植被变化对中国区域气候影响的数值模拟研究

用高分辨率区域气候模式(RegCM-NCC)模拟了中国区域植被发生改变后引起的局地或区域气候变化。结果表明:大范围区域植被变化对区域降水、温度的影响非常显著,内蒙古地区土地荒漠化可导致中国北方大部分地区降水减少,尤其加剧了华北、西北地区的干旱,西北地区绿化有利于黄河流域降水增加,而长江流域和江南地区降水却有不同程度的减少,因此可在一定程度上减少这里的洪涝灾害;气温的变化比降水更显著,植被退化使当地气温明显升高,使中、低层大气变得干燥,近地层风速加大,而植树造林却使当地及周围地区冬偏暖、夏偏凉,大气变得湿润,近地层风速减小,有利于在一定程度上减少沙尘暴的发生。另外,植被变化对东亚冬、夏季风强度也有一定程度的影响,从而影响到中国东部地区降水的分布和冬季低温、冷害事件发生的强度。     

植被变化对中国区域气候的影响Ⅰ:初步模拟结果

利用区域气候模式（RegCM2）对中国植被变化的气候影响进行了模拟研究,结果表明:江淮流域洪涝灾害增多及华北干旱的加剧可能是北方草原沙漠化与南方长绿阔叶林退化共同影响的结果,而且南方植被退化对其的影响似乎更严重。严重的植被退化会导致降水与植被退化之间的正反馈,易使退化区不断向外扩展且退化难以恢复。而程度较轻的植被退化,退化与降水减少之间是一种负反馈,当人为压力减弱后,退化较易恢复,但由于地表径流的增加,易导致洪涝灾害的发生。植被退化使气候变得更加恶劣,而北方草原植被增加使气候变得温和。但植树区外围的降水减少,易使新栽树林由外向内退化,说明目前的北方草原区气候似乎不支持在该地区出现大面积的森林。     

植被覆盖异常变化影响陆面状况的数值模拟

利用NCAR最新的公用陆面模式CLM3．0，通过数值模拟初步研究了植被叶面积指数（LAI，leafareaindex）异常变化对陆面状况的可能影响，结果表明，植被LAI的异常变化能够引起地表能量平衡、地表水循环等陆面状况的异常。（1）植被LAI的异常变化主要影响太阳辐射在植被与地表之间的分配，以及地表的感热、潜热通量。植被LAI增大，能够引起植被吸收的太阳辐射增加，而到达土壤表面的太阳辐射减小，并导致植被的蒸发、蒸腾潜热通量增加，造成地表的蒸发潜热和感热通量不同程度的减小。（2）植被LAI增大时，植被对降水的拦截和植被叶面的蒸发增大，植被的蒸腾作用也明显增强；植被LAI增加会使得热带地区各个季节的土壤表面蒸发、地表径流减小，而土壤湿度有所增加；LAI增加造成中高纬度地区土壤蒸发的减少主要出现在夏季；LAI增加还能够引起中高纬地区冬、春积雪深度不同程度的增加，造成春末、夏初地表径流的增加。（3）植被LAI增加能够使得叶面和土壤温度有所下降，但植被LAI的变化对叶面、土壤温度的影响相对较小。     

西北植被覆盖对我国区域气候变化影响的数值模拟

使用美国ＮＣＡＲ区域气候模式ＲｅｇＣＭ２研究了西北植被覆盖面积变化对我国区域气候变化的影响。共设计了三组试验,即西北植被面积扩大试验,控制试验和植被面积缩小试验。     

植被变化对中国区域气候的影响I:初步模拟结果

利用区域气候模式(RegCM2)对中国植被变化的气候影响进行了模拟研究,结果表明江淮流域洪涝灾害增多及华北干旱的加剧可能是北方草原沙漠化与南方长绿阔叶林退化共同影响的结果,而且南方植被退化对其的影响似乎更严重.严重的植被退化会导致降水与植被退化之间的正反馈,易使退化区不断向外扩展且退化难以恢复.而程度较轻的植被退化,退化与降水减少之间是一种负反馈,当人为压力减弱后,退化较易恢复,但由于地表径流的增加,易导致洪涝灾害的发生.植被退化使气候变得更加恶劣,而北方草原植被增加使气候变得温和.但植树区外围的降水减少,易使新栽树林由外向内退化,说明目前的北方草原区气候似乎不支持在该地区出现大面积的森林.     

植被分布对青藏高原东侧暴雨过程影响的数值模拟

在颜宏等有限区域细网格的基础上，引入Ｄｅａｒｄｏｒｆｆ植被参数化方案，并以此模式模拟了青藏高原东侧的两次暴雨过程，模拟表明：加入植被参数化的模式仍保持其稳定性，对降水强度的模拟有一定改进。     

植被参数变化对沙尘起沙影响机理的数值模拟

分析了叶面积指数和植被覆盖变化对沙尘暴起沙过程的影响机理。在一个集成的沙尘数值模拟预报系统中,将模拟区域的叶面积指数分成了0,0.5,3.0和卫星反演的实测值4种,结果表明,叶面积指数对沙尘的数值模拟有较大的影响,利用卫星反演的叶面积指数计算沙尘浓度时,沙尘浓度的变化介于叶面积指数为0~0.5之间。将植被覆盖度数据分成0,0.2和卫星反演的实测值3个类型。当植被覆盖度都为0时,沙尘浓度最大;当植被覆盖度为0.2时,沙尘浓度出现的范围明显减少。     

黄土高原植被变化对环境影响的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5非静力平衡模式,模拟了黄土高原2003年6月26~30日的一次降水过程。该试验是通过改变黄土高原局部地区植被覆盖情况,对比分析植被改变区域内各气象要素的变化情况。结果表明:植被改善能使雨量增加,径流量减小,湿度增大,温度日较差减小,使气候变的温和。植被退化却使雨量减少,径流加大,易使水土流失,对水土保持不利。试验较全面地揭示了非均匀地表大气边界层内的温、湿场与陆面相互作用的机理。     

植被变化对辽西夏季气候影响的数值试验

利用2001年6、7、8月份的资料及中尺度模式MM5V3．5对当年夏季辽西生态脆弱区进行了气候模拟性能试验，模拟出植被退化和恢复后辽西地区的温度变化。试验结果表明：在辽西部分地区植被退化后，当地夏季平均温度明显升高；在部分地区植被恢复后，当地夏季平均温度降低；在下垫面状况改变的周边地区，平均温度有一定程度的变化。同时，植被状况的改变对高空气压场和温度场也产生一定影响。     

东亚区域极端气候事件变化的数值模拟试验

使用ResCM2区域气候模式,嵌套澳大利亚CSIRO R21L9全球海气耦合模式,进行了温室效应（二氧化碳加倍）对东亚（主要是中国区域）极端气候事件影响的数值试验。控制试验的结果表明,区域模式能够较好地模拟中国区域的极端气候事件。对温室效应引起的它们的变化进行了信度检验,分析结果表明,温室效应将引起日最高和最低气温增加,日较差减小;使得高温天气增多,低温日数减少。降水日数和大雨日数在一些地区将增加。同时还会引起影响中国的台风活动的变化。     

华北秋季大暴雨的天气分析与数值模拟

利用常规资料和MM5模拟结果分析了2003年10月10—12日华北地区大暴雨物理成因。分析表明,高层稳定持续的经向环流是大暴雨产生的大环流背景。低空暖切变线和低空急流的直接影响,以及西南涡的加强和日本海高压的阻挡起了重要作用。强烈的上升运动、能量的积累和充沛的水汽输送是大暴雨发生的必要条件。对流层中下层偏南急流、低层的偏东气流和高空的西南急流提供了充足的水汽和能量输送。强涡度柱与强散度区、强上升运动与饱和气柱的互耦,是大暴雨产生的重要机制。强冷空气与强暖湿空气在切变线附近长时间对峙,使大降水持续。这些是形成这次华北地区秋季大暴雨的重要原因。     

回流暴雪过程的诊断分析和数值试验

华北回流天气是预报中的难题,尤其是对其产生降水的开始和结束时间和华北回流的性质研究不多。作者使用NCEP再分析资料、实时观测资料和中尺度模式MM5,对一次回流暴雪过程进行了诊断分析和数值试验。通过分析和试验得出了一些有意义的结果:回流降水的开始和结束与高低层的风向有关,中高层的西南气流与低层偏东气流叠加时降水开始,两者之一消失降水结束;低层经渤海回流到华北地区的气团是干冷的;回流降水的水汽伴随中层的西南气流来自南方地区。这在实际业务预报中具有很好的指示意义。     

边界层过程对"98·7"长江流域暴雨预报影响的数值试验研究

通过ETA模式对"98@7"长江流域暴雨过程的数值试验研究,讨论了行星边界层过程对暴雨数值预报的影响,结果表明边界层过程在这次暴雨预报中有重要作用.具体结论为:(1)降水大范围落区是受大尺度流场所决定的,但边界层过程对暴雨预报具有重要的作用;(2)不考虑边界层过程会影响对天气系统的正确预报,包括影响大气低层的运动场、水汽及大气不稳定度,从而影响暴雨的预报;(3)从时间层次上看,由于地表通量有着显著的日变化,边界层过程的作用不仅与暴雨本身发生发展及消亡的阶段有关,也与各阶段的时间(白天或夜间)有联系;(4)在空间范围内,边界层过程对大气的影响是通过大气流场重新分布来影响降水的环境条件,故地表通量分布和低层流场的相互配置作用十分重要.长江南北的情况有所不同,长江流域南侧区是地表通量的大值区,也是长江流域雨区水汽和不稳定能量的源区,它对长江流域的暴雨可能有着更为重要的作用.     

“9.18”川西北暴雨过程的数值预报与试验

利用成都区域中心ETA坐标模式，对2001年9月18－21日发生在四川盆地西北部的暴雨过程作数值预报试验，显示出对大暴雨过程的预报能力。模式预报对此降水过程雨区的移动、稳定、减弱趋势有较好的反应，但降水强度预报偏弱，且落区有偏差。数值试验揭示了降水前期对流层中、低层的西南、东南气流对降水的重要作用，而北方冷空气的强弱对此影响不明显。     

人工缓减梅雨锋暴雨的数值试验

本文利用耦合了中国气象科学研究院双参数微物理方案的中尺度数值模式MM5, 对2002年7月22～23日长江中游一次梅雨锋暴雨过程进行了人工缓减暴雨的冷云催化数值试验。在对降水云系多尺度结构进行正确模拟的基础上, 采用增加人工冰晶的催化方法, 对人工缓减暴雨的可能方法及原理进行研究。结果表明, 不同催化方案得到比较稳定一致的结果, 在云体成熟期大剂量持续催化的减雨效果最好, 在3600 km2内减少雨量8.29×106 t, 即为自然雨量的14.8%, 雨量分布更为均匀, 其中50 mm以上降水范围由原来的190 km2缩减到60 km2。分析表明, 催化增加的大量冰晶碰并过冷雨, 使霰粒子浓度增大而平均尺度减小, 导致霰落速减弱而小于上升运动, 难于下落融化, 造成雨水减小。在周围升速小的弱雨区, 滞留的霰粒长大后仍能下落融化, 引起地面少量增雨。本文所用催化方法在实际作业中具有技术可行性, 并有重大潜在社会和经济效益, 值得深入研究和试验。     

东北北部夏季旱涝形成机理的数值研究

根据 1 95 8～ 1 996年黑龙江省 38个代表站历年降水量资料和同期北半球 2 .5°× 2 .5°格点 5 0 0 h Pa位势高度资料 ,分别求出了干旱和洪涝年份 7、8月的流型 ,指出东北北部盛夏旱涝的形成与东亚由冬至夏的季节转换联系密切。用北半球正压模式实施 4组积分时间为 30个模式日的数值试验 ,成功地模拟了 7、8月干旱和洪涝流型的形成和持续过程 ,并分析了与旱涝流型相应的热源强迫场的不同特征     

一次特大暴雨过程的数值试验分析

20 0 0年 7月 5～ 6日凌晨 ,豫北和郑州、许昌两地区普降暴雨 ,其中一些站达到特大暴雨 ,利用LASGREM模式对这次暴雨过程进行了数值试验 ,探讨地形、湿度场、风场对这次降水的贡献。试验结果表明 :850hPa上的湿度对此次降水过程的产生影响最大 ;太行山脉对雨带的走向及雨强中心位置有一定的影响 ;另外 ,风场对雨带的分布亦有一定的影响。     

2009/2010年冬季云南严重干旱的原因分析

2009/2010年冬季我国云南省出现严重干旱,这次大范围严重干旱是较长时期降水稀少所造成的。首先讨论云南省冬季降水偏多和偏少时大气环流和海温的统计特征,基于它们的统计关系,再对2009/2010年冬季我国云南省的严重干旱进行个例对比分析。研究表明西风带环流系统异常是造成这次干旱灾害的主要成因。贝加尔湖为高度负距平,东亚沿海为高度正距平,从贝加尔湖以西到东亚中高纬度西风带较平直,冬季冷空气偏弱,很难影响西南地区。尤其是副热带中东急流减弱,从欧洲东部到里海为高压脊控制,西风带的扰动系统不易东移到东亚上空;青藏高原上空为稳定的高压脊,孟加拉湾南支槽减弱,云南省受异常西北气流控制。对太平洋和印度洋海温的分析表明,虽然海温异常可以影响冬季的云南降水,但海温异常并不是2009/2010年冬季云南省降水偏少的最重要原因。     

东亚冬季风对秋、冬季SSTA响应的数值试验

利用NCAR CCM2模式，通过设计多组数值试验方案，研究了东亚冬季风对赤道中东太平洋、中纬度太平洋秋、冬季SSTA的响应。模拟结果表明，东亚冬季风对秋、冬季太平洋SSTA均存在一定的响应，但冬季风对SSTA的响应存在显著的季节和海域差异，并表现出不同的异常响应形态。东亚冬季风对秋季SSTA的显著响应区域位于中纬度太平洋地区，该区域的SST的持续异常，可以引起欧亚、北美地区冬季大气环流的异常，并伴随有明显的EU型和PNA型波列特征，秋季中纬度太平洋SST持续异常偏冷（暖），能够引起有利于强（弱）东亚冬季风的环流异常。而冬季风对冬季SSTA的响应则为赤道中东太平洋和中纬度太平洋SSTA共同作用的结果，在两个区域SSTA的同时强迫下，大气环流表现出类似PNA及WP型波列分布的异常响应特征，赤道中东太平洋的正（负）的SSTA及中纬度太平洋负（正）的SSTA，将导致弱（强）冬季风的发生。