气象卫星与城市气象环境模拟研究

利用徐敏等人建立的具有广泛用途的区域边界层模式 (NJU RBLM) ,对北京城市区域的气象环境特征做了比较细致的模拟研究 ;然后 ,再利用NOAA AVHRR气象卫星遥感资料 ,采用修正的Ulivieri分裂窗方法反演得到北京城市区域地表温度场 ,将其结果与同样区域范围的数值模拟结果进行对比分析 ,以此进一步检验数值模式的模拟效果和卫星观测资料处理方案的可行性。分析表明 :采用NJU RBLM模拟得到的地面热力场分布及其变化总体趋势与晴空条件下的卫星反演结果基本一致 ,卫星反演的地表热力场分布和强度要较模式模拟的结果更为细致 ;两者都能较好地反映夜间的城市热岛效应和春夏秋季白天的弱冷岛现象 ,夜间的城市高温区以及由山区向城市平原地区风速渐小的辐合过渡带高温区都比较明显 ,午后城市地区温度略低于周边东南地区。     

城市气象研究国际前沿动态综述

通过梳理2018年8月在美国纽约举行的第十届城市气候国际会议主要研究成果,分类汇总了城市气象研究的最新国际进展与发展趋势,包括城市气候过程、城市环境下气候变化适应与应对、气候条件下城市规划和管理、最新城市气象探测技术、城市环境数值模拟、大城市气候、城市遥感、城市地区极端天气等方面。在此基础上,根据我国城市化发展特性,探讨了我国城市气象研究的未来发展方向。     

气溶胶污染对夏季降水精细数值预报的影响研究

本文基于北京地区快速更新循环同化和预报系统(BJ-RUC),通过对北京2014年汛期的32次降水过程进行数值模拟和敏感性试验,研究了气溶胶污染引起的云滴数增加对北京夏季降水精细数值预报的影响.研究结果表明:BJ-RUC系统中默认的云滴数浓度偏低,采用根据环境模式预测结果计算的云滴数浓度后(BJ-RUC-Nc算例)预报效果更接近实况;气溶胶增多可以增加或减少降水.具体表现在:(1)2014年汛期北京地区降水主要集中在东北区域(平谷、密云、顺义)、城区次之,数值模式能较好的反映出降水的整体分布和趋势;(2)BJ-RUCNc对于小雨、中雨、暴雨的预报优于BJ-RUC,更接近观测;(3)气溶胶浓度增加,当水汽供应充足(不足)时,会促进(抑制)降水性粒子形成,降水效率提高(降低),降水增加(减少).     

北京夏季晴天边界层特征及城市下垫面对海风影响的数值模拟

对耦合了Noah陆面模式和单层城市冠层模式的WRF(Weather Research and Forecasting)模式系统进行了改进和优化,通过对2010年8月6－7日北京地区晴天个例的模拟试验,检验了优化前后模式系统的模拟能力,分析研究了该个例中城市边界层的特征及日变化.另外,使用优化后的模拟系统通过两组敏感性试验研究了京津城市下垫面对海风的影响.结果表明,优化方案能够显著提高模式系统对该个例的模拟性能,模式系统基本能够模拟出北京夏季边界层的日变化特征,精确的地表使用类型分类等地理信息数据对提高模式预报的准确度有着至关重要的作用,京津城市对海风的发展和推进过程有明显影响,能够阻碍海风的推进、加强风场的水平辐合和垂直上升气流,北京城市下垫面还能在海风到达前增加其强度和推进速度,并在海风经过后延缓其消亡、增加其推进距离.     

青岛奥帆赛高分辨率数值模式系统研制与应用

该文初步建立了青岛奥帆赛高分辨率数值模式系统（包括预报模式和释用模式）。预报模式基于Weather Research & Forecast（WRF）模式V3.0,模式设计为网格数60×50×38,水平分辨率500 m。在IBM小型机上用8个线程作15 h预报所需机时约为1 h 20 min,可满足实时业务预报需要。利用高分辨率边界层模式和城市小区尺度模式对该预报结果进行了动力释用（水平分辨率分别为100 m和10 m）。该模式系统于2008年夏季进行了实时运行试验,模式产品在北京奥运气象服务中心青岛分中心使用。结果表明:该模式系统有较强的稳定性和实用性,对城市热岛、海陆风、地形及建筑物影响等局地环流特征有较好的模拟效果。数值试验分析表明:城市化引起城市热岛效应,增大了海陆温差,使海风加强;城市建筑物拖曳作用使风速减小,从而使海风推进速度减缓;精细下垫面资料的引入对海风等局地环流高分辨率数值模拟至关重要。     

对流边界层大涡模式的改进及对夹卷速度的研究

对已建的对流边界层(CBL)大涡模式进行了改进，将次网格闭合方案改为次网格能量闭合，并考虑了水汽的源汇项和水汽相变潜热的作用。通过对均匀下垫面上由热扰动发展的对流边界层的模拟及与实验结果的比较表明，模式较好地模拟了对流边界层的主要物理结构，较好地反映了各物理量之间的对应关系。本文在一定的对流理查森数(Ri*)范围内给出了一些算例，对无量纲夹卷速度(We/W*)进行了研究。结果表明，无量纲夹卷速度随地表热通量(Qs)的增大而增大，随对流边界层上部温度递减率（γ)的增大而减小。当9.06≤Ri*≤45.29时，无量纲夹卷速度We/W*可以拟合成A(Ri*)-1的形式，其中A=0.226。并且与我们的对流槽实验结果，Sullivan等人的大涡模拟结果以及Deardorff等人的对流槽实验结果作了比较，四者吻合较好。     

北京冬季城市人为水汽排放的定量估算研究

在北京城市气象环境的数值模拟中,人为热的设置是一个难点.人为热包括感热和潜热,人为潜热可以通过计算人为水汽排放获得.本文利用飞机观测资料对北京冬季人为水汽排放进行了定量估算.研究发现,在北京城区下风方向观测到相对周边区域更高的水汽摩尔分数,当观测到城市水汽过量信号时,水汽排放率的估计值在58～9539 kg/s,占城市...     

ECMWF模式对2020年夏季江淮流域降水的预报偏差分析

目前华北区域实际应用的快速更新多尺度分析和短期预报系统(RMAPS-ST)耦合的陆面模式是Noah,Noah-MP是在Noah基础上发展的一种多物理过程陆面模式,其在RMAPS-ST中的应用效果值得深入探究。选取晴天、多云、降雪、降雨天气个例,在华北区域展开数值试验及分析,结果表明：(1) Noah-MP陆面模式相较Noah陆面模式在RMAPS-ST中有一定的应用优势,其对风速预报性能的改进比气温、比湿显著;(2) Noah-MP陆面模式的应用对晴天的气温、降雪天气的比湿以及多云天气的风速预报性能改进较显著,其中多云天气风速的预报准确率可提高约50.43%;(3) Noah-MP陆面模式的应用对气温预报性能的改进主要集中在山西中南部、河北中南部以及山东地区,对比湿预报性能的改进主要集中在山西中北部、河北北部,对风速预报性能的改进主要集中在山地附近;(4) Noah-MP陆面模式中冠层辐射传输、径流及地下水物理过程对北京地区比湿、风速的预报结果影响不显著,而湍流输送过程选择Chen97方案、径流及地下水过程选择SIMGM方案对地表能量通量模拟效果较优,且对气温的预报性能较好。

     

城市气象与边界层数值模拟研究

综合评述关于城市气象与边界层数值模拟的近期研究进展,主要就城市气候研究、城市能量平衡、城市热岛研究以及城市陆面过程与城市地表能量平衡模式等方面国内外主要研究工作,结合作者近期的研究工作和认识作一评述.从中提出一些现实与观点方面的问题,给出一些看法和讨论.最后,就当今比较流行并显示十分有效的城市气象和城市边界层数值模拟作一些讨论,着重对这一领域面临的现行研究和未来的挑战,提出一些思考.评述结果表明:①今后需针对我国不同气候区、不同城市特点和建筑物形态特征,开展城市气候、城市地表能量平衡、城市热岛等方面的观测与模拟研究;②在城市气象观测方法与技术导则、观测站网布局、新型观测手段的综合使用等方面的深入研究需进一步展开;③需建立基于时间、天气条件、建筑特征的简单的城市热岛强度预报方法;④可探索采用计算流体力学(CFD)模式作为"桥梁",检验并改进中尺度模式对城市地区的模拟效果.     

Building morphological characteristics and their effect on the wind in Beijing

An urban boundary layer model (UBLM) is improved by incorporating the effect of buildings with a sectional drag coefficient and a height-distributed canopy drag length scale. The improved UBLM is applied to simulate the wind fields over three typical urban blocks over the Beijing area with different height-to-width ratios. For comparisons, the wind fields over the same blocks are simulated by an urban sub-domain scale model resolving the buildings explicitly. The wind fields simulated from the two different methods are in good agreement. Then, two-dimensional building morphological characteristics and urban canopy parameters for Beijing are derived from detailed building height data. Finally, experiements are conducted to investigate the effect of buildings on the wind field in Beijing using the improved UBLM.