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。     

沁河流域地表水与地下水转换的模拟

黄河中游的沁河流域中下游水文地质情况复杂,地表水地下水转换频繁。为研究该流域水资源形成转换规律,建立了一个基于相似水文响应单元的物理性分布式水文模型,模拟了人类活动用水影响下的水文过程,用简化的渗流模型模拟成层岩溶地区地下水运动。经参数率定和1986—1998年长系列模拟,结果显示:沁河流域水资源量主要受降水影响,地表水与地下水转换量占地下水资源量80%以上。超采地下水导致地下水位下降,引起地表径流量显著减少。成层岩溶影响到多个水文过程,地表水与地下水转换随着岩溶发育而动态变化。     

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。     

绿化屋顶热效应的观测试验

为了评价绿化屋顶对城市微环境的热效应影响,利用基于轻质高透水性基质材料的绿化屋顶和普通屋顶,开展了近10个月对比观测,对温度、热阻值(R值)等进行了定量分析。结果显示:观测期内绿化屋顶的屋面温度波动降低54%,在秋、冬和春季表现出保温效果,夏季则表现出降温效果,并将屋顶整体热阻值提高33%～200%。绿化屋顶对降低建筑能耗、改善人居环境具有积极作用。     

气候变化对冬小麦潜在产量影响的模型模拟分析

开展气候变化对冬小麦产量影响的数值模拟对制定农业与水资源政策以适应气候变化具有重要意义.该研究采用ThuSPAC-Wheat模型与CERES-Wheat模型,经田同试验资料率定后,利用北京气象站1951-2006年资料进行气候变化下冬小麦潜在产量的数值模拟和分析.结果表明,过去55a冬小麦潜在产量有所降低,水资源消耗有所减少,主要原因是辐射量下降.气候变化情景分析表明,辐射下降引起潜在产量和水资源消耗量减少;CO2浓度增加潜在产量增加,水资源消耗量减少;气温升高,潜在产量和水资源消耗量无显著变化.     

利用年内洪水统计特性计算设计洪水和分期汛限水位新方法

传统的设计洪水确定方法往往导致一些水库在汛期弃水而汛后又无水可蓄,造成洪水资源的极大浪费.为更好地提高洪水资源利用率,基于暴雨洪水的物理成因和统计规律分析,提出采用年内洪水统计特性变化规律来确定设计洪水和各分期汛限水位的新方法,结合实例说明该方法在汛限水位动态控制中的实用性和可行性.与传统方法相比,新方法不仅可给出设计洪水和分期汛限水位值,而且当发生一次大洪水后,能在调度决策进程中为决策者提供未来发生洪水的概率分布.但是,该方法的适用性尚需大量资料验证,还不能作为确定“汛限水位动态控制范围”的主要依据.     

道路在城市排涝中的作用及影响因素定量评价

道路在城市超标雨水排除中有着重要作用。该研究构建了强化汇流过程的精细城市雨洪模型(REDUS),以清华园南门主干道和东门主干道为对象,评价了典型暴雨情景下道路的排涝作用,以及降雨、道路纵坡和地下管网条件的影响。结果表明:在北京"721"暴雨中,道路排涝流量占比峰值达到了50%,在管网达到最大排水能力后,道路排涝占比显著增大;道路排涝作用受降雨的影响显著,与最大30min累积降雨量之间有较好的相关关系;对于配有支路管网的道路,其排涝效果并不随着纵坡坡度单调提升,表明道路纵坡的影响与地下管网结构有关。该研究结果为海绵城市建设中如何充分考虑道路排涝作用提供了科学依据。     

人为热对城市冬季降水的影响

城市人为热在冬季的气候效应比夏季更为显著，该文通过气象研究与预报(WRF)模型内置人为热揭示了人为热对城市冬季水热环境的影响机制，进一步利用大尺度城市能(LUCY)模型计算得到了北京地区高时空分辨率的人为热数据，将其耦合到WRF模型中，研究了北京地区人为热对降雪的影响，并与已有关于人为热对夏季降雨影响的研究结论进行对比分析，指出了人为热对夏季及冬季降水影响的不同之处。结果表明，人为热增加对冬季气温的影响幅度无明显阈值，但在空间的影响高度上存在阈值。人为热对夏季和冬季降水的影响机制不同，对夏季降水的影响范围和量级较大，影响机制较为复杂，而对冬季降水的影响主要集中在城市内部，主要影响降水相态。     

黄土高原地区中小尺度分布式水文模型

在考虑了降雨和地形特性基础上开发研究了适用于干旱半干旱地区的中小尺度分布式水文模型(THIHMS-SW),依据黄土高原水土保持措施的建设原则,将土壤表层离散为不等厚的数层进行饱和非饱和土壤水分运动数值计算。采用所建模型,对相对天然状态下的岔巴沟流域进行了连续3a的模拟计算。除个别洪峰及较小流域外,得出的模拟计算效果在整个流域范围内均较好,相关系数达到0.84,Nash效率系数达到0.70,峰现时间及最大洪峰流量都得到较好再现。结果表明,模型在黄土高原地区具有较好的适用性。     

跨境淡水冲突与合作研究综述

水资源数量的有限性和用途的广泛性决定了水资源利用的多种不同主体之间不可避免地存在矛盾，这在涉及不同国家与地区的跨境淡水系统中尤为突出。在缺乏有效的全流域治理体系的情况下，跨境淡水系统的管理很容易陷入“公地悲剧”的境地，而其冲突与合作的状态关系到流域可持续发展、区域安全与稳定，以及域内外国家的外交工作，该研究具有重要的理论意义和实践价值。该文提出了跨境淡水冲突与合作研究的分析框架，将国内外学者的研究按演绎法与归纳法2种研究范式进行归纳，对研究思路、 3个主要研究问题(水冲突与合作状态的定义与量化，水冲突与合作的驱动因素，水冲突与合作的演化规律)以及代表性研究进行了综述，指出现有跨境淡水冲突与合作研究的不足及可能的发展方向。未来的研究需要将演绎法与归纳法相结合，着眼于揭示水冲突与合作动态变化的全球规律及其驱动机制，跨境水资源与非跨境水资源的内在联系，在此基础上探讨跨境淡水资源管理如何应对经济社会发展与气候变化带来的机遇与挑战。