基于WRF-LUCY模型的冬季集中供暖对局地气候的影响

快速的城市化发展通过改变下垫面影响了区域的陆气过程,同时高密度、高强度的人类活动带来大量的人为热排放,加剧了城市局地气候变化。分析人为热及其动态变化对城市局地气候的影响,对探究城市陆气过程具有重要的科学价值。该研究在中尺度气象模式(WRF)中考虑人为热估算模型(LUCY),选取北京地区为研究对象,对比分析了在WRF中是否考虑高时空精度的人为热带来的差异,并以冬季集中供暖为例分析了大量人为热集中释放对局地气候的影响。结果显示:采用WRF-LUCY模型的模拟结果在各气象要素变化以及城乡环流中均有较为合理的表现;集中供暖前后的人为热变化导致空气温度骤增且快速达到新的稳定状态;气温的升高幅度在夜间较大,日间较小。该研究为城市局地气候模拟提供了可靠的工具,为城市能耗规划和环境改善提供了科学依据。     

长三角地区气溶胶对辐射和降水影响的分析

为深入研究长三角地区气溶胶对辐射和降水的影响,本文分析了2004—2014年该区气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)、辐射和降水的时空变化特征,在季节尺度确定了对辐射和降水影响最大的气溶胶成分.研究发现:2004—2008年,AOD在春、夏季明显上升(0.260·(10a)~(-1)、0.066·(10a)~(-1)),辐射在春季明显上升(20.4 W·m-2·(10a)~(-1)))、夏季明显下降(-41.4W·m-2·(10a)~(-1))),降水在夏季明显上升(4.6mm·(10a)~(-1))、冬季明显下降(~(-1).7mm·(10a)~(-1));2009—2014年秋季AOD明显下降(-0.126·(10a)~(-1)),辐射和降水无明显变化趋势.2004—2014年辐射在春、夏季受云量和气溶胶共同影响,2004—2008年秋、冬季辐射主要受AOD影响,2009—2014年秋、冬季辐射与云量相关性更高.各季节沙尘、海盐气溶胶的AOD小于总AOD的20%,但其对辐射和降水影响更大.春、夏季对辐射影响最大的气溶胶分别是细模态沙尘和细模态海盐;降水在春、夏、冬季均受沙尘气溶胶影响最大.     

垂直分辨率对全球降水模拟的影响

利用中国科学院大气物理研究所(IAP／CAS)的全球大气环流模式(AGCM)的两个不同版本(9层模式和21层模式)，对冬、夏季全球降水分布进行模拟。并将模拟的结果与美国国家环境预测中心和中国国家大气研究中心(NCEP／NCAR)的再分析资料(NCEP—RE)进行对比。数值试验的结果表明：细垂直分辨率模式(21层)模拟的全球降水分布从总体效果上优于粗垂直分辨率模式(9层)，并且对夏季全球降水分布的模拟优于对冬季降水的模拟。细垂直分辨率改善了积云对流参数化，能更好地模拟对流性降水，但它对大尺度降水的模拟不如粗垂直分辨率。     

城市建筑物对城市边界层三维结构影响的数值模拟

设计了一个考虑城市建筑物动力作用和人为热量影响的城市边界层参数化方案(UBP),并将之耦合到新一代中尺度模式WRF中。利用WRF/UBP模式对北京地区夏季晴空下边界层结构进行了数值模拟分析,并与不考虑建筑物及人为热源影响的MYJ方案的模拟结果进行对比。结果表明, UBP方案模拟的边界层结构反映了城市下垫面作用下的边界层结构特征,近地面层风场和温度场的模拟与自动气象站的观测结果更为接近。人为热源使得城市热岛效应增强,诊断分析显示由于夜间为稳定边界层,而白天边界层发展,湍流输送加强,热岛效应的日变化与人为热源的日变化有明显的反相关。另外,对湍流动能和边界层高度也进行了对比分析,发现城市建筑物使得湍流动能增加,夜间边界层高度有明显升高。研究表明,考虑了建筑物影响的UBP方案大大改善了模式对于城市近地面要素的模拟能力,对城市边界层的描述更为合理。     

青藏高原冬季NDVI变化与我国夏季降水的关系

利用1982年1月—2001年12月NDVI资料、台站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过相关分析和合成分析等方法,初步分析了青藏高原冬季植被变化与我国夏季降水的关系.结果发现,高原冬季植被多少与我国夏季降水存在明显的相关关系.高原冬季NDVI大时,我国华南地区、华北地区等夏季降水偏多,而长江流域(主要是中游地区)和西南地区西北部、东北地区西部降水偏少.高原冬季NDVI与我国夏季降水的相关系数从南到北,总体呈西北-东南向" - -"带状分布.降水的年内分布也因为不同年份NDVI的多少而存在较明显的差异,后期的大气环流变化能够较好地解释我国夏季降水的这种差异.     

城市化对昆明一次强降水过程影响的数值模拟研究

为了探究昆明地区城市化对降水的影响,利用中尺度气象模式WRF(the weather research and forecasting model)耦合单层城市冠层模块,对2012年5月24日夜间发生在昆明城区西部的一次强降水过程进行数值模拟研究。通过与卫星观测得到的降水空间分布进行对比,发现WRF模式能较好地再现此次降水过程。城市的存在会较显著地改变城市地区的潜热和低层垂直运动,使得位于城区的降水中心降水强度略有减小,而城区下风向的降水有所增加,降水增加的区域与750 hPa高度上的水汽通量辐合加强的区域相对应。城区降水中心降水量减少可能是由于城市下垫面抑制了低层大气的水汽供给。城区下风向降水增加的可能原因是该区域相对较强的垂直运动使得更多的水汽被输送到高层大气中,有利于降水的增强。在目前的城市化水平上,若昆明地区的城市进一步扩张,城区下风向地区的垂直对流运动和大气不稳定度均会增强,但城市下垫面对低层水汽供给的抑制作用也会增强,这两种作用的同时存在会使得城市下风向地区降水的变化存在不确定性。     

用灰色GM（1,1）模型作异常降水预测

应用灰色系统理论,建立了异常降水的预报模型GM(1,1).该模型首先选定某个异常值λ作为阈值,在原始数列λ(0)中选取对应于阈值λ的子集X_λ(0),重新构造一个对应异常值的时刻序列。将GM(1,1)模型与随机数据的累加生成相结合,对未来异常降水发生时刻作预测.实例预测结果与实况相吻合.     

北京地区降水年际变化及其城市效应的研究

用北京地区20个站近41年(1960—2000年)年降水资料讨论了北京地区年降水量大尺度年际变化特征及局地年降水距平的城市效应,主要结论有:(1)北京地区年降水量具有大尺度变化特征,其倾向率为-1．197／10a,相当于近41年北京地区年降水量减少了27．82 mm;(2)局地年降水距平百分比在城区附近为正距平中心,形成城市雨岛,其强度以0．6621%/10a增加,城市雨岛的年际变化与北京地区年降水量的年际变化趋势相反;(3)城市雨岛的变化还与天气过程强弱有关．当天气过程强(涝年)时,北京市区雨岛增强,当天气过程弱(旱年)时,北京市区雨岛消失．     

利用GPM卫星观测和WRF模拟研究与沙尘混合的中纬度锋面系统中云、降水和潜热的特征（英文）

2017年5月3日，一场来自蒙古国和中国内蒙古的强沙尘暴向中国东北移动，与一个典型的中纬度锋面系统相遇。本文利用GPM卫星观测、WRF模式模拟和再分析数据集，研究了沙尘气溶胶对云、降水和潜热(LH)的冰核效应。WRF模拟正确地反映了系统的主要特征，模拟的地面降雨率分布与GPM微波成像仪的反演值呈正相关，相关系数随着对降水率进行平均的面积增大而增大。WRF模拟的降雨垂直结构与GPM双频降雨雷达(DPR)观测也具有较好的可比性，尤其是在低层。卫星观测和模式模拟的不同高度降雨率联合概率分布之间存在～0.80的强正相关。根据葵花8卫星的气溶胶光学厚度观测和大气环流分析，此次沙尘暴仅侵入锋面降水系统西北边缘的狭长地带。只有在精心挑选的重沙尘区，WRF模拟才显示出沙尘气溶胶可以增强非均质冻结过程，从而导致较多的云冰、降雪、高空降水率和潜热，且这种效应只在-15℃至-38℃的温度下显著，并且要求沙尘数浓度大于106 m^-3。在此类个例研究中，准确地划定含沙尘区域非常重要。在选定的垂直截面中，WRF模拟潜热和DPR反演潜热在垂直形状和大小方面具有一定的可比性。它们都可以反映倾斜的...     

全球环流异常特征及其与中国气候变化的关系

采用球谐函数展开方法对1948—2009年NCEP/NCAR(美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心)高度距平场再分析资料进行分析,通过"时间-高度"的二维坐标方式考察环流异常的立体结构特征,发现南、北半球大气环流在1980年前后发生了明显的正负位相(槽脊)突变.与中国冬季温度和夏季降水的相关分析表明:前期春、夏、秋季的北半球环流纬向正异常越强,华北地区的冬季气温越高,反之越低;前一年冬季环流异常与华北—河套地区的夏季降水呈现反相关,春季北半球均匀异常环流与华北及西南夏季降水呈现反相关;大气环流的纬向异常与华北—河套地区的夏季降水呈现正相关,而同期环流异常与华北东部、西南及江南北部的降水呈现负相关.     

气候变暖下山东省月尺度极端降水的时空变化特征

为揭示气候变暖背景下极端降水多尺度的变化规律，基于山东省国家气象站1961—2020年逐日降水量资料，利用百分位数相对阈值法分析月尺度极端降水事件的时空变化特征。结果表明：山东省极端降水事件主要出现在夏季7、8月，年频率均在40%以上；各地年频次大致自东南向西北递减。大部分地区极端降水年频次和极端降水量增加，除秋季外各季均增加，冬季增加明显。20世纪80年代中期之后，各地极端降水普遍增多增强，年际变化明显增大；夏季和冬季极端降水强度明显增强，其中，鲁中、鲁西南、半岛等地夏季每10 a增加10～20 mm,冬季各月增加20%～50%。可见，在气候变暖背景下，山东降水不稳定性普遍增加，更需加强暴雨洪涝、暴雪等灾害风险预警与防控服务。     

Madden-Julian 振荡对中国东南部冬季降水的调制

研究Madden-Julian 振荡(MJO)对于中国东南部地区冬季降水的调制, 分析了可能的遥相关机制。通过对中国气象局发布的站点观测降水资料的合成分析, 发现MJO 对于中国东南部冬季降水有显著的影响: 在MJO的前4个相位, 降水存在正异常(湿); 在MJO的后4个相位, 降水存在负异常(干) 。对水汽收支的诊断结果表明, 经向风异常造成的水汽通量异常, 是造成降水正负异常的主要原因。通过对500 hPa位势高度异常场和风场的分析, 以及对经向风异常 EOF 分析表明, MJO 通过激发PNA 型而影响到经向风场, 异常风场具有和 MJO 相关的变化模态, 即: EOF1落后EOF2 1/4 周期, PC1 领先 PC2 1/4 周期。这种径向风的异常最终导致了中国东南部地区冬季降水的异常。     

中国降水场的时空分布变化

 分析了全国160个气象观测站51a(1951-03～2002-02)的月季降水量距平场的时空分布变化规律得出:我国降水空间分布的主要类型是南北分布;统计降水量的时间尺度越大,则降水量的空间分布尺度也越大;冬季降水的空间分布尺度比夏季大;夏季降水空间分布的年际变化比冬季大;春、夏季的降水空间分布变化具有较为显著的正相关关系;春季降水空间分布具有2.4～3.0a的显著周期存在,冬季降水空间分布也具有2.3～2.8a的显著周期存在.     

滇中城市降水特征及其成因分析

基于滇中城市群4个主要城市(昆明、曲靖、玉溪和楚雄)近50年的降水资料, 利用统计分析、小波分析、累计距平和灰色关联度分析等方法, 分析滇中城市降水量的年、季、月变化特征以及影响降水量的各种因子。结果表明, 滇中城市近50年平均降水量为928.1 mm, 整体上呈下降趋势, 并在2009年发生突变; 降水量有干、湿季之分, 雨季(5—10月)降水多, 干季(11月至次年4月)降水少, 最大降水量出现在7月(184.0mm), 最小降水量出现在12月(13.8 mm)。通过小波分析, 发现年降水量呈现22年左右的主周期变化; 夏季降水量呈现以19天为主周期的增减变化, 降水多, 变幅小; 冬季降水量呈现以20天为主周期的增减变化, 降水少, 变幅大。通过灰色关联度分析, 发现自然因子中对降水影响较大的是气温和相对湿度, 人文因子中对降水影响最大的是人口和城市面积, 并且, 自然因子的作用大于人文因子。     

东天山迎风坡与高海拔区域降水效率对比研究

利用WRF中尺度数值模式对2015年4月16~17日发生在新疆天山地区一次降水过程进行数值模拟研究。重点对比了迎风坡与高海拔区域降水效率的差异,进而分析产生这种差异的原因。结果表明:迎风坡的降水效率大于高海拔区域的降水效率,降水过程发展旺盛阶段,降水效率达到最大。迎风坡的降水主要由雪、霰融化为雨水产生,高海拔区域降水主要由雪产生。该微物理机制的差异造成在降水集中时段,虽然高海拨区域空中总水凝物多于迎风坡,但降水效率低于迎风坡,最终导致降水强度小于迎风坡。     

北京市通州区1966-2016年降水特性研究

降水是最重要的天气要素之一,是城市水文循环关键组成部分.本文运用5a滑动平均、小波变换及MannKendall趋势检验方法,选取北京市通州区51a(1966—2016年)逐日降水资料,分析了通州区在年、季、月尺度上的降水特性.结果表明:年降水量以0.44mm·a-1的速率减少,且呈现出多个周期;降水量主要集中在夏季,占全年降水量的72.1%,且以2.33mm·a-1的速率减少,春季和秋季降水呈增加趋势,增加的趋势分别为0.36和1.12mm·a-1,冬季的变化趋势最弱,以0.03mm·a-1的趋势减小;月降水量主要集中在7和8月,占全年的50%以上,且分别以0.88和1.68mm·a-1的速率减少,降水量在12、1和2月没有变化的趋势.日降水量大于10和20mm的降水事件主要集中在夏季,降水时间减少是夏季降水减少的主因.     

江西信江一级支流丰溪河流域大气降水特征分析

为了解江西省上饶市年内降雨变化特征,以上饶市丰溪河流域内降雨为研究区域,收集2020年3月至2021年2月中24 h降雨量大于等于5 mm的降雨.主要监测降水pH、电导率和常量离子浓度,以得到丰溪河流域内大气降水水质时空分布规律.调查数据结果表明:丰溪河降水时间分布极不均,降雨主要集中在3-9月,占全年降雨总量的87.1％,降雨量极差为657.8 mm,流域降雨呈现从南到北逐渐增强趋势,年最大降雨量流域北部的鹤山,年最小降雨量出现在流域南部的下会坑;酸雨频率为26.2％,全年pH平均值为5.79,有显著的季节差异,冬季＜春季＜秋季＜夏季;SO42-、NH4+、Ca2+和NO3-为降水中主要离子,总无机离子加权平均浓度顺序为冬季＞春季＞秋季＞夏季,与降水量呈负相关;降水离子与降水量加权年平均浓度分布规律为城区＞郊区＞农村＞山区背景值站;SO42-/NO3-在1.66 ～4.91之间,平均值2.16,属硫酸-硝酸的混合型污染,人为源对大气环境产生了一定影响.     

论青藏高原温度对长江中下游地区降水的影响

文章利用1980~2009年间NCEP/NCAR的月温度场和高度场的再分析资料,以及中国160个站逐月夏季降水资料,探讨了青藏高原在不同高度和不同季节的温度差异对长江中下游地区夏季降水的影响。通过相关分析发现,青藏高原冬季的平均温度与长江中下游地区夏季降水之间存在负相关;春季平均温度与夏季降水之间南部地区存在负相关,北部地区存在正相关。另外还发现,青藏高原冬季温度相关度比春季明显的多,因此文章分析了青藏高原冬季温度与长江中下游地区夏季降水之间可能存在的关系。结果表明,青藏高原当年冬季偏暖(冷)时,对应的第二年夏季位势高度场上西太平洋副热带高压位置偏北(南),使长江中下游地区夏季降水偏少(多)。     

适用北京地区短历时强降水模拟的WRF模型物理参数化方案研究

以短历时强降水为特征的暴雨事件增多是北京地区近年来暴雨内涝频发的主要原因.为提高北京地区短历时强降水的模拟和预报能力,选用WRF(weather research and forecasting,WRF)模型中对降水模拟结果影响较为明显的3类参数化方案组成12组物理参数化方案组合,对北京地区具有不同中尺度环流特征的2类共8场短历时强降水事件进行模拟.基于构建的评价指标体系,评估各类参数化方案模拟北京地区短历时强降水过程的能力,评选出综合表现最好的物理参数化方案组合.研究结果表明:积云对流参数化方案对各类型强降水模拟结果的影响最大,云微物理参数化方案次之,行星边界层参数化方案的影响最小;从模拟北京地区短历时强降水过程的综合能力来看,表现较好且较稳定的方案分别为WSM6云微物理参数化方案、GD积云参数化方案和MYJ行星边界层方案;从模型模拟不同类型强降水过程的整体表现来看,模型对具有连续性降水特点且受地形抬升作用影响相对较小的第2类强降水过程的模拟效果最好,而对具有间歇性降水特点的深对流强降水过程及其相关的湿物理过程的模拟效果较差.研究结果对于提高区域强降水预警预报能力,改进模型参数化方案具有参考意义.     

基于DFA方法的珠江流域极端降水阈值研究

 流域极端降水事件发生频率低、样本少,其阈值定义存在定义方式不统一、方法多样等不确定性和无规则性问题。论文以珠江流域为研究区域,系统总结了绝对临界值法、百分位值法、极值分布拟合法在确定流域极端降水阈值存在的不确定性问题,并尝试运用DFA方法,研究探讨了该方法在确定流域极端降水阈值的物理机制及其适用条件。研究表明, DFA方法以系统动力学为基础,通过分析极端降水事件对降水时间序列长程相关性的影响,由此寻求流域极端降水阈值,能较好反映流域降水序列的统计效应和物理背景,比较适合流域极端降水阈值分析。