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。     

博斯腾湖的湖陆风特征及其数值模拟研究

采用基本气象站和区域气象站观测资料分析了2013年6月至2014年5月期间博斯腾湖的湖陆风日变化特征和季节特征,进而通过中尺度数值模拟分析博斯腾湖湖陆风的发展过程及其与天山山谷风的相互作用。结果表明,博斯腾湖北侧湖风与中天山南侧谷风叠加效应造成局地环流增强,从湖岸到山体,叠加效应造成的局地环流最大振幅表现出增大、减小、再增大的特点;湖岸区域湖风开始时间与距离的关系不显著,当离岸距离增大到约20 km以上,距离每增加约6 km,湖风开始时间推迟1 h;湖北侧湖风锋穿透内陆距离比受天山主体影响较小的湖南侧远约11 km;随着湖北侧湖风锋向天山靠近,湖风与谷风耦合作用不断加强。     

黄河源区生态环境变化对湖泊效应影响的数值模拟

利用中尺度气象模式WRF,设计了陆地生态环境好转、维持现状和退化3种情境下的模拟试验,分析了夏季黄河上游鄂陵湖湖泊效应的特征和生态环境变化对该湖泊效应的影响。结果表明,夏季晴天中午至傍晚,鄂陵湖有显著的湖风环流;白天湖面感热和潜热较小,昼(夜)表现出明显的冷(暖)湖效应;湖区低层全天呈现出"湿岛"效应;受湖风作用影响,环湖陆上白天形成"湿墙"和感热高值区;随着陆地生态环境由好转到退化,湖风环流加强,环湖"湿墙"增高,湖陆边界层高度差增大,陆面感热和潜热变化显著大于湖面;陆面边界层中下部的气温和比湿主要受下垫面影响,环境退化后分别升高和减小,而在边界层顶部由于受湖风环流的作用,两者变化趋势与中下部相反。     

青海湖夏秋季局地气候效应数值模拟研究

由于水陆热力性质差异,湖泊对局地天气气候具有显著影响,占中国湖泊总面积一半以上的高原湖泊对区域天气气候的影响不可忽视,但目前对高原湖泊局地气候效应的研究依然存在不足。本研究利用WRF-FLake动态耦合模式,设计了有湖与无湖两组实验,对高原最大湖泊青海湖的局地气候效应进行了整年的模拟研究。结果表明,耦合模式的模拟性能良好,青海湖在1-6月使得区域气温降低,而7-12月使得区域气温升高,且青海湖的存在降低了1-9月的日最高气温,增加了6-12月的日最低气温,使得气温日变化减小,白天青海湖为冷湖效应,而夜间青海湖为暖湖效应。2-6月青海湖轻微减少区域降水量,7-12月明显增加了区域降水量,且8月增加量最显著。青海湖对局地年降水量的贡献率在湖面上最大可达50%～60%,而在周边陆地为10%～30%,夏季青海湖增加的降水量最多,而秋季青海湖对总降水的贡献率最大,青海湖增加的降水在20:00(北京时,下同)至次日02:00最多,而14:00-20:00最少,夏季增加的对流性降水较多,秋季增加的对流性降水较少。白天青海湖的冷湖效应使湖面产生下沉辐散气流,抑制对流的发展和水汽的扩散,导致湖泊降水效应减弱,而夜间青海湖的暖湖效应使湖面产生辐合上升气流,促进对流的发展和水汽的扩散,导致湖泊降水效应增强。     

岱海湖流域生态质量干湿指标气象评价研究

选取岱海湖流域3个国家一般气象站60年的气象资料,采用Penman-Monteith模型计算出岱海湖流域的参考蒸散量和干湿指数,表征岱海湖流域地表干湿状况。岱海湖流域地表多年平均干湿指数为0.42,属于气候半干旱区。20世纪60、70、90年代湿润指数距平为正距平,气候偏半湿润状态;20世纪80年代后期和21世纪初期（2000—2009年）为负距平,气候偏干旱化。干湿指数主要受降水量、潜在蒸散量、相对湿度、日照时数影响,这些气象因子共同作用影响岱海湖流域气候干湿状况,其中降水量是最主要的影响因子。研究结果可以更好地认识区域气候条件及未来变化方向,为岱海湖的生态评价提供科学参考。     

太湖湖陆风背景下的苏州城市化对城市热岛特征的影响

利用南京大学区域边界层模式,选取苏州地区2006年8月12日晴天小风的天气作为背景天气条件进行算例的模拟。分析了该地区在湖陆风环流背景下的城市化进程对热岛特征的影响。结果表明:苏州地区的风场受大尺度系统、湖陆风环流和城市热岛环流系统的共同影响,且湖陆风环流的强度大于热岛环流。苏州地区的城市热岛影响高度可达400 m左右,且在背景风场的影响下,该地区的温度分布会体现出比较明显的下游效应特征,下游效应的距离可达10 km左右。这种下游效应在400 m高度以下比较明显,随高度的升高而逐渐减弱。20 a的城市化进程(1986—2006年)导致苏州城区地表感热通量增加了200 W/m²、潜热通量减少了200 W/m²、湍能增加了0.045 m²/s²、日平均热岛强度增加了0.4 ℃;热岛环流加强,并使白天混合层最大高度升高了400 m,但对夜间逆温层发展的影响较小。太湖湖陆风,使靠近太湖的苏州市郊的混合层、逆温层高度明显下降,但对距离较远的苏州市区的混合层、逆温层高度影响不大。且太湖的存在对于城市化进程导致的苏州地区热岛强度增加、地表湍流动能增加、感热通量增加、潜热通量减少的趋势有比较明显的缓解作用。     

城市阻碍效应对局地台风降水的影响

城市阻碍效应是城市化影响降水形成过程的可能物理机制之一,在于其改变了风场、风场辐合,甚至改变了天气系统本身,进而改变了湿度平流,最终影响城市降水的落区、强度。风速越大,城市阻碍效应越明显。现有关于下垫面对台风降水影响研究主要着重分析地形及地表状况对台风降水落区及强度的影响,但对作为下垫面因子之一的城市对台风降水的影响作用考虑明显不够。全面系统回顾国内外有关城市阻碍效应对降水影响研究进展,以及下垫面对台风降水影响研究进展。上海是我国城市化程度最高的城市,同时平均每年受到2～3个台风影响。已有研究关注到了城市阻碍效应对上海局地台风降水影响作用,但是,对于表征台风降水的城市阻碍效应还存在明显不足。最后具体给出了未来有关城市阻碍效应在上海局地台风降水研究中的应用思考。     

WRF_Lake湖气模式对我国太湖的湖温模拟应用评估

文章把一维热扩散湖模式成功地耦合到中尺度天气研究和预报模式WRF3.2中,建立了湖气耦合模式。并用太湖区梅梁湾获得的2010年8月11—28日的观测资料对该耦合模式模拟湖温的能力进行了初步评估。设计了3组方案进行对照试验,分别为:(1)没有加入湖模块的WRF模式试验(WRF);(2)没有对参数进行优化的原始耦合模式试验(WRF_Lake_Old);(3)对3个参数进行优化后的耦合模式试验(WRF_Lake_New)。结果表明耦合了湖泊模块并且参数优化后的湖气耦合模式(WRF_Lake_New)比没有包含湖面方案的WRF模式对太湖水温的模拟能力有了很大的改进。WRF_Lake_New能够合理地模拟出太湖梅梁湾上湖表温度的日变化,模拟的湖表温度误差范围平均在±1℃左右,模拟的空气温度平均误差范围在±0.5℃以内,模拟的感、潜热通量也与观测更为接近。该耦合模式在太湖的初步评估结果表明,该湖气耦合模式为下一步研究湖泊过程和湖气相互作用提供了重要的工具。     

地形对降水的影响研究概述

简要回顾了近些年来有关地形对降水影响的研究进展。介绍了地形的动力效应和热力效应,详细分析了地形的动力、热力效应引起的降水和云物理变化。重点分析了地形对气候尺度、天气尺度、中尺度及对流性天气系统降水的影响。简单地讨论了在研究地形对降水影响时观测分析、气候统计、理论分析及数值模拟方面存在的问题及其未来发展前景。     

一维热扩散湖模式在太湖的应用研究

利用在太湖获得的2010年8月11-28日的观测资料研究了一维热扩散湖模式在太湖的适用性,通过对比模拟进一步研究了影响太湖湖表温度模拟的主要因子。该湖模式对太湖最初的模拟结果并不理想,模拟的湖表面温度与观测有较大的系统性偏差,温度的日变化幅度与观测相比也偏小。通过分析该模式对太湖的模拟效果不理想的可能原因,针对太湖的生态环境和污染情况,设计了18个测试参数的敏感性试验,从敏感性试验的结果分析得到,适用于太湖的、依赖于湖泊类型的3个参数应做如下修改:消光系数（η₀）应放大3倍,湖泊表层吸收的太阳辐射系数（β）应取0.8,粗糙长度（z₀）采用公式计算得到。用新得到的适用于太湖的3个参数,模拟得到的结果与最初的模拟结果和观测资料对比,发现采用新的参数后,模拟结果比最初的模拟结果有了很大的改进,模拟的湖表温度基本接近观测,模拟的湖水垂直剖面时间序列图也跟观测吻合得较好,随之的感热、潜热通量的模拟也都与观测接近。最后,对输入湖模式的主要大气参量（太阳辐射、2 m气温及风场）±10%的误差引起的模式模拟的湖表面温度误差进行分析,结果表明该湖模式对大气强迫场的误差敏感度不高;相比之下,模拟结果对风场敏感性最小,对辐射和气温的敏感度相当。     

Use of a regional atmospheric model to simulate lake-atmosphere feedbacks associated with Pleistocene Lakes Lahontan and Bonneville

A regional model of the atmosphere (version 4 of the NCAR mesoscale model, MM4) was used to assess whether lake-effect precipitation was a significant component of the late-Pleistocene hydrologic budgets of Lakes Lahontan and Bonneville. Control simulations for January and July of 1979 were made using MM4, and the Pleistocene highstand surface areas of the lakes were added to the model and the simulations repeated. In the January simulations, 18% of the moisture added to the modeled atmosphere by Lake Lahontan returned to the Lahontan basin as precipitation, while 32% of the water evaporated from Lake Bonneville fell as precipitation over the Bonneville basin. In the July simulations, 7% of the moisture added to the modeled atmosphere by Lake Lahontan returned to the Lahontan basin as precipitation, and 4% of the water evaporated from Lake Bonneville fell as precipitation over the Bonneville basin. An additonal January simulation was made with the lake surface areas set at onehalf their highstand extents (the average surface area 20 to 15 ka BP). Results from this simulation were similar to the simulation with the highstand lakes, indicating lake-effect precipitation could have been a significant component of the hyrologic budgets of the lakes before and during the highstand period.The National Center for Atmospheric Research is sponsored by the U.S. National Science Foundation Offprint requests to: SW Hostetler     

Sensitivity of Lake-Effect Convection to the Lake Surface Temperature over Poyang Lake in China

In this study, high-resolution weather research and forecasting (WRF) simulations are used to explore the sensitiv- ity of lake-effect convection over Poyang La...     

A numerical investigation of wind speed effects on lake-effect storms

Observations of lake-effect storms that occur over the Great Lakes region during late autumn and winter indicate a high sensitivity to ambient wind speed and direction. In this paper, a two-dimensional version of the Penn State University/National Center for Atmospheric Research (PSU/NCAR) model is used to investigate the wind speed effects on lake-effect snowstorms that occur over the Great Lakes region.Theoretical initial conditions for stability, relative humidity, wind velocity, and lake/land temperature distribution are specified. Nine different experiments are performed using wind speeds ofU=0, 2, 4,..., 16 m s^–1. The perturbation wind, temperature, and moisture fields for each experiment after 36 h of simulation are compared.It is determined that moderate (4–6 m s^–1) wind speeds result in maximum precipitation (snowfall) on the lee shore of the model lake. Weak wind speeds (0U<4 m s^–1) yield significantly higher snowfall amounts over the lake along with a spatially concentrated and intense response. Strong wind speeds (6<U16 m s^–1), yield very little, if any, significant snowfall, although significant increases in cloudiness, temperature, and perturbation wind speed occur hundreds of kilometers downwind from the lake.     

Impact of physical parameterizations on simulation of the Caspian Sea lake-effect snow

The southwestern coast of the Caspian Sea often experiences heavy snowfall during winter season due to the lake effect. The accurate estimation of snowfall in this region is still a challenge for weather forecasters. This study attempts to investigate the simulation of lake-effect snow (LES) event occurring along the southwest coastline of the Caspian Sea from 31 January to 4 February 2014 using Weather Research and Forecasting (WRF) model. The study evaluates the sensitivity of four microphysics (WSM6, Goddard, Morrison, and Thompson) schemes and two planetary boundary layer (PBL) schemes (the Yonsei University (YSU) and the Mellor-Yamada-Janjic (MYJ)), yielding eight distinct combinations. The results indicated that all the simulations overestimated the precipitation. However, the best configurations for estimation of precipitation and snow in terms of their spatiotemporal variation were the Morrison-MYJ and the Goddard-MYJ, respectively. Analyses of the vertical profiles of hydrometeor species showed that the combination of Goddard and MYJ schemes created more snow and graupel than the other configurations. Although the combination of WSM-MYJ schemes revealed the least bias, it was not appropriate for the prediction of snow. A comparison of the two boundary layer schemes showed that the MYJ scheme simulated better intensity and distribution of precipitation than the YSU scheme compared to observations. Also, the maximum radar reflectivity of the model output was useful for identifying the location of maximum precipitation.     

气溶胶影响云和降水的机理和观测研究进展

气溶胶对云和降水的影响,对于气候系统、大气环境以及水循环至关重要。气溶胶粒子作为云凝结核和大气冰核影响云的微物理过程,进而影响雨、雪、雹和其他形式的降水。近年来,在理解气溶胶的化学成分,气溶胶微物理特性以及气溶胶作为云凝结核和大气冰核影响云降水等方面已取得重大进展。本文对于气溶胶的概念、来源以及气溶胶的直接和间接效应进行了简要概述,重点总结了国内外在气溶胶影响云和降水的机理研究方面的成果,回顾了近年来利用卫星、地面观测设备、机载探测设备等对气溶胶和云进行遥感观测和直接观测所获得的观测事实并讨论了其可能的物理机制,在总结前人研究成果的基础上对未来的研究方向进行了讨论。     

近10年中国地区地形对降水影响研究进展

地形是影响降水的重要因子,其复杂性为研究降水的分布、强度等增加了难度,全面透彻地理解地形对降水的影响机制,有助于预警预报水平的提高。因此,地形对降水的影响研究受到广大气象学者的关注。本文通过回顾近10年来中国地区有关地形对降水的影响研究进展,简要概述了地形动、热力效应与云微物理过程对降水的影响机制,以数值模拟研究为主线,系统分析了中国各个地区关于地形作用的研究成果,重点讨论地形对局地中小尺度降水、锋面降水以及台风降水方面的影响,最后总结了目前的研究现状并提出一些需要深入研究的问题。     

夏季青藏高原热源对下游降水影响的研究进展

青藏高原作为耸入对流层中层的“巨大热岛”,其产生的热力强迫对东亚以及全球的天气气候起着举足轻重的作用。因此,关于夏季高原热源对下游降水影响及其机理的研究有助于加深对青藏高原影响下游天气气候的认识,提高青藏高原及下游降水的预报水平。本文针对青藏高原夏季热源的时空分布及演变特征、青藏高原热源在不同时空尺度上对下游降水的影响规律及物理机制,总结了已有的相关研究进展,指出了存在的主要问题,并展望了未来不同时空尺度上青藏高原热源对下游降水影响的研究方向,提出了值得进一步加强研究的重点与难点问题。      

江淮地区对流云人工增雨技术研究基地的可行性分析

利用1989～1999年5～9月资料,从地理环境条件、天气背景及降水资源条件、研究基地开展对流云人工增雨可能性,对江淮地区建立对流云人工增雨技术研究基地进行了分析.分析表明该地区实验期有足够的对流云可供开展人工增雨研究,适合在该地区建立对流云人工增雨技术研究基地.     

青藏高原地区气溶胶及其对降水影响的研究进展

青藏高原(简称高原)气溶胶主要来自周边地区的输送,近年来,随着人为污染加剧和气候条件变化,高原及周边地区气溶胶的特性和气候效应越来越受关注.而高原降水一直是高原气象与气候学的重点,气溶胶对高原降水的影响正逐渐成为研究热点.本文总结了高原气溶胶及其对降水影响的相关研究成果,从气溶胶特性观测(站点和卫星观测)研究、"气溶胶...