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。     

WRF模式气象要素模拟精度的验证及订正——以南疆区域为例

为了提高WRF模式进行气象要素预测的准确性,通过比较南疆地区23个站点的实测气象数据与WRF模拟数据间的误差,采用地理加权回归(geographic weighted regression,GWR)对WRF模式输出的气象要素进行订正.结果表明:WRF模式基本能够模拟出温度和相对湿度特征,但对风速值模拟偏大,采用GWR订正可以进一步减小WRF模式的误差,均方根误差温度、湿度和风速分别下降了1.49℃、9.01%和0.89 m/s,相对均方根误差温度、湿度和风速分别下降了12.88%、18.75%和69.54%.与未经订正的WRF数据对比后可知,GWR对WRF模式预测的气象数据具有良好的订正效果,可以进一步提高WRF模拟的准确性.     

陆面资料精度对东莞地区WRF模拟结果的影响

为建立东莞地区空气质量模拟的气象场,基于WRF模式耦合Noah陆面过程,使用不同空间精度(3 s、30 s、120 s)的陆面资料,分析对东莞地区夏季气象场模拟结果的影响差异.结果表明:WRF模型提高陆面资料精度后,东莞地区近地面气温的模拟精度均有发生变化,白天的最高温度时间为下午16:00,最低温度时间为早上6:00.白天气温模拟值高于气象观测值(过大评估),而晚上地面气温处于过小评估.白天夜晚气温模拟效果产生差异原因是,建筑物外表对辐射的截留,白天热岛较强,地面2m高度处热岛范围扩大,同时建筑物的存在使得城市湍流动能扩大,导致模拟区温度升高;而傍晚到早上东莞地区地面风速较大平均值大于4.5 m/s以上,风向属于内陆风主要为北风和东北风,都促进地面温度快速下降,导致晚间地面气温过小评估.陆面资料对地面风速模拟的误差影响较大,提高陆面精度(30 s→3 s)后,模拟风速误差改善明显,但模拟风速值还是大于观测值处过大评估.因此,为提高东莞地区WRF模型气象场模拟效果,后期还需进一步研究多因子协同作用对WRF模拟效果的影响.     

土地利用/覆被的剧烈变化对深圳市气温的影响

基于Landsat遥感影像解译得到1986年和2011年深圳市土地利用/覆被数据,采用中尺度气候模式WRF/UCM,在较高分辨率的地形资料和城市冠层参数支持下,将两个时期的土地利用/覆被作为模式强迫参量,分别进行两组数值模拟试验。将模拟结果与自动气象站点观测数据进行对比和验证,发现WRF模式能够较准确地反映深圳市月平均气温西高东低的空间分布特征。1986—2011年,深圳市在快速城市化进程中发生大规模的土地利用/覆被变化,引起近地表气温整体上呈现增高趋势。其中,7月增温幅度(0.91℃)普遍大于1月(0.42℃),各种自然植被覆盖型用地转变成城镇建设用地的升温幅度大多为0.70~1.57℃。主要原因是城镇建设用地扩张导致地表反照率减小,净辐射和感热通量增加,潜热交换变弱。     

城市非均匀性对城市地表能量平衡和风温特性的影响

为了研究城市的非均匀性对城市气象特征的影响,根据南京市landsat卫星资料的建筑密度分布特征,将南京市不同区域的城市分成:商业型城市、高密度城市、低密度城市.利用天气预报模式(WRF)模式针对南京地区非均匀城市类型分布进行了1年的高分辨率模拟,研究了城市非均匀性对城市地表能量平衡和城市热岛等气象特征的影响.研究结果表明:城市地表能量平衡和城市热岛等气象特征对城市非均匀性比较敏感,城市非均匀性导致平均城市感热、净辐射、热岛强度、城市郊区风速差减弱,而潜热增加.考虑城市的非均匀性之后,地表能量平衡各项以及温度、湿度、风场在城市区域的分布更加复杂,空间分布的方差和极值明显增加.如非均匀城市使平均感热、热岛强度和城市风速衰减分别下降了9.3 W·m-2、0.18℃和0.14m·s-1,潜热增加11.2 W·m-2;但非均匀城市使热岛强度、风速衰减、净辐射的最大值增加了0.28℃、0.28m·s-1和5.7·m-2.城市对于风速的衰减,会导致低空急流带的强度变小、厚度变薄.     

应用WRF模型模拟分析风力发电场风速

风能的规划和设计中需要比较准确地确定所选厂址区域的风力资源分布,要有先进而准确的分析手段.论文选用美国WRF中尺度模式,分别选用4种不同的陆面过程方案（SLAB、Noah、RUC和Pleim-Xiu）,对2008年6月16日08：00至6月23日08：00（北京时间）贵州乌江源地区某风电场区域进行水平分辨率1,km的数值模拟,对比分析了近地面风场以及4种陆面过程对模拟结果的影响.结果发现：WRF模式较好地模拟出了该区域近地面风场的变化特征.Noah方案模拟的风速最大值与实际测站的风速最大值较接近;SLAB方案与Noah方案模拟的7,d的风功率密度更接近实际测站的风功率密度.可见,WRF模式能够较好地反映该区域的近地面风场情况,且模拟结果受到地形及地表粗糙度的影响较大.     

WRF-ARW模式在北京城市热岛模拟研究中的应用

为了分析城市化对北京城市热岛效应的影响程度,利用NCEP 1℃×1℃逐日再分析资料、Landsat遥感产品数据以及中尺度WRF模式,对北京城市下垫面因子的变化进行模拟。分析城市化对北京城市热岛强度的影响。结果表明:白天北京的城市、近郊、远郊存在气温的逐级递减趋势,而夜间热岛分布广且城郊温差小,城市热岛强度总体维持在1℃以上。下垫面由郊区变为城市会使当地的气温升高;并且这种升温效果在夜间比较显著。城区面积的扩张,会进一步增加城市中心区的温度。从不同年份小风区面积的变化看出,城市化在夜晚不断的加剧城市热岛效应,而白天则先增强后减弱。     

赣江新区景观格局的变化与模拟分析

通过对赣江新区1995-2015年景观格局的变化情况进行分析,同时模拟2025年赣江新区景观格局的变化趋势.利用赣江新区1995、2005和2015年3期遥感影像数据作为数据源,使用ArcGIS10.2、Fragstats4.2和IDRISI17等软件,进行景观分类,获取景观类型的空间分布信息,采用移动窗口法得到多种景观指数的空间分布情况,分析赣江新区景观格局时空动态的变化,并通过CA-Markov模型对2025年赣江新区景观格局进行模拟预测.得出结论:1995-2015年,赣江新区土地类型的主要变化表现在建设用地面积的增加与其他土地类型面积的减少,及其之间的相互转换;赣江新区快速发展,景观破碎化程度加强,优势度下降,景观类型朝着多样化的方向发展;通过CA-Markov模型对2025年景观格局进行模拟,发现建设用地面积增加明显,赣江新区发展加快,人类活动对景观格局的影响较大,景观破碎化程度进一步加强.     

多情景下浙中城市群建设用地空间扩张模拟

选取浙中城市群2005、2010、2015和2019年四期土地利用遥感影像,以高程、人口、经济、距城镇距离等9个影响因素作为驱动因子,基于地理模拟与优化系统(GeoSOS)模拟未来浙中城市群在惯性发展、经济优先和生态优先情景下建设用地空间扩张情况.结果 显示:(1)土地利用空间模拟结果较好,神经网络-元胞自动机模型(ANN-CA)适用于浙中城市群建设用地空间扩张模拟;(2)生态优先情景下的研究区土地利用空间格局较惯性发展情景和经济优先情景更适合研究区建设用地空间规划模拟;(3)生态优先情景下,婺城区、金东区、义乌市、永康市和东阳市作为主要扩张地区引导浙中城市群建设用地空间扩张,2015-2030年浙中城市群总体建设用地扩张面积处于增加状态,增长逐渐变缓.     

基于RS和GIS的南岸区土地利用现状及预测

以南岸区1978、1985、1988、1993、1996、2000、2003、2009年共8期遥感数据作为数据源,在RS和GIS技术支持下对重庆市南岸区1978-2009年土地利用类型的动态度变化进行分析,并用马尔科夫过程模型预测了南岸区2012-2032年土地利用的演变趋势;结果表明：从1978-2009年,林地、耕地面积迅速减少,城市建设用地面积增加;在未来的20年,南岸区的耕地和林地逐年减少,林地增加,水域面积呈增加趋势;到2032年各种地类占南岸区总面积的百分比分别为：耕地47．16％,建设用地31．08％,林地16．11％,水域5．57％。     

不同陆面方案对珠三角春季晴天边界层特征模拟效果的影响

选用WRF中尺度模式下5种陆面参数化方案(Noah、SLAB、RUC、Pleim-Xiu和SSi B),并结合目前最新陆地覆盖产品Globcover2009,对珠三角地区春季天气个例(2014年04月27日14:00至29日14:00)的大气边界层结构进行模拟试验,同时选取研究区域内18个地面气象站及1个探空站同期实测资料与10 m风速、2 m气温、风温廓线模拟结果进行比较。结果表明:1相比采用USGS土地利用数据,Globcover2009与当前实际地表类型分布情况更相符,通过更新下垫面资料能够有效提高近地面风速和温度的模拟精度;2各陆面方案均基本能够模拟出近地面气象要素的日变化特征,受沿海低平地形影响,各陆面方案下风速被高估的现象均比较明显,而气温则被不同程度低估。其中,SLAB方案模拟10m风速效果最佳,Noah方案模拟2 m温度效果略优,SSi B方案整体模拟效果偏差;3 Noah、SLAB、RUC和Pleim-Xiu方案模拟风温廓线走势基本一致且符合实况,而SSi B方案得到的边界层结构特征不够明显,主要原因是近地面垂直层设置过于稀疏。     

WRF模式不同陆面过程方案模拟兰州新区低空气象场特征

利用WRF模式中3种陆面过程(Noah、RUC和SLAB)参数化方案对兰州新区2014年1月近地面温度场和风场进行了模拟,与兰州新区测风塔和区域气象站观测资料进行对比,研究了不同陆面过程参数化方案模拟低空气象场特征的差异.结果表明,3种陆面过程参数化方案都能较好地模拟兰州新区冬季温度场和风场特征,温度场模拟效果优于风场.3种方案对土壤湿度的不同处理,影响到感热通量、潜热通量和土壤热通量的分布,使得3种方案对近地面温度的模拟产生差异.统计分析结果表明,WRF模式陆面过程参数化方案为SLAB时模拟的兰州新区冬季近地面温度场和风场与观测结果最为接近.由于受温度模拟结果的影响,SLAB方案对大气稳定度的模拟效果最好,对兰州新区冬季近地面风场的模拟结果最稳定.     

Nudging资料同化方法对WRF模式模拟西北干旱区域降水过程的影响

应用WRF V3.8.1模式,对在"内蒙古微气象观测蒸发试验"期间的2015年5月19-20日、7月21-22日两次强降水过程进行模拟试验。为了检验牛顿松弛逼近方法(Nudging)在干旱区强降水过程模拟中的作用,本文采用3种不同的再分析资料驱动WRF模式,每种再分析资料设置控制试验、Grid Nudging、Spectral Nudging三个试验,共计18组试验,结合同期的观测数据和外场试验的资料进行对比分析。结果表明:三种再分析资料在经过Nudging之后的试验对气流的轨迹模拟都有着提升,其中Spectral Nudging试验模拟的效果最佳。经过Nudging后,降水落区和量级的模拟有着提高,其中Grid Nudging试验在TS评分上面的提升相比Spectral Nudging试验更大。Spectral Nudging试验对地面10m处的风速也有着明显的改善。     

阵风估算系统对河南省2018年春季大风的模拟

摘 要：通过对2018年3月15-16日河南省发生的一次春季大风的天气学分析,探讨了大风极值中心出现在豫北地区的原因。在此基础上,利用耦合了WGE方法的WRF模式（WRF-WGE）模拟了研究区风场的空间特征,评估了WRF和WRF-WGE对本次大风天气的模拟效果,得到了如下结论：冷锋过境河南时正值白天,冷锋前后温度差很大,冷锋移速快是河南大风风速高于其他地区的主要原因,豫北地区因叠加了地形的“狭管效应”成为了此次春季大风的核心区。WRF模式和WRF-WGE均对大风有一定的模拟能力,能够模拟出大风的时间、空间分布特征,但WRF模拟的最大风速值远低于观测值,而WRF-WGE模拟的最大风速值与观测更为匹配,其优势主要在于预报大于10m/s以上的大风,表明WGE方法在中国大陆系统性大风的预报中有一定的适用性。     

遥感监测宝鸡市城市化对土地利用的影响

目的揭示宝鸡市近几十年城市化过程对土地利用变化的影响程度。方法以西部中型城市宝鸡市为例,对该区的1991、2002及2014年Landsat卫星影像进行解译分类,提取土地利用类型面积比、土地利用动态度、城市化综合发展水平等指标,对宝鸡市的土地利用变化进行了定量分析,探讨了城市化水平与土地利用变化的关系。结果研究表明,1991-2014年宝鸡市耕地面积减少,但减幅减小,从1991-2002年的28.82%放缓到2002-2014年的16.68%;建设用地面积持续增加,且增幅增大,从1991-2002年的5.80%快速增加到2002-2014年的27.79%。城市扩张所占用的耕地和林地比重最高,且在城市边缘区变化最明显。结论宝鸡市城市化水平的高低对城市土地利用变化量有直接影响,快速城市化将导致农用地的减少和建设用地的增加。与全国城市化过程相对比,在研究年限内宝鸡市土地利用变化与城市化的关联发展未出现城市空间扩张相对稳定的时期,经历了从城市空间加速扩张阶段直接过渡到城市空间扩张和城市建设并重发展阶段。     

近30年杭嘉湖平原湿地格局变化研究

使用1993年、2003年、2008年和2015年4期Landsat TM/OIL影像,对杭嘉湖平原区进行土地利用/覆被变化(LUCC)分析.结果表明:1)1993—2015年,湿地面积持续减少,总缩幅高达46.14%,主要受城市化进程影响;2)1993—2003年,城市面积由50.18km2扩增至118.13km2,湿地面积同期缩小99.2km2;3)2003—2008年,湿地退化程度较其他时期更为明显,总缩幅达51.09%,减少的湿地类型主要转变为城市和休耕地;同样城市扩张也最为显著,年均增长近30%;4)2008—2015年,在整治政策的保护下,湿地面积实现正增长,年平均增幅为6.32%.总体而言,杭嘉湖平原湿地格局变化受自然因素和社会因素共同作用,但人为因素占主导,2008年之前侧重城镇发展,将湿地用地变为城镇或农业用地,近年来在政策引导下,推动湿地保护,使其面积有所增加.     

南宁市城市土地扩张与驱动力分析

利用空间重心转移计算和单一土地利用类型动态度计算方法分析计算南宁市城市用地扩张趋势与速率,结果为:1994-2005年间南宁市主要向东、南、西三龇向扩展,其中向东扩张最为明显.城市建成区面积不断扩张,2005年城市土地面积是1994年的2.25倍.1994-2001年城市扩张速率仅为7.71%,城市空间重心逐渐向东移动.而2001-2005年,城市扩张速率达到11.57%,城市空间重心转向东南方向.影响南宁市城市用地扩张的因素有经济增长、人口增加、政策推动以及交通发展的牵引.     

利用GRAPES-UCM模式对广州典型污染天气过程的数值模拟研究

利用城市冠层加强观测资料对GRAPES-UCM模式进行了多个例的模拟分析与效果检验,表明:城市冠层效应使城市平均气温升高1.2℃,感热通量增加163%,热岛效应增强近1.3℃;城区风速减小16%,而风速的脉动增大;GRAPES-UCM模式对城市地表温度、风速、向下短波辐射、向上长波辐射、感热通量等的模拟结果与实际观测更为接近.近地面静小风、稳定的近地面层结(逆温)及风向的辐合导致污染物的局地堆积,容易造成高PM2.5浓度与低能见度的灰霾天气;与台风外围下沉气流相联系的高温有利于高臭氧事件的发生.城市冠层模式的引入对GRAPES模式在城市下垫面的模拟效果有显著的提升作用,能更好模拟出不利于污染物扩散的气象条件.     

兰州城市气候变化及热岛效应分析

本文对兰州城市气候与“热岛效应”进行了综合分析。结果表明：兰州城市“热岛效应”使城区年平均气温升高约１℃；使城、郊温差增加１．０￣１．４℃；城市“热岛效应”主要使２００ｍ以下近地层大气夜间至早晨明显增温。市内年平均相对湿度比同期郊区相对湿度降低５％￣８％；市内年蒸发量比郊区增大２５０￣４８０ｍｍ，表现出明显的城市“干岛效应”；市内年平均风速比５０年代减小近５０％，而郊区年平均风速比６０年代显著增大     

EAC-PCC复合结构层间温度应力研究

制作电热沥青混凝土EAC(Electrothermal Asphalt Concrete)-PCC(Portland Cement Concrete)复合结构试块,在EAC-PCC的层间埋设应变片,通过试验检测EAC-PCC的层间温度应力;建立有限元模型进行数值模拟,分析温度、电压、风速对复合结构层间温度应力的影响.试验表明:温度应力随时间延长逐渐增加,同一时刻不同检测点的温度应力不同;通电240 min时,中心点层间温度应力为0.37 MPa,温度上升了4.6℃.数值模拟表明:通电240 min,中心点层间温度应力为0.41 MPa,温度升高了5.2℃;随着环境温度的降低层间温度应力逐渐增大,负温时层间温度应力快速增大,正温时层间温度应力较小;与环境温度0℃相比,通电240 min时,-10℃、-20℃时层间温度应力分别增加了94.25%、126.72%,而10℃时层间温度应力减少了76.44%;随着通电电压增加,层间温度应力增加的速率变大;随着风速的增加层间温度应力在减小,与风速为0时相比,通电240 min时,风速为1、2、3 m/s的层间温度应力分别减少了15.59%、24.21%、29.66%.