我国西北地区沙漠改良可能引起的辐射强迫及其气候效应

以辐射对流模式和区域气候模式为工具，采用虚拟试验的办法，对我国西北地区3种沙漠改良方案（退沙还草，退沙还田，退沙还林）可能产生的辐射强迫及其区域气候效应进行了数值模拟。结果表明：3种方案均能促使西北地区的干旱状况有所缓解，其中退沙还林方案的缓解效应最为明显，可以使得西北地区平均地面气压上升0．25hPa，地面气温降低0．52℃，降水强度增加0．60mm/d。3种方案引起的辐射强迫皆为正值，分别为2．28、2．84、6．79W/m^2，变化趋势与地面温度变化并不一致，表明对于下垫面改变造成的气候强迫而言，辐射强迫并非反映气候变化的较好指标。     

模拟区域气候变化的模式系统的建立及其效能检验

建立了一个富有特色的模拟区域气候变化的模式系统．该模式系统对模式中陡峭地形的处理方法进行了改进，并且在云量参数化方案中考虑了大气的动力学结构．其中大气模式与海洋模式和土壤模式简单耦合，和ＧＣＭ单向嵌套以反映大气环流背景对区域气候的影响．通过对模拟结果的比较和检验，发现区域模式对侧边界条件的依赖性很强，客观真实的侧边界条件是模式能够正确模拟区域气候要素的最重要的条件之一．模式分辨率的提高，中尺度强迫如地形高度和下垫面类型的细致刻划，都有利于气候要素场特别是边界层和地表气候状况模拟效果的改善．     

6种城市下垫面热环境效应对比研究

选择6种具有代表性的城市下垫面(沥青路面、水泥路面、荷兰砖地面、草地、嵌草砖地面、大理石地面)作为观测对象,基于热红外成像技术对其地表温度特征进行观测,系统分析不同城市下垫面地表温度的日变化以及季节变化特征,并利用不同下垫面温度的时间标准差、空间标准差及时空数据标准差定量揭示城市不同下垫面地表温度的时空变化特征,对比研究不同下垫面的热环境效应,结果如下。1)不同下垫面地表温度的日变化一般呈先上升后下降的单峰形态,草地地表温度在不同季节的日变化波动差异较大。沥青的地表温度在全年均为最高,对热环境的影响较大;嵌草砖和大理石在全年的温度均较低,对热环境具有较好的缓解作用,且缓解作用在夏季最显著。2)不同下垫面地表日均温度全年均高于大气温度,表明城市下垫面对大气在一年中都有加热作用。3)气温、太阳辐射以及空气相对湿度对下垫面地表温度的影响均较为显著;气温和太阳辐射与下垫面地表温度之间呈正相关关系,对下垫面以增温作用为主;空气相对湿度与下垫面地表温度之间呈负相关关系,对下垫面增温起抑制作用。4)嵌草砖的热环境稳定性较草地和大理石要好;沥青路面的温度变化特征最能代表本研究观测区域下垫面地表温度的时空变化特征。研究结果对了解城市不同下垫面热环境具有一定参考意义,可为缓解城市热环境提供科学依据。     

南京冬季城、郊下垫面辐射平衡特征对比分析

市区水泥下垫面是城市各种人为下垫面类型中占比重最大的一种且具有典型的城市化特征,其热力性质明显有别于郊区接近自然的下垫面,这必然造成地表辐射平衡和能量交换过程发生改变,对城市气候产生影响。分析城、郊不同下垫面的辐射平衡特征,有助于进一步了解城市气候的成因和影响机制。本文利用在南京冬末开展的"城市边界层三维结构研究"实验所取得的城、郊水汽、温度和地表辐射平衡及分量观测资料,分析了南京城、郊下垫面近地层的辐射平衡及各分量的变化特征,结果表明:①不同天气条件下城、郊辐射平衡及分量特征有一定差异,尤其在天气转折变化时差异更明显,在晴天时差异最大,在下雪天时差异最小,但多云时更接近各辐射分量城、郊差异的平均特征;②净短波辐射在地表辐射平衡城、郊差异日变化中起主导作用;③在冬季多云时的城市"干岛"效应和雪天时的城市"热岛"效应也是影响城市辐射平衡及各分量城、郊对比差异的重要因子。     

RegCM3对三江平原下垫面变化的敏感性检验

通过两组区域气候模拟数值实验,检验了RegCM3对三江平原下垫面变化的敏感性.结果表明,在10km×10km分辨率下,在每组气候模拟数值实验中,只改变三江平原下垫面地表数据,对比不同下垫面的气温和降水量的模拟结果,发现其差异明显,特别是在下垫面地表数据明显变化的地方.这说明RegCM3对三江平原下垫面改变具有很高的敏感性,可以使用该模式对下垫面变化的三江平原区域气候进行数值模拟.     

深圳夏季多层土壤温度及其垂直结构日变化特征

应用深圳国家气候观象台的地温资料,分析深圳夏季三类天气（晴天、阴雨天和阵雨天）条件下土壤温度及其垂直结构日变化,结果表明：晴天,地面温度和浅层土壤温度呈现正弦曲线变化,白天温度高,夜间温度低。各层土壤温度振幅、位相、周期不同,地面温度振幅最大,越往深层,振幅越小,位相越后,周期越长。土壤温度垂直结构也有日变化,白天正午时段,地面温度和浅层土壤温度高,深层土壤温度低,从地面到深层土壤,温度逐步降低。午夜时段10cm以上土壤温度及80cm以下深层土壤温度相对较低,而（15～20）cm之间的土壤温度相对较高。阴雨天,地面温度和浅层土壤温度的日变化与晴天大不相同。地面温度和浅层土壤温度在白天上升幅度小,甚至下降。地面温度和浅层土壤温度的日变化幅度远小于晴天。这导致白天降水时段土壤温度垂直结构也与晴天大不一样,土壤温度的极大值在80cm土壤层。阵雨天,白天阵性降水会使地面温度和浅层土壤温度不升反降。而40cm以下深层土壤温度受阵性降水影响较小。土壤温度垂直结构因此发生重要改变,土壤温度的极大值在40cm土壤层。无论是晴天、阴雨天,还是阵雨天,80cm以下深层土壤的温度,其日变化幅度都要小于0.5℃,深层土壤温度受天气影响小。     

湍流动能闭合对区域气候模拟效果影响的机理研究

利用湍流动能(TKE)闭合改进了RegCM2中原高分辨的边界层参数化方案,并用1998年夏的NCEP/NCAR气候资料对TKE闭合方案影响区域气候模拟效果的机理作了探讨.研究表明,在区域气候模式中采用TKE闭合的边界层方案可以将垂直扩散直接与湍流变化联系起来,改善地表通量及各层垂直扩散项的计算,使地表通量和垂直扩散的日变化及各层分布更为合理,从而改进模式对各预报量及降水的模拟,提高模式的模拟能力     

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。     

上海城市对大气边界层若干影响的初步分析

本文根据上海城市气候特征与大气污染防治课题组提供的上海城、郊同步观测的小球测风、低空探空和平衡球等资料,对上海城郊近地层和边界层内的湍强、R_4数、摩擦速度、下垫面粗糙度、风速廓线以及扩散参数等进行计算,并且采用城郊对比法进行分析和探讨。结果表明,上海城市对边界层动力和热力特征影响甚大,城市这个人为因素对边界层的影响不容忽视。     

上海城市对大气边界层若干影响的初步分析

本文根据上海城市气候特征与大气污染防治课题组提供的上海城、郊同步观测的小球测风、低空探空和平衡球等资料,对上海城郊近地层和边界层内的湍强、R_i数、摩擦速度、下垫面粗糙度、风速廓线以及扩散参数等进行计算,并且采用城郊对比法进行分析和探讨.结果表明,上海城市对边界层动力和热力特征影响甚大,城市这个人为因素对边界层的影响不容忽视.     

城市风温场的特征分析

人类活动的影响改变了城市下垫面的性质，引起近地层气象要素的的变化．同时，随着城市化的发展越来越多的污染物质进入大气，影响城市的辐射平衡和热平衡，使城市的风场和温度场分布更加复杂．本文结合实测资料，在总结前人工作的基础上，分析城市气候最明显的特征，即城市热岛的成因及其发展特征，并进一步阐明由于热岛效应引发的局地风系和城市边界风场结构，对一些观测现象给出物理解释．     

Seasonal transition and its boundary layer characteristics in Anduo area of Tibetan Plateau

Using the data, especially the GPS rawinsode data, observed in Anduo area of the Tibetan Plateau during the intensive observation period of GAME/Tibet in 1998, the transition from the dry to the rainy season along with their boundary layer characteristics is analyzed comprehensively. The result shows that the formation of the rainy season in Anduo area is related closely to the general atmospheric circulation. The westerly belt moving north and the southeast damp current are basic conditions for development of the rainy season in Anduo area. In the dry season, the air is drier, air temperature higher, and the atmospheric boundary layer is strongly developed to cause its maximum height to reach about 3550 m. Moreover the sensible heat flux is dominant, and the latent heat flux is small in the interaction of land-atmosphere energy exchange, and a reverse humidity phenomenon occurs frequently. In the rainy season, the air is damper, air temperature lower, and the ABL height, with maximum of only about 2300 m, is lower. And the sensible heat flux becomes much smaller, the latent heat flux much larger in the interaction of land-atmosphere energy exchange. The reverse humidity phenomenon disappears.     

基于遥感数据的常州市热岛效应分析

【目的】对常州市近30年热岛变化特征进行分析,并且分析城市热岛强度与植被、水体以及其他土地覆盖类型之间的关系。【方法】以整个常州市为研究对象,利用Artis&Camahan 的辐射校正温度反演法进行了地表温度反演,分析了常州市1988—2014年的城市热岛效应及空间变化。【结果】常州市在近30年来城市热岛范围,城区主要热岛区域与建成区保持一致,大量的人工下垫面、高密度建筑等扩张,造成高温区逐渐增多,热岛效应也越来越明显。【结论】常州市的热岛分布特征与常州市的土地利用类型有较好的一致性。低温区主要集中在植被和水体的区域,植被能够有效地起到降温的作用。     

半干旱地区草地与裸地水热通量的研究

沙尘暴的发生与土体缺乏草本、灌木有效保护和植被覆盖度低有关,定量地研究半干旱地区草地与裸地水热通量具有十分重要的意义。涡度相关技术是直接测定下垫面和大气之间水热通量的相对标准观测方法,利用其测量草地和裸地水热通量(潜热和显热通量),结果发现草地晴天白天的潜热明显大于显热,其最大值大约是显热的一倍;而裸地恰好相反,显热明显大于潜热,其最大值大约是潜热的一倍。草地阴天白天的潜热略大于显热;而裸地的显热仍明显大于潜热,其最大值大约是潜热的一倍以上;同时存在能量不闭合问题。草地发挥降温增湿等生态效应,对减少沙尘暴、维护生态平衡具有极其重要的作用。     

城市绿化灌溉对气象环境影响的模拟分析

城市绿地灌溉作为城市重要的水文过程,研究其对城市气象条件的影响有利于提高城市精细化预报并理解城市水循环过程。基于WRFV3. 7. 1模式,选取Noah/SLUCM陆面及城市冠层模型,以2010年夏季一次强烈的高温热浪天气过程作为天气背景,模拟分析了城市绿化灌溉对于中国东部重要城市南京的气象环境的影响。结果显示,绿地灌溉对城市地表能量平衡存在较大的影响。城市地区潜热最大增加45 W/m~2,地表温度最大减小0. 25℃。绿地灌溉对于城市地区边界层内的气温的有降低的作用,在边界层附近下降得最为明显,而边界层以上的温度则略有上升。对于日趋严重的热岛效应,城市绿地灌溉有减弱其强度的作用,在09:00时,可以将热岛强度最大减小0. 25℃。     

上海城市对风速的影响

本文根据上海城市和郊区实测的风速资料,首先论证了由于上海城市的发展,建筑群增多、增密、增高,导致下垫面粗糙度加大,其摩擦阻障效应消耗了空气水平运动的动能,因而使城区的年和月平均风速减小。其次,分析了上海城市热岛效应与风速的相互影响:盛行风速小,有利于热岛的形成;热岛强时,容易发展垂直湍流,有使城区风速增大的效应;在背景风场微弱时,热岛温度场会导致热岛环流。最后,阐明上海城市与郊区的风速差异有一临界风速v_0。当盛行风速大于v_0时,城市下垫面粗糙度大,使风速减小的效应突出;相反,当盛行风速小于v_0时,热岛湍流使城区风速增大的效应显著。上海v_0的年平均值在2米/秒左右。     

上海城市对风速的影响

本文根据上海城市和郊区实测的风速资料,首先论证了由于上海城市的发展,建筑群增多、增密、增高,导致下垫面粗糙度加大,其摩擦阻障效应消耗了空气水平运动的动能,因而使城区的年和月平均风速减小。其次,分析了上海城市热岛效应与风速的相互影响:盛行风速小,有利于热岛的形成;热岛强时,容易发展垂直湍流,有使城区风速增大的效应;在背景风场微弱时,热岛温度场会导致热岛环流。最后,阐明上海城市与郊区的风速差异有一临界风速v_o。当盛行风速大于v_o时,城市下垫面粗糙度大,使风速减小的效应突出;相反,当盛行风速小于v_o时,热岛湍流使城区风速增大的效应显著。上海v_o的年平均值在2米/秒左右。     

干旱半干旱气候条件下夏季地表城市热岛特征与影响因素研究

利用MODIS土地利用产品提取城市建成区和郊区,以2013年6、7、8三个月的MODIS地表温度产品以及植被覆盖产品分析夏季甘肃省内干旱半干旱气候条件下的地表城市热岛特征,讨论影响地表城市热岛的主要因素。结果表明,在干旱半干旱气候条件下,地表城市热岛具有显著的昼夜差距与区域特点,表现为夜晚地表城市热岛强度大于白天;城市周围的农田、草地等生态屏障可以避免建成区地表被荒漠裸地直接包围,对于控制地表城市热岛具有重要作用,传统计算城郊温度差的方法对于衡量干旱半干旱气候条件下的地表城市热岛具有明显局限性;影响地表城市热岛的主要因素在一天中会产生变化,城郊植被覆盖度差异与夏季白天的地表城市热岛有显著相关性,夜晚地表城市热岛则可能与人类活动强度和人为热源排放有关。