红壤地区陆气耦合模式研究及其应用

本文论述了陆气相互作用研究在人类生存环境与发展区域经济中的重要意义与研究现状．在原有研究工作基础上，针对中国科学院红壤试验站地区陆气水热传输过程，提出了一个多层陆气耦合模式．对植被内部湍流交换的物理过程作了深入研究，特别考虑了叶片气孔为非饱和水汽条件下的交换情况，并且给出了修正后的根系吸水模式．陆气耦合模式分别对大气、植被、土壤作多层划分，以助于细致了解沿高度分布的各物理量．利用本模式对中国科学院红壤试验站地区油菜地陆气水热交换过程进行了数值模拟，模拟结果与实测值吻合较好．证明该模式成功地模拟了陆气相互作用过程，可为当地合理利用水热资源提供科学依据．     

高寒草甸地区陆面过程耦合模式与辐射研究

本文论述了陆气相互作用的研究意义与现状.在原有研究工作基础上,针对中国科学院高寒草甸站地区陆气水热传输过程,提出了一个多层陆面过程耦合模式,特别给出了导水率的计算模型和修正后的根系吸水模式,对植物内部湍流交换的物理过程作了深入研究.本文还介绍了当地的气候概况和野外观测情况,利用本模式对中国科学院高寒草甸站地区陆气水热交换过程进行了数值模拟,模拟结果与实测值吻合较好,证明该模式成功地模拟了陆气相互作用过程,可为当地合理利用水热资源提供科学依据.为了解植被在陆气相互作用的影响,本文又进行了敏感性数值试验.     

应用一改进的模式对北京夏季风、温和湿度场的模拟

对北京大学的三维复杂地形中尺度数值模式进行了适当改进,引入第2代陆面过程模式的参数化方案,在计算地表能量水分收支时更加注重植被的影响,根据植物生态和土壤的地理分布特征确定陆面参数。结果表明,改进后的模式在模拟夏季北京气温场、风场、湿度场时都取得令人满意的效果。模拟结果可为了解北京地区区域气候的形成、污染物的扩散及城市规划提供参考和帮助。     

应用一改进的模式对北京夏季风、温和湿度场的模拟

对北京大学的三维复杂地形中尺度数值模式进行了适当改进,引入第2代陆面过程模式的参数化方案,在计算地表能量水分收支时更加注重植被的影响,根据植物生态和土壤的地理分布特征确定陆面参数。结果表明,改进后的模式在模拟夏季北京气温场、风场、湿度场时都取得令人满意的效果。模拟结果可为了解北京地区区域气候的形成、污染物的扩散及城市规划提供参考和帮助。     

绿洲对其临近荒漠大气水分循环的影响——敦煌试验数据分析

利用"我国西北干旱区陆-气相互作用试验\\"2000年5～6月在甘肃敦煌进行的野外观测资料,分析了西北干旱区临近绿洲的荒漠戈壁大气湿度特征,并根据它们在不同风向下的表现揭示出了绿洲对其临近荒漠戈壁大气水分输送的影响.研究了在绿洲影响下大气的逆湿和负水汽通量与风向和大气稳定度的关系,说明大气逆湿和负水汽通量的出现不一定完全相关,小时平均量有时表现出负梯度输送的特征,并且给出了负梯度输送出现概率的日变化以及大气稳定度对负梯度输送的影响.     

绿洲与沙漠相互作用的数值试验研究

利用简化的绿洲与沙漠相互作用的动力学模式和绿洲系统与沙漠环境的熵平衡方程,从动力学和非平衡态热力学角度分析了绿洲与沙漠的相互作用特征,揭示了绿洲蒸发率对绿洲湿度和绿洲尺度的依赖性.结果表明:绿洲尺度和绿洲湿度是"冷岛效应”的两个重要控制因子;绿洲的维持与发展存在一个最小临界尺度.     

红壤地区近地层大气与上层土壤的相互作用动力学模型研究

本文主要论述了陆气相互作用研究在人类生存环境与发展区域经济中的重要意义与研究现状，在原有的研究基础上，针对人口密度大的低丘红壤区，植被破坏，水土流失加剧，季节性干旱日趋严重等状况，而提出了红壤地区陆气耦合动力学模式，详细描述了陆气耦合动力学模式的特点，该模式研究了大气湍流的作用与耦合效应，并将它应用于我国江西鹰潭红壤生态系统的水热输运研究，揭示红壤地区水热交换规律，同时，介绍了当地的气候概况和野外观察情况，最后，利用本模式对江西鹰潭中国科学院红壤生态试验站地区陆气水热交换过程进行了数值模拟，模拟结果与测量值吻合较好，可为研究局地生态环境和发展农业生产提供科学依据。     

干旱、半干旱地区蒸散过程的模拟研究

利用建立的土壤, 植被, 大气系统水分散失耦合模式,研究了一定植被覆盖下区域近地面层的水分蒸散过程。模式对土壤水分传导和恢复过程的参数化引入了一些改进。利用此模式模拟了黑河实验(HEIFE)中1991-08-13—17日张掖观测站所在位置的能量通量和近地面温湿度的变化,得到了与观测值相一致的结果,合理地再现了此阶段内蒸散过程的变化趋势。此模式能比较有效地模拟区域复杂下垫面与大气边界层的相互作用,对于区域气候和生态效应的研究有一定的帮助。     

干旱、半干旱地区蒸散过程的模式研究

利用建立的土壤-植被-大气系统水分散失耦合模式,研究了一定植被覆盖下区域近地面层的水分蒸散过程。模式对土壤水分传导和恢复过程的参数化引入了一些改进。利用此模式模拟了黑河实验(HEIFE)中1991-08-13—17日张掖观测站所在位置的能量通量和近地面温湿度的变化,得到了与观测值相一致的结果,合理地再现了此阶段内蒸散过程的变化趋势。此模式能比较有效的模拟区域复杂下垫面与大气边界层的相互作用,对于区域气候和生态效应的研究有一定的帮助。     

区域气候模式RegCM3产流方案的改进及数值试验

用改进的水文模型与详细陆面方案、大气模式耦合的区域气候模式模拟研究了夏季风气候陆面水文、气候特征．针对区域气候模式RegCM3中陆面方案BATS地表产流方案的不足，将更符合观测实际地考虑入渗和降水非均匀性的地表产流方案VXM并入BATS，利用改进后的区域气候模式模拟了我国1990、1991和1998年的夏季风气候，并采用我国160站的月降水资料及UNH-GRDC（University of New Hampshire，USA-Global Runoff Data Center）月径流资料对1990、1991模拟结果进行了验证．结果表明，地表产流方案的改进对区域气候模式RegCM3模拟降水的影响不大，但模拟的径流有较大提高目与实测更为一致．     

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。     

珠三角城市化对大气边界层特征影响的数值模拟

利用WRF/UCM模式对珠江三角洲2008年秋季一次大气污染过程的气象场特征进行模拟。在模式中针对下垫面类型数据和人为热通量来设置敏感性试验以探讨城市化对大气边界层特征的影响。研究结果表明:城市化发展(包括城市土地利用类型的改变以及人为热通量的加入和增加)均能增强城市热岛效应和干岛效应,使夜间地面逆温现象更加显著,地面污染物容易积累;地表粗糙度的增加使风速减小,城市化使热岛环流增强,污染物难以扩散,这也是造成空气污染事件的原因;同时城市的发展能抬升白天和夜晚的大气边界层高度。     

基于Landsat TM的地表热环境对城市扩展的响应——以重庆市南岸区为例

重庆直辖以来,城市建设步入高速发展阶段,城市热岛效应已成为城市生态问题的热点。以重庆市南岸区为例,以1988、1993、2000、2007年和2010年5个时期的遥感和矢量数据为基础,在RS和GIS的支持下,通过对南岸区建设用地重心转移、地表温度变化、热岛中心转移进行动态研究,分析了研究区建设用地重心转移过程、地表温度空间分布差异以及热岛中心运动特点。结果表明:研究区在22年间,建设用地扩展明显,重心逐渐向东南方向转移,且转移速度逐年提高;地表温度空间分布格局变化明显,城市热岛现象日益显著;城市高温区下垫面多以建设用地为主,城市低温区下垫面多以水域和高植被覆盖为主;城市热岛中心空间变化与建设用地重心空间变化具有较高的一致性。研究成果可为城市规划与城市生态环境保护提供决策参考。     

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．     

MM5v3多种物理过程不同参数化方案的组合试验 --对东亚区域气候模拟

考虑区域气候模式中诸物理过程的多种参数化方案的相互影响，对MM5v3模式中3个物理过程设计了16组不同参数化方案的组合试验．用1997和1998年6～8月NCEP／NCAR再分析资料作了东亚的区域气候模拟．经检验、分析和比较各组合方案在东亚区域的模拟能力，发现MM5v3模式能适合对东亚地区的区域气候模拟；当用MM5V3作东亚区域气候模拟时，Kain-Fritsch积云参数化方案、OSU LSM陆面过程参数化方案与CCM2辐射参数化方案的组合更为合理．这些结果对于发展适合我国的新一代区域气候模式有一定的参考意义．     

中国地区工业硫酸盐气溶胶对辐射和温度的影响

 将大气化学模式和区域气候模式连接,以中国地区1994年1,4,7,10月为研究对象,模拟了气候变化,并分析了由于大气化学过程形成的硫酸盐气溶胶的对地气系统辐射收支、温度、降水量等气候因子的影响.通过分析发现:硫酸盐气溶胶在晴空大气顶和云天大气顶处产生负的辐射强迫,将使地表温度下降,使降水量减少.     

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。     

基于耦合气候模式的始新世全球季风数值模拟

全球一半以上人口生活在季风区。为了研究温室气候时期全球季风气候的特征,利用耦合气候数值模式(Community Earth System Model),模拟了距今最近的温室气候时期——始新世(40 Ma B.P.)的全球季风气候特征。该模式全面考虑了大气、海洋、陆地、陆冰、海冰、植被等气候子系统的耦合作用,大气CO2含量设为工业革命前的4倍。模拟结果表明,在始新世时期,全球季风的范围、强度与现今大体相当,但是区域上,各季风区的特征与现今有明显差异。     

基于时间序列分析的地表温度变化过程探讨

地表温度是地表与大气相互作用过程中的最重要的物理学参量之一。然而地表温度是一个动态的热平衡参量,受到地表能量平衡过程特别是大气湍流的影响,是一个动态变化的时间序列过程参量。为研究地表温度受大气湍流影响的机理和规律,选择西藏当雄和北京顺义地区为试验区,开展野外观测试验,对两个试验区的大气湍流通量数据和地表温度连续观测数据进行时间序列分析。定义了一个表征地表温度变化特征的参量——地表温度变化特征量,并通过时间序列分析的方法,分别对两个试验区的数据,建立了传递函数模型,并通过系数的置信区间讨论了两地模型的有效相等性。