近20年鄱阳湖水体面积变化遥感监测与分析

利用卫星遥感影像数据,应用归一化水体指数法和谱间关系法,定量化分析2002—2019年鄱阳湖水体面积变化规律并探究其变化原因.研究表明,1)2002—2019年鄱阳湖水体面积整体呈现缩小趋势,水体面积年内季节变化明显,丰水期与枯水期水域面积相差1倍以上,且该差值近年来有增大趋势.2)通过分析鄱阳湖星子站水位发现,鄱阳湖进入枯水期日期较历史明显提前.3)分析极端干旱和夏季洪涝事件发现,鄱阳湖水域面积与江西省降水量有较明显的正相关性.     

鄱阳湖地区夏季气温日变化特征及其成因

基于2015—2017年6—8月鄱阳湖周边共340个气象站的逐小时气温观测资料和NASA MERRA再分析资料,应用经验正交函数分解(EOF)和热量方程诊断方法,分析了鄱阳湖地区夏季气温的日变化特征及其形成原因。结果表明:受非绝热加热影响(包括地表感热和地表向上的长波辐射),EOF第一特征向量反映鄱阳湖区与周围陆地的气温呈同相变化。04—17时,湖区和周围陆地气温逐渐升高,湖区滞后于周围陆地,湖区为冷源;17时—次日04时,湖区和周围陆地气温逐渐降低,湖区同样滞后于周围陆地,湖区为热源。受热扩散影响,EOF第二特征向量反映鄱阳湖区与周围陆地的气温呈反相变化,因湖区和周围陆地气温分布不均匀,22时—次日11时,湖体表面大气热量向周围陆地表面大气扩散,湖体表面气温降低,陆地表面气温升高;11—22时,反之。因此,鄱阳湖水体的存在对毗邻地区的气温产生影响,在一定程度上改变了局地气候。     

小型水体对气温观测环境影响的初步模拟分析

为研究水体对气温观测环境的影响,应用WRF中尺度模式,通过对四季晴天小风、阴天大风背景天气下有无水体算例模拟结果的比较,分析了浙江青山湖水体(6.5 km2)对周边2 m高度处气温的影响。模拟结果表明:(1)冬季天气条件通常较稳定,水体对下风方的影响最为明显;春、秋季节水体对下风方的影响次之,夏季局地热力环流复杂,水体对下风方气温影响不若其他季节明显。(2)青山湖水体对下风方约5 km内的气温可能产生明显影响,非下风方缩短为0.4 km。(3)水体面积越大,对周边气温影响距离越大。(4)当风速大于6.2 m·s-1时,水陆热力性质差异迅速被平流项输送携带走,水体对下风方气温影响不明显。而湍流扩散项则将水体与陆面热力性质的差异向上传递,湍流强度大于0.5 m2·s-2时,水体对下风方气温的影响不明显。     

水体的温度效应

本文用数值模拟的方法研究了陆地水体的温度效应。在模式中考虑了水陆间反射率差异、水体对太阳辐射的透射作用、水体的湍流混合、地面和水面的能量平衡以及土壤热传导方程等物理过程。模拟结果与观测资料和前人的研究结果一致。水体白天有降温效应,夜间有升温效应,这种效应晴天大于阴天;夏季白天的降温效应大于夜间的升温效应,冬季的情况则相反。大气通过湍流混合和风的平流输送使水体的特性影响到陆地上,在水体的下风岸可伸入10公里左右,在上风岸仅有2公里,受水体影响的高度为200—400米,岸上的温度随着离岸距离的增加按指数律变化来接近内陆上的温度值。这种方法可用来进行水库的环境评价和湖泊气候资源的研究。     

三峡水库气候效应及2006年夏季川渝高温干旱事件的区域气候模拟

针对2006年夏季川(四川)渝(重庆)地区的高温干旱事件，使用RegCM3区域气候模式，采用双重嵌套和次网格(SUB-BATS)方法，进行中国和三峡地区2005—2006年气候50 km和10 km(通过SUB-BATS方法达到2 km)分辨率数值模拟，并在此基础上进行了三峡地区下垫面改变(三峡水库建成蓄水)的气候效应模拟试验，重点分析了模式对中国和三峡地区夏季气候和气候异常的模拟能力，以及三峡水库对气温和降水的影响。结果表明，模式能较好模拟出中国和川渝地区的气候及以2006年川渝地区高温干旱为代表的气候异常，双重嵌套和SUB-BATS方法的应用，使模式能够提供局地和区域气候更详细的信息。有无三峡水库的对比试验表明，水库对周边区域气温、降水的影响很小，大部分格点上的变化达不到90%统计信度检验标准，气温变化中少数通过检验的格点基本集中于水库水体本身，邻近区域内气温和降水的变化随距库区的距离变远而变得更弱。除了库区本身降温和降水减少外，模拟结果中出现的变化更多表现为模式中出现的噪音。2006年夏季的川渝高温干旱，更多是由于大的环流场造成的，与局地强迫的关系不大，三峡水库在其中所起的作用非常微弱，可以忽略不计。     

三峡库区复杂地形下的气温变化特征

根据三峡水库坝区周边气候考察气象站1992-2004年和宜昌站1952-2004年的逐日气温资料,先用差值法将短期考察资料延长,再通过对比、回归等方法,客观分析了气温随时间和地形的变化规律,结果表明：1）三峡坝区具有冬暖、夏热等特点,是湖北的夏热和冬暖中心之一,不同高度气温年或日变化具有相同位相。2）平均气温、最高和最低气温、极端最低气温、气温日较差等指标随高度升高而递减,极端最低气温日数随高度升高而递增。3）水体对库周气温具有白天降温、夜间增温的效应,增温幅度比降温幅度大,增温幅度夏季大于冬季,降温幅度夏季小于冬季。4）三峡坝区20世纪90年代之前年平均气温呈波动变化,之后有显著上升趋势;水库蓄水以后对水域周围地区有降温效应。     

金塔绿洲解放村水库夏季晴天水文气象效应的数值模拟

利用非静力中尺度数值模式RAMS,模拟了金塔绿洲南部边缘面积约为6 km2的小水库(解放村水库)夏季晴天的水文气象效应。结果表明:金塔绿洲附近的解放村水库面积虽然很小,但水库水体具有比较明显的"暖湖"、"冷湖"和"湿岛"效应,且有明显的湖风出现。敏感性试验表明水库水体总的作用是冷却作用,最大降温幅度为2.2℃;水库水体对风场有加速作用,最大增幅为1.4 m.s-1;水库水汽的影响高度能达到650 m左右,下风岸影响的最大距离约为3 km,上风岸约为300 m。     

2022年夏秋季鄱阳湖流域气象要素异常特征及干旱演变

2022年夏秋季鄱阳湖流域发生了历史罕见的气象干旱事件,科学分析此次干旱过程气象要素特征和干旱发展演变对开展干旱预报预警以及防旱抗旱具有重要意义。利用鄱阳湖流域内87个国家站1961—2022年的逐日降水量、气温和蒸发资料,应用本地化的综合气象干旱指数,分析此次干旱过程的主要气象要素异常特征和气象干旱发展演变。结果表明：2022年夏秋季,鄱阳湖流域及其五大支流平均降水量为1961年以来同期最少;平均气温和高温日数为同期新高或次高,多站极端最高气温创新高;各流域蒸发量远远大于降水量,且秋季降水蒸发差大于夏季;流域各地出现了夏秋连旱,且秋旱重于伏旱,其中9—10月全流域出现重旱或特旱。     

不同天气现象下毕节高温特征及预报回归检验分析

利用毕节2010-2019年观测资料,分析不同天气现象下日最高气温特征,建立高温模型,并对近5 a 24 h高温进行检验,得出如下结论:(1)毕节高温日变化在夏季最稳定,春季波动最大。气温日较差晴天最大,阴天最小,多云时略大于阴间多云。(2)毕节8~10成云出现频率高达65.7%,夏季晴天频率波动大,春、夏季多云频率较高,且按天气现象分类统计月平均高温时,其峰值均出现在7月。(3) 24 h高温预报准确率月、季变化特征明显,夏季准确率最高,较最低的冬季高出21.4%,在区别天气现象的情况下,阴雨天时预报准确率最高,多云时最低,其中12月多云时最低为25%。(4)回归模型分析发现不同季节同种天气现象24 h高温预报影响因子权重差异明显,日照时数和平均本站气压对模型影响程度较高。不同季节晴天影响因子差异最大,拟合效果最好时段在夏季,平均估计误差为1.2℃,估计误差最大在冬季,平均估计误差为1.7℃。     

非加温型四连栋塑料温室内外温湿度关系研究

根据1999年12月～2002年8月典型天气（晴天、多云、阴天）下非加温型四连栋塑料温室中间1．5m高度气温、相对湿度的观测数据，应用逐步回归分析方法建立了冬季、春秋季、夏季典型天气下温室内日平均气温、日最高气温、日最低气温、日平均相对湿度与气象站气象要素间的关系式，为温室蔬菜品种筛选、蔬菜标准化栽培、无公害蔬菜生产和病虫害防治提供小气候方面的技术数据。     

鄱阳湖影响过湖对流强度的数值模拟及机理分析

湖陆下垫面的非均匀性对强对流天气的发展演变有很大的影响。鄱阳湖是我国最大的淡水湖,湖面积具有明显的月变化和季节变化,而模式中的下边界一般默认湖面积不变,这与实际情况的差异较大,必然带来模式预报误差。利用WRF模式对夏季夜间发生在鄱阳湖地区的一次强对流天气过程进行数值模拟,并通过湖面积变化的敏感性试验,深入研究鄱阳湖对强对流天气发展演变的影响及其机理,结果表明：夏季夜间湖面上空2 m温度明显高于陆面,向湖陆风在湖面上空辐合上升,岸边则存在下沉辐散气流。这导致降水在湖西岸减弱、湖上空增强。随后用去湖敏感性试验印证了鄱阳湖的暖湖效应,湖泊的存在能够通过激发陆风次级环流对湖西岸（湖面）上空降水起抑制（促进）作用。去湖试验的降水在湖西岸增强20%,在湖面上空减弱16%,体现出湖泊对降水强度的重要影响。此外,还发现湖面积扩大1.5、2.5、3.5、4.0倍的扩湖敏感性试验的降水在湖面上空分别增幅7%、16%、30%、43%,进一步证实了强对流强度对鄱阳湖面积变化较为敏感。这指示我们在预报夏季夜间穿湖而过的强对流天气时,应重点关注其可能存在的入湖前减弱、入湖后增强的变化趋势。同时,在利用数值模式模拟湖区强对流天气过程时,如果湖面积与模式中默认的湖面积相差较大,则应考虑将实际湖面积引入模式下边界,以期提升模式对于湖区对流的预报能力。     

Evaluation of the WRF-Lake Model over Two Major Freshwater Lakes in China

This paper evaluates the performance of the Weather Research and Forecasting(WRF) model coupled with a lake scheme over the Lake Poyang and Lake Dongting regions. We choose several cases with different weather characteristics, including winter with/without precipitation and summer with/without precipitation, and conduct a series of experiments(without the lake model, with the default lake model, and with a calibrated lake model that adjusts the water absorption, extinction coefficients, and surface roughness length) for each case. The results show that the performance of the lake model is significantly affected by the weather conditions. For the winter with precipitation cases, the performance of the default lake model is even worse than without the lake model, but the calibrated lake model can obviously reduce the biases of 2-m temperature and dew-point temperature. Although the performance of the default and new calibrated models is intricate for other cases, the new calibrated model has prominent advantages for 2-m dew-point temperature. Moreover, a long-term simulation of five months also shows that the new calibrated coupled lake model performs better than the default one. These imply that the new calibrated coupled lake model is more suitable to be used in studies of the effects of Lake Poyang and Lake Dongting on regional weather and climate.     

基于EFDC模型对鄱阳湖湖面面积的推算方法

鄱阳湖是中国最大的淡水湖泊,水位与面积是湖区生态系统中的重要参数.主要研究鄱阳湖水位与面积的数学关系,以便用水位来快速推求湖面面积.利用美国EFDC水动力学模型对典型年份面积进行模拟,得出逐日模拟面积,而后根据康山、棠荫、都昌和星子4站实际水位与模拟面积建立数学关系,最后使用遥感数据对模拟面积进行验证.结果表明,典型年份鄱阳湖水位与面积具有高动态性,平均相对误差为4.14%,模拟面积与实际面积误差较小.     

鄱阳湖水体淹没模型研究

根据丰水季鄱阳湖流域降水对鄱阳湖水位的影响研究, 建立鄱阳湖水位变化降水预测模型;并利用近10年卫星遥感对鄱阳湖水域面积的监测及相应时相鄱阳湖水位资料的分析, 研究出丰水季鄱阳湖水体淹没模型, 解决了洪水季, 云天状况下, 气象卫星难以监测下垫面洪涝灾害的难题。通过对鄱阳湖水体淹没模型进行模拟验证, 结果表明, 鄱阳湖实施退田还湖以后, 湖体水面模拟结果与遥感测算值相对误差为0.9%～3.6%, 模拟效果好。     

鄱阳湖对降水强度减弱的物理过程的数值模拟研究

为量化分析研究湖泊对局地降水强度及性质的影响,基于WRF3.8版本中尺度数值模式及NCEP/NCAR提供的1°×1°时间间隔为6 h的FNL分析资料,进行控制性试验、湖泊陆面化的敏感性试验,对2011年6月14—15日鄱阳湖附近强降水的高值中心开展分析.结果表明:鄱阳湖水体下垫面白天作为"冷源",对其附近100 km的...     

鄱阳湖地区地表通量特征及影响因素

利用2013年7月1日—2014年6月30日鄱阳湖东岸70 m铁塔的涡动相关观测资料,统计分析了风、温度、通量足迹的分布,重点分析了湍流通量的变化及其影响因素,结果表明:1)鄱阳湖地区夏季主要以南风、西南偏南风和东南偏南风为主,冬季风向多变,主要以西北风、西北偏北风等偏北风为主.秋季风速较强,春季次之,夏季最小.通量足迹在南、北方向密集,在西南和东北方向稀疏.2)动量通量表现为夏、秋季较大,冬、春季较小.感热通量表现为秋季最大,春季次之,夏季最小;秋季整体的变化幅度都较大,夏季整体较小.潜热通量夏季最大,冬季最小;潜热通量夏季整体的变化幅度较大,冬季整体较小.3)随着下垫面粗糙度的增大,摩擦速度和动量通量显著增大.潜热通量与水的相变密切相关,来自湖面的潜热通量较大,而来自陆地的较小;感热通量与大气稳定度有关,在稳定状态时为负,在不稳定状态感热通量显著增大.     

基于自然邻点插值法的洱海湖面降水特征分析

湖面降水是影响湖泊水量和水质的重要因素之一,对湖面降水的研究有利于湖泊水环境的研究和治理。本文利用洱海周边11个气象站降水观测数据,对洱海周边站点的降水进行分析,并基于自然邻点插值法对洱海湖面降水进行分辨率为0.01°的网格插值,分析洱海湖面降水的分布特征。结果表明:洱海湖面降水分布时空差异显著,时间上具有季节性特征,夏季最多,秋季次之,冬季最少;空间上存在显著分布不均,降水高值中心位于洱海中部靠西岸湖湾区域,低值中心位于东南部湖区,最大格点降水量是最小格点的1.9倍;湖面降水存在明显的季节性空间振荡特征,降水的高值中心夏季略有北移向外呈发散性递减。洱海湖面降水时空分布特征的研究为大气湿沉降敏感区域和时段的划分提供数据支持,同时为湖泊水环境研究治理提供科学的技术支持。     

巢湖流域典型站点的风场特征分析

研究巢湖流域流场特征对于认识该地区热量、水汽交换和水流运动规律具有重要意义。利用2006年合肥、肥东、巢湖、庐江站以及姥山岛自动气象站的风场资料,分析了巢湖流域典型站点的风速和风向变化特征。结果表明,陆面站点年平均风速为2.17m/s,湖面站点风速为2.41m/s。所有站点春夏季风速大于秋冬季,陆上风速具有明显的日变化,白天风速大于夜间,而湖面风速日变化较不显著。陆面站点风向季节变化明显,春夏季以偏南风为主,秋冬季以偏北风为主,春夏季的风向日变化特征较秋冬季明显,湖面站风向没有明显的季节变化。陆面站点不同程度地受到湖陆风的影响,距离湖面较近的站点受到的影响较大。湖面和陆面站点风向差距平与气温差距平的日变化保持一致,表明湖陆温差是影响巢湖流域湖陆风的关键因子。     

Development of a Model for Water and Heat Exchange Between the Atmosphere and a Water Body

A model for studying the heat and mass exchange between the atmosphere and a water body is developed, in which the phase change process of water freezing in winter and melting in summer and the function of the convective mixing process are taken into consideration. The model uses enthalpy rather than temperature as the predictive variable. It helps to set up governing equations more concisely, to deal with the phase change process more easily, and make the numerical scheme simpler. The model is verified by observed data from Lake Kinneret for a non-frozen lake in summer time, and Lake Lower Two Medicine for a frozen lake in winter time. Reasonably good agreements between the model simulations and observed data indicate that the model can serve as a component for a water body in a land surface model. In order to more efficiently apply the scheme in a climate system model, a sensitivity study of various division schemes with less layers in the vertical direction in the water body is conducted. The results of the study show that the division with around 10 vertical layers could produce a prediction accuracy that is comparable to the fine division with around 40 layers.