干旱区陆面过程参数改进对气候模拟结果的影响

利用改进的我国西北地区陆面过程参数的大气环流模式CCM3与原CCM3模式分别做了数值模拟并加以对比分析。结果表明,改进后的模式较原模式对东亚季风和西北干旱区降水的模拟能力有一定提高,对西北部分地区感热、潜热通量的模拟有所改进。这说明通过观测改进陆面过程模式的参数是提高CCM3气候模式模拟能力的一种重要途径。     

风切变对边界层对流影响的大涡模拟研究

利用"西北干旱区陆-气相互作用野外观测实验"加密观测期间在敦煌站的观测资料以及大涡模式,模拟了对流边界层的发展,以及示踪物从混合层向残留层传输的时空变化。模拟的对流边界层的结构及演变特征与实测结果基本一致。进一步通过有风切变和无风切变的敏感性数值试验,研究了风切变对垂直速度、位温和示踪物浓度的水平分布以及示踪物传输高度的影响。研究结果表明,在有风切变的试验中(甚至风切变仅存在于近地层中),对流边界层的增长加强,而且示踪物被传输的高度也较高。与浮力驱动的对流边界层相比,由浮力和风切变共同驱动的边界层中上升气流较弱而下沉气流较强,但前者的上升气流与下沉气流的分布在垂直方向上更为倾斜。由于夹卷作用的增强,浮力和风切变共同驱动的对流边界层较浮力驱动的对流边界层暖。在夹卷层,浮力和风切变共同驱动的边界层对流的上升气流和下沉气流都比浮力驱动的边界层对流中的强,而且垂直速度的概率密度函数分布也较对称,其位温和示踪物浓度的概率密度函数分布也比浮力驱动的边界层中的平直。对湍流动能收支的分析也表明风切变对湍流动能有重要影响,尤其对夹卷层中的湍流动能切变产生项影响较大。示踪物浓度的概率密度函数垂直分布显示,浮力驱动的边界层中示踪物浓度随高度变化较小,而浮力和风切变共同驱动的边界层中示踪物浓度随高度递减,但是示踪物传输的高度比较高。     

干旱区气象因子对蒸发皿蒸发量的影响

根据20 cm蒸发皿的几何尺寸和架设特征,对Penman蒸发公式中的辐射项Rn和储热项S进行修改,建立了20 cm蒸发皿蒸发模型。利用古浪非均匀近地层观测试验(GHUSLE)中连续14天观测的20 cm蒸发皿逐时蒸发数据对该模型进行验证。结果表明,该模型能够成功地模拟蒸发皿蒸发的日变化过程,模拟的日蒸发量均方根误差和平均相对误差分别为0.72 mm·d-1和6.7%。20 cm蒸发皿蒸发过程中太阳辐射项的贡献约占蒸发皿总体蒸发的1/3,空气动力项的贡献约占2/3。常规气象因子影响蒸发皿蒸发的敏感性试验表明,风速、空气湿度、太阳辐射和气温对蒸发皿蒸发的影响强度依次递减,其蒸发量随这4种气象因子的变化率分别为0.602,-0.590,0.528和0.370。     

Atmospheric Environmental Capacity of SO2 in Winter over Lanzhou in China： A Case Study

The total emission control method based on atmospheric environmental capacity is the most effective in air pollution mitigation. The atmospheric environmental capacities of SO2 on representative days over Lanzhou are estimated using the numerical models RAMS, HYPACT and a linear programming model, according to the national ambient air quality standard of China （NAAQSCHN）. The results show that the fields of meteorological elements and SO2 simulated by the models agree reasonably well with observations. The atmospheric environmental capacity of SO2 over Lanzhou is around 111.7 × 10^3 kg d^-1, and in order to meet the air quality level Ⅱ of the NAAQSCHN, SO2 emissions need to be reduced by 20%.     

蒸发皿蒸发量的物理意义、近40年变化趋势的分析和数值试验研究

依据边界层梯度输送理论和能量守恒原理分析了蒸发皿蒸发量的物理意义，蒸发皿蒸发量是多环境因子共同非线性相互作用的结果，并利用我国有长期太阳辐射观测的62个常规气象站观测资料，通过蒸发皿蒸发量与环境气象因子的相关分析对其进行了验证. 分析了近40年蒸发皿蒸发量和环境气象因子的变化趋势，分析结果也表明只利用单个环境因子的变化来解释蒸发皿蒸发量的气候变化会产生偏颇，譬如将蒸发皿蒸发量的逐年减少归因于地表接收的太阳辐射减少的解释在中国东部比在中国西部较合理. 分析1983～2001年间国际卫星云气候计划观测的资料得出，我国大部分地区的总云量保持微小的减少趋势而总云水路径处于明显的增加趋势，这表明云变得更不透明了,它的物理属性发生了明显的变化;预示着大气可降水量有逐年增加的趋势, 地气系统变得更湿润. 结合水循环过程，利用大气环流模式用数值方法证明地气系统的水汽变化能引起陆地近地层大气相对湿度、地表接收的太阳总辐射和地表潜在蒸发量的明显变化.     

临近绿洲的沙漠上空近地面层内水汽输送特征

1991年7月在HEIFE实验区沙漠站进行了一次水汽输送观测实验。观测发现近地面层内比湿廓线常常出现极小值，该极小值高度为零水汽通量面的高度。这个高度以上水汽向下输送，廓线呈逆湿特征，这个高度以下水汽向上输送，廓线呈蒸发特征。沙漠上空近地面层内水汽不是常通量，在一个固定高度上观测到的水汽通量和“潜热通量”不能代表地面的蒸发量和潜热通量。     

西北地区东部降水的大气环流及水汽特征

基于西北地区东部81站1961—2010年夏季(6—8月)逐月降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,利用距平合成分析,探讨其多雨年和少雨年逐月500 hPa高度场和700 hPa湿度场特征。结果表明:西北地区东部多雨年,影响降水的天气特征表现为乌拉尔山脊逐月偏强,7月鄂霍次克海脊偏强,贝加尔湖高压脊转为低槽,7月巴尔喀什湖低槽较6月偏强。8月贝加尔湖长波槽较7月偏强;少雨年天气系统表现为6—8月西北地区东部受高压脊前西北气流控制。西太平洋副热带高压(以下简称:副高)多雨年较少雨年偏西偏强。6—8月多(少)雨年比湿的变化表明,西北地区东部降水多雨年,大气的含水量较高,西北地区东部降水少雨年,大气的含水量较低。     

一例长生命史雷暴云分裂过程的回波特征

在对平凉冰雹云演变规律研究中,发现一例长生命史强雷暴云分裂成两个不同移动方向的单体雹云。结合探空资料和环境风场,分析了此个例强雷暴云分裂过程的回波特征。结果表明,在强风切变环境中,u与v分量呈反相关,且随高度增强,低层1～3km为弱气旋旋转,中层3～8km为强反气旋旋转,上层8km以上是强气旋旋转。这对右移雷暴云发展中有优势引导作用,导致强雷暴云上层偏向分离发展,分裂发生在强雹暴云有强下沉气流阶段。分裂后,左、右移单体各自维持发展,并产生降雹。整个雷暴发展演变过程维持长生命期,回波特征有四个不同阶段。     

非均匀下垫面边界层的观测和数值模拟研究(II):逆湿现象的数值模拟研究

研究了逆湿现象,针对陆面过程模式的缺陷,利用文献[1]给出的逆湿现象形成的物理模型,设计了新的陆面过程参数化方案.该新方案成功地模拟出了发生在绿洲附近的沙漠上的逆湿现象,模拟结果与实际观测的结果相互吻合,这表明所建立的新的陆面过程参数化方案是可行的.这些结论将为今后非均匀陆面过程研究提供有益的启示.     

近地层能量闭合度对陆面过程模式影响

大量近地层观测试验表明,利用涡动相关法观测的湍流通量小于近地层可利用能量,即近地层能量是不闭合的,这种不闭合度一般为20%甚至更高.而陆面过程模式是基于地气间能量平衡建立,并且模式中的湍流边界层参数化方案通常根据实际观测的湍流通量来确定,因此能量不闭合必将对陆面过程模式造成一定的影响.本文利用2007年春季SACOL站的近地层观测资料,依据能量守恒将能量不闭合中的残余能量通过波文比分配到观测的湍流通量中,即修正涡动相关法观测的湍流通量使得近地层能量达到平衡;之后分别利用观测和修正的湍流通量,建立了能量不闭合和闭合情形下的湍流参数化方案,借助陆面过程模式SHAW,通过数值模拟和对比分析方法考察近地层能量闭合度对陆面过程模式的影响.研究结果表明近地层能量闭合对陆面过程模式有显著的影响:在陆面过程数值模拟中,当应用近地层能量不闭合的湍流通量形成的湍流参数化方案时,陆面过程模式会明显高估地表长波辐射及土壤温度;但当应用修正湍流通量使得近地层能量达到闭合形成的湍流参数化方案后,在不改变任何地表土壤物理生化属性的情况下,陆面过程模式能较好地模拟地表长波辐射和土壤温度.