城市的存在还会减少下垫面对低层水汽的供应,但城市面积的增加对低层水汽的影响相对较小。清晨,城市地区表现为湿岛(湿度较周边地区略大),这与城市地区的近地面辐合流场有关;而在其他时段,城市地区多为干岛(湿度比周边地区低),且干岛现象也存在下游效应。     

城市冠层粗糙度对暴雨云团运动和降雨落区的影响

城市下垫面因其特殊的动力学和热力学特性,会对降雨产生影响。该研究以雄安新区为例,利用中尺度气象模式(WRF)对2016年7月20日的大规模暴雨事件进行模拟,采用不同城市冠层粗糙度方案设置,研究城市冠层粗糙度对暴雨云团运动和降雨落区的影响。结果表明,城市冠层粗糙度对暴雨云团的运动和降雨落区有显著影响:当城市冠层粗糙度较小时,云团经过城市时被加热,产生水汽辐合和雨岛效应,从而增加城区和下风向的降雨;当城市冠层粗糙度较大时,云团在城市上风向停留,使城市上风向降雨增加;城市冠层粗糙度进一步增加会改变暴雨云团的运动方向,使城市周边降雨增加。该研究评估了城市冠层粗糙度对降雨的影响,为未来城市规划与建设提供了科学依据,对城市降雨模拟的参数选择具有参考意义。     

循环同化雷达资料对西安一次局地暴雨初始场的调整

应用中尺度WRF模式及其3DVar同化系统,针对2015年8月3日发生在西安地区的一次暴雨进行了多普勒雷达资料的循环同化试验.结果表明,同化后暴雨落区和强度有改善,预报降水的TS、ETS评分较未同化试验有很大提高.循环同化雷达资料改善了初始风场,使得低层气旋式环流加强,低层辐合和中层辐散加强,垂直环流增强;对水汽场的调整使得对流层中层水汽混合比和云水混合比升高,雨水混合比增大,降水落区更接近观测;中低层水汽上升凝结释放潜热,进而对温度场做出调整,西安上空气温升高.     

京津冀城市群未来发展情景气候效应模拟

应用包含城市冠层模式的中尺度气象模式WRF(Weather Research and Forecasting),基于Landsat TM卫星提取的高分辨率下垫面数据集对京津冀地区2008年夏季进行了高分辨数值模拟试验,分析了京津冀城市群不同发展情景的气候效应及其差异.结果表明:1)不同的城市布局对区域气候的影响较明显,较小的城市分布差异可导致相对较大范围的气候差异;2)京津冀城市群不同发展情景对区域气候的影响各不相同,集中式发展情景的气候效应最强,均衡式发展、串珠式发展次之,等级发育模型的气候效应相对最弱;3)城市发展对气温的影响在夜间比白天更明显,热岛在夜间最强,范围大,但影响的高度较低,白天反之,并导致区域内逆温层强度减弱,对风和湿度的影响则是白天比夜间更明显;4)城市化主要影响降水分布,雨岛为多中心结构,主体位于城市下风向边缘区.城市化可能导致弱降水事件减少,对较强降水则可能有增加效应.     

北疆大气降水水汽源识别及其对地下水补给的指示意义

 大气降水是水循环的输入项,其同位素特征是示踪水汽来源及运动路径的有效工具。利用北疆4个大气降水观测站的同位素数据,结合HYSPLIT模式,重点分析了北疆大气降水同位素特征。区域大气降水线方程δD=7.3δ¹⁸O+3.5,反映了新疆独特的干旱气候环境。受不同降水水汽来源影响,天山及阿勒泰2个地区降水同位素特征表现不同。天山地区受西风带水汽季节性漂移的影响,氘盈余夏季低冬季高,成“V”型;阿勒泰地区常年受北冰洋水汽影响,氘盈余年内变幅不明显。尽管δ¹⁸O均表现为夏季富集、冬季贫化,但多年均值差异明显,该差异也使得利用同位素确定地下水补给来源成为可能。准东盆地东天山附近地下水主要受到来自东天山的大气降水补给,而北侧自流区地下水同位素相对贫化,与阿勒泰站大气降水同位素及氘盈余特征相似,结合地形、水文地质条件等特征,认为该区主要受克拉美丽山大气降水补给。     

“鲇鱼”台风闽东阶段性暴雨物理量特征与地形模拟试验

采用NCEP全球再分析资料、区域自动站资料、雷达回波等,对2016年第17号台风"鲇鱼"登陆福建时造成闽东地区历史罕见洪涝灾害的大暴雨成因进行初步分析,研究不同阶段的暴雨物理量特征,并利用WRF数值模式对闽东地形和台湾岛地形进行敏感性试验,分析不同阶段地形对暴雨增幅作用的敏感性程度。结果发现,此次台风暴雨过程存在两个明显的阶段性特征,第一阶段台风系统深厚,为整层正涡度,较强的低层辐合和高层辐散的垂直配置使上升运动发展和维持,动力条件好;第二阶段深厚的台风系统开始减弱,高层辐散和低层辐合强度明显减弱;涡度场上为低层正涡度、高层负涡度,且结构倾斜,表明有冷空气入侵。高低空急流的耦合作用有利于上升运动;偏东风和偏南风低空急流是主要的水汽通道和能量通道,第一阶段宁德地区受台风北侧宽广的偏东风-东南风急流辐合影响,各层高能区达到强盛期,暴雨区域广、强度强;第二阶段偏东风急流和偏南风急流在宁德北部汇合,假相当位温的中心值有所减弱,高能区分散,使得宁德北部地区暴雨表现为较明显的局地性特征;闽东地形对降水的增幅作用显著。     

青藏高原对非洲北部降水影响的模拟研究

利用耦合模式CESM1.0, 研究青藏高原地形对非洲北部降水的影响。敏感性试验结果表明, 去掉青藏高原地形后, 首先, 大气环流迅速做出调整, 出现自热带大西洋向东北方向至北非的水汽输送异常和自印度洋向西至北非的水汽输送异常, 造成北非大气水汽含量增加和水汽辐合增强, 降水增多。然后, 当海洋环流调整到准平衡态时, 北大西洋海表温度降低, 南大西洋海表温度升高, 地表大气温度也发生相应的变化。在南北温度梯度的影响下, 原本由热带大西洋向北非的水汽输送发生转向, 导致北非的水汽含量减少和水汽辐合减弱, 使得降水比前一阶段减少。即便如此, 在没有青藏高原的试验中, 当海洋环流调整到平衡态时, 北非大部分区域水汽辐合仍然强于有青藏高原的真实地形试验, 区域平均降水也增多。结果表明, 青藏高原的隆升可能在一定程度上加剧了北非的干旱化。     

城市下垫面扩张对局地热力环流影响的模拟

采用WRF模式及其城市冠层参数化方案,选取2010年8月1日至3日晴天天气为模拟背景,两个算例分别为南京1993年土地利用类型及2010年土地利用类型分布。模式的模拟结果表明城市扩张使城区内2 m高度处气温有了一定幅度的增温,夜间24:00最大增温幅度达3 K。同时城市扩张使得城区风速明显减小,产生减速效应。对比两个算例风速的模拟结果,郊区风速均大于城区,风速低对物质的水平输送、扩散带来不利影响。由于城市热岛的影响,城区范围内产生有辐合上升的运动;随着城区面积的扩大,湍流动能强度及其影响范围也在扩大。2010年算例,正午湍流强度最大值与1993年算例相比较,由2.1 m~2·s2增至2.7 m~2·s2。城区内湍流运动较为强烈的区域,在一定程度上促进物质垂直方向上的输送与扩散。城市扩张后物质在城区上方垂直方向上湍流扩散得到加强,而在水平向下的输送受到抑制,更多地被阻隔在城市局地。     

SLEUTH模型支持下的重庆市主城区城市扩展模拟

选取城市化速度较快和生态环境压力突出的重庆市主城区为研究对象,对该区域城区扩展进行模拟与预测.以研究区1988年、1993年、2000年、2007年4期遥感影像及城市规划图等为数据源,结合RS和GIS技术对数据进行处理作为模型输入数据,对SLEUTH模型进行校正获取适合研究区的最佳参数组合,进而对研究区1988～2007年间的城区扩展进行历史重构,并对该区域未来10年城区扩展情况进行预测.研究结果表明:首次将该模型应用到重庆地区,模型对研究区域的城区扩展模拟精度较高,未来10年该区域城市化速度有逐渐加快趋势,这与目前的土地规划决策、道路建设、经济结构及政策等因素密不可分.     

城市及乡村大气边界层结构的数值模拟

建立了一个研究城乡非均匀下垫面陆面物理过程与大气边界层相互作用的模式。模拟了城市及郊区、乡村下垫面的地面热量通量、地表温度、混合层高度及大气边界层结构等特征。对城乡之间的差别进行了对比。模式主要依赖于以下参数和物理量：地面反照率、下垫面粗糙度、土壤的可含水量、下垫面的热容量和热扩散系数、云量等参数。结果表明,本模式能合理地模拟不同地表热量平衡、地表气温、混合层高度、湍流交换系数、湍流动能、位温廓线等,以及它们的日变化。该模式所取参数主要针对北京市,时间为九月初,对于其他城市,参数应作相应的调整。本模式还可以用于其他均匀或非均匀下垫面的模拟。     

2012.8.6云南省大雨过程诊断分析

 分析了2012年8月6日云南省大雨过程的影响系统、物理量特征.结果表明：此次全省性强降水过程的主要影响系统是登陆减弱后的热带低值系统外围的偏东气流;降水开始前,云南上空是能量的高值区且大气处于不稳定状态;从水汽条件看,过程开始前云南大部处于高湿区,滇西北的湿度条件较好,但过程开始后偏东气流给滇西北以外的大部地区输送了大量水汽,对降水的维持提供了有利的水汽条件;过程开始前及主要降水时段,滇中及以东地区有水汽辐合且这种辐合维持时间短.在强降水发生时段,垂直运动提供了有利的动力机制,上升运动释放了不稳定能量.     

Sensitivity experiments of impacts of large-scale urbanization in East China on East Asian winter monsoon

By using the global atmospheric general circulation model CAM4.0 including an urban canopy parameterization scheme,the possible impacts of large-scale urbanization in East China on East Asian winter monsoon was investigated via idealized numerical experiments.Results suggest that large-scale urbanization can cause a significant warming effect in both surface temperature and air temperature near the surface over most areas of East China.Meanwhile,large-scale urbanization also alters the surface energy balance,causing evident increases in net surface long-wave radiation and sensible heat flux as well as intensified surface thermal heating to the atmosphere.Forced by the surface thermal heating anomalies induced by the large-scale urban expansion,East Asian winter monsoon circulation exhibits distinct changes.Overall,the extensive urbanization over East China will weaken East Asian winter monsoon,but intensify winter monsoon in northeast China.     

贵阳水源地的现状分析

根据贵阳在城市化进程中水源地功能调整面临的复杂形势,分析揭示导致贵阳水源地问题的主要内因:a.水源地保护与城市化占地之间的冲突,b.产业布局与水源地功能之间的互适应关系,并在此基础上提出了部分水源地保护方面的初步见解。     

近20年武汉城市化与湖泊演化的时空耦合研究

以1995、2000、2005、2010年武汉市Landsat遥感影像为主要数据来源,运用耦合度方法,研究近20年(1991—2010年)来武汉市城市化过程、湖泊演化过程以及二者的时空耦合关系。结果发现:(1)武汉市城市化在1991—2001年速度较慢,2001—2010年速度增快;(2)武汉市湖泊总面积1995—2000年减少,2000—2010年增大,其中主城区的湖泊面积一直在减小;(3)整体上城市化与湖泊从中心城区的颉颃关系逐步过渡到边缘城区和郊区的协调和不相关关系。     

青藏高原城市洪涝缓解能力评估

通过耦合FUTURES城市扩张模拟模型和城市洪涝缓解能力评估模型,综合不同气候变化和城市扩张情景对拉萨市洪涝缓解能力的历史及未来变化进行了定量评估．结果发现:1）2000—2015年,拉萨市各区洪涝缓解能力平均降低了5.34%．其中城关区和堆龙德庆区分别降低了4.63%和8.55%,仅达孜区的缓解能力提高了1.13%．2）城关区未来洪涝缓解能力在RCP4.5和RCP8.5情景下分别平均降低了15.01%和29.52%,堆龙德庆区则分别降低了16.16%和31.95%．3）城关区和堆龙德庆区的新增城镇用地造成其缓解能力比原自然地表降低50%以上,在城市扩张中采取保护水体措施,能够有效减少缓解能力的退化．4）未来城市扩张造成拉萨市未来洪涝缓解能力的大幅降低,而气候变化进一步扩大了其退化程度．因此,拉萨市在未来应该遏制城市建设向水体、草地扩张的趋势,提高城市土地利用效率．并且应当加强城市内部绿色基础设施的建设,适度提高防洪排水设施标准,以应对气候变化可能造成的极端降水事件．