高原气象

第36卷 第2期 2017-04-28   

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论文

  • 青藏高原湿池的气候特征及其变化
  • 周长艳;邓梦雨;齐冬梅
  • 2017 Vol. 36 (2): 294-306.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00042
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  • 利用ERA-Interim再分析资料研究了青藏高原湿池的气候特征及其变化,得出以下主要结论:气候平均状态下,6-9月,整个青藏高原上空相对于全球中高层地区而言是一个垂直深厚的高湿区,称之为青藏高原湿池。利用比湿的相对纬偏值研究了高原湿池的垂直分布特征,通过分析发现,6-9月高原湿池相对于全球同高度地区来说是一个垂直深厚的水汽含量最大值区,不同高度层的水汽含量数值可达纬圈平均值的1倍以上到3倍以上;随着高度的增加,湿池内部比湿相对纬偏值大值区明显地向下游地区倾斜延伸,能从高原上空一直向下游延伸到120°E及以东地区,表明了高原上空的大气水汽含量对周边地区的重要影响。夏季高原湿池主要有三种空间变化模态:全区一致型,东西反向型,南北反向型。定义了一个夏季高原湿池强度指数,分析发现1979-2011年以来夏季高原湿池整体表现出显著的增强趋势,在1997年前后发生了年代际变化,33年期间主要具有3~4年、7~8年左右的振荡周期。夏季青藏高原湿池的增强趋势具有明显的区域差异,总体来说,高原西部增湿强于东部,而对高原西部来说,高空增湿强于近地面,增湿幅度最大值区域主要位于400~200 hPa附近。最后,综合多种再分析资料以及其他研究学者采用探空观测资料、卫星资料的相关研究结果,分析了所选研究资料的适用性,结果表明ERA-Interim再分析资料对于本研究是适用的,基于该资料得出的研究结论是可信的。
  • 青藏高原深层土壤热通量的变化特征分析
  • 周亚;高晓清;李振朝;惠小英;杨丽薇
  • 2017 Vol. 36 (2): 307-316.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00120
  • 摘要 ( ) HTML PDF (5545KB) ( )
  • 青藏高原地表热状况不仅对局地天气和气候变化有重要影响,而且还在次季节到季节尺度上对周边特别是下游地区的短期气候变化产生影响,因此日益受到研究者的关注。土壤热扩散率和土壤热通量是决定土壤热状况的两个重要因素。不同于以往的研究,本文利用青藏高原地区1980-2001年39个气象站0.8 m和3.2 m的土壤温度资料,采用热传导对流法计算了0.8~3.2 m深层土壤热扩散率和土壤热通量,分析了它们的年变化和年际变化特征,并分析了深层土壤热通量和高原季风的相关关系,得到了一些有意义的结论。青藏高原深层土壤温度随深度的增加振幅减小、位相延迟;在1980-2001年间,土壤热扩散率的变化总体呈减小趋势;土壤深层热通量年变化与土壤表层热通量的年变化具有相反的相位;总热通量与对流热通量的变化具有相同的相位;深层土壤热通量月平均值在冬季为负值(定义热流向上为正),夏季土壤热通量都为正值。土壤热通量与高原冬季风指数的变化趋势相反,相关系数为-0.53;而与高原夏季风指数变化趋势一致,相关系数为0.58,都通过了95%的显著性检验。这些结论对于促使我们认识高原陆气相互作用是非常有意义的。
  • 积雪对玛曲局地微气象特征影响的观测研究
  • 李丹华;文莉娟;隆霄;陈世强
  • 2017 Vol. 36 (2): 330-339.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00074
  • 摘要 ( ) HTML PDF (6883KB) ( )
  • 利用2011年12月至2012年3月中国科学院黄河源区气候与环境综合观测研究站提供的玛曲站的观测资料,通过对比分析三次积雪过程及其前期无雪时的近地层气象要素特征,研究了积雪对大气温度层结特征的影响。观测结果表明:降雪前降温较快,由冷空气过境引发的降雪过程可使2.35 m高处日最高、最低气温24 h降低10 ℃,雪后气温回升较慢,平均速率为2.5 ℃·d-1。温度梯度值白天为负值、夜晚为正值,7.17 m以下温度梯度绝对值较大,平均为0.4 ℃·m-1,7.17~18.15 m温度梯度绝对值较小,其值不足0.2 ℃·m-1,到18.15 m绝对值减小到0.05 ℃·m-1;当地表有积雪覆盖时,早上温度随高度减小的变化趋势出现时间比无雪覆盖时落后1 h,傍晚温度随高度增大的变化趋势较之提前1 h出现。积雪可减小白天气温分布范围,第二次积雪过程由于风速较大减小较明显。除晴天11:00-16:00 4.2~7.17 m,积雪存在将减小各层温度梯度绝对值;晴天11:00-16:00 4.2~7.17 m温度梯度绝对值比2.35~4.2 m偏大,当有积雪覆盖时偏大幅度明显增大,出现这种异常主要是受4.2 m偏暖的影响,这种偏暖现象可能是由观测场内外下垫面植被覆盖不同而引起的温度平流所致,当风速较大时,将破坏这种平流作用,不同高度温度趋于一致。
  • WRF模式中边界层参数化方案在藏东南复杂下垫面适用性研究
  • 李斐;邹捍;周立波;马舒坡;李鹏;朱金焕;张宇
  • 2017 Vol. 36 (2): 340-357.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00041
  • 摘要 ( ) HTML PDF (17477KB) ( )
  • 藏东南地区是青藏高原山地复杂下垫面的典型代表,其边界层大气过程异常复杂,给数值模拟和预报带来较大困难。大气边界层参数化方案的选取关系到能否正确模拟和预报局地大气过程。本研究采用中尺度模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)对藏东南林芝地区对流和稳定边界层大气过程进行模拟,与2013年夏季“藏东南地区复杂下垫面地气交换观测实验”资料对比,研究ACM2,Boulac,MYJ,QNSE和YSU5种边界层参数化方案在青藏高原复杂下垫面的适用性。结果表明:对于水汽混合比垂直结构的模拟,Boulac和MYJ方案分别在模拟对流边界层和稳定边界层时能力最优。ACM2方案最适宜藏东南复杂下垫面条件下的位温和风速垂直分布的模拟。各边界层参数化方案模拟对流边界层高度均较实际观测偏低,其中,QNSE方案模拟的边界层高度最接近观测。同一种边界层参数化方案对于夜间稳定边界层和正午对流边界层的模拟能力也不相同。该地区边界层风场受地形影响显著,风速较小,模拟的近地层风场较观测偏弱,MYJ和QNSE方案对近地层风场的模拟效果较好。
  • CMIP5模式对西南地区气温的模拟能力评估
  • 伍清;蒋兴文;谢洁
  • 2017 Vol. 36 (2): 358-370.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00046
  • 摘要 ( ) HTML PDF (4396KB) ( )
  • 利用1961-2005年西南地区(四川、贵州、云南、重庆)115个站点的地表气温观测资料以及国际耦合模式比较第五阶段(CMIP5)的历史模拟试验数据,从气温增暖强度、年代际变化和突变三个角度,评估了40个全球气候系统模式对西南地区地表气温的模拟能力。结果表明:大部分模式能模拟出近45年来西南地区不同分区年平均气温的显著升高趋势,但仅6个模式能较好的模拟出地表气温增温幅度的海拔依赖性特征。海拔较低的四川盆地、重庆丘陵地区年平均气温在20世纪60年代至80年代后期呈降温趋势,80年代末开始升温,70年代中期到90年代中期是一个相对较冷的时期,10个模式能模拟出这种降温趋势,其中3个模式模拟降温趋势、年代际偏冷时间与观测结果最为接近,模拟效果较好。所有模式均不能模拟出气温的突变特征。总体来说,对西南地区气温变化模拟相对较好的模式有ACCESS1.0、CESM1-WACCM、CMCC-CMS、GFDL-CM2.1、GISS-E2-R-CC、MRI-ESM1、NorESM1-ME,其中,模拟效果最好的模式为ACCESS1.0。
  • 高亚洲地区夏季0℃层高度变化及其影响特征研究
  • 周盼盼;张明军;王圣杰;强芳;王杰;赵培培
  • 2017 Vol. 36 (2): 371-383.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00048
  • 摘要 ( ) HTML PDF (23395KB) ( )
  • 基于探空资料与空间分辨率为3°×3°、2.5°×2.5°、2°×2°、1.5°×1.5°、1.125°×1.125°、1°×1°、0.75°×0.75°、0.5°×0.5°的ERA-Interim再分析资料,运用气候倾向率和线性插补法,分析了1979-2012年高亚洲地区夏季自由大气0 ℃层高度的时空变化特征,并探讨了其与纬度、海拔的关系,以及不同空间分辨率的ERA-Interim再分析资料与探空实测资料之间的相关性。结果表明:不同空间分辨率的ERA-Interim再分析资料与探空实测资料得到的0 ℃层高度自20世纪70年代末以来普遍表现为上升趋势,并且分辨率为0.75°×0.75°的再分析资料所得的0 ℃层高度在4800~5000 m之间波动与探空实测资料所得的0 ℃层高度接近。不同空间分辨率的ERA-Interim再分析数据与探空实测数据得到的0 ℃层高度有相似的空间分布,并且其空间变化通常与纬度和海拔相关。高亚洲地区0 ℃层高度表现出了从北到南,从低海拔到高海拔增加的趋势。从1979-2012年将不同空间分辨率的ERA-Interim再分析数据插值到各个站点得到绝大部分站点的内插格点数据与实测资料偏差为负值,也就是说再分析资料得到的0 ℃层高度与探空实测结果存在冷偏差,并且分辨率相对较高的ERA-Interim再分析资料与探空实测结果的冷偏差较小的比例更大。
  • 不同随机物理扰动方案在一次暴雨集合预报中的对比研究
  • 蔡沅辰;闵锦忠;庄潇然
  • 2017 Vol. 36 (2): 407-423.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00024
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  • 天气预报系统对模式本身的误差非常敏感,尤其是次网格物理参数化过程的不确定性对天气预报系统的准确性具有重要影响。由于风暴尺度系统时间尺度较小、发展剧烈以及高度非线性,传统的中期集合预报方法不再适用。本文将随机物理扰动方案(Stochastic Perturbed Parameterization Tendencies scheme,SPPT)、随机动能补偿方案(Stochastic Kinetic-Energy Backscatter scheme,SKEB)以及混合模式扰动方案(SKEB+SPPT)引入风暴尺度集合预报系统,对2014年5月31日安徽的一次强对流天气过程进行数值模拟,并评估集合预报效果和分析扰动特征及能量变化特征。结果表明:适用于本次天气过程的SPPT方案的时空尺度分别为3 h和60 km;混合模式扰动方案提高了SPPT方案和SKEB方案的集合预报离散度,减小了预报误差,且提高了预报的准确性;混合模式扰动方案减少了SPPT方案和SKEB方案对降水的空报和漏报;混合模式扰动方案的扰动空间分布在预报初期与SPPT方案类似,随着预报时间的推移,其扰动空间形态分布转换为与SKEB方案类似;混合模式扰动方案的扰动动能在所有尺度上都要明显大于其他两种方案,表明两种随机物理扰动方案的结合可以有效弥补两者在不同尺度上的能量缺失。
  • 植被对黄河源区水热交换影响的研究
  • 贾东于;文军;马耀明;刘蓉;王欣;周娟;陈金雷
  • 2017 Vol. 36 (2): 424-435.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00044
  • 摘要 ( ) HTML PDF (13756KB) ( )
  • 利用2013-2014年6-8月黄河源区近地面的观测数据进行CLM4.5单点模拟植被变化对近地面水热交换影响和能量平衡的研究。结果表明:(1)100%植被覆盖与控制试验(植被覆盖度为50%)向上短波的模拟差值为-6.76 W·m-2,裸地(植被覆盖度为0%)与控制试验的差值为7.76 W·m-2。(2)植被覆盖度降低对向上长波辐射的模拟影响较大,其中裸地与控制试验的向上长波辐射模拟差值为5.34 W·m-2,而100%植被覆盖与控制试验的向上长波模拟差值仅为-0.62 W·m-2。(3)叶面积指数减少会使地表反照率增大,但辐射通量整体变化幅度不大。其中向上短波平均增加1.35 W·m-2,潜热平均减小8.43 W·m-2。(4)叶面积指数增加会使向上长、短波减少,同时潜热通量输送增大,且叶面积指数增加后,向上长波辐射、感热的变化范围略大于叶面积指数减少时。(5)净辐射受到云的影响较大,其变化范围为200~461 W·m-2。6-7月的土壤热通量在2013年不同深度均达到峰值,其中5 cm深处土壤热通量在6-7月的平均值为6.25 W·m-2,最大值为30.34 W·m-2
  • 黄河中游一次大暴雨的观测分析与数值模拟
  • 赵桂香;薄燕青;邱贵强;朱煜
  • 2017 Vol. 36 (2): 436-454.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00093
  • 摘要 ( ) HTML PDF (41628KB) ( )
  • 利用常规观测资料、FY-2E TBB资料、地面加密自动气象站资料等,对2013年7月9日黄河中游地区(山西)暴雨过程进行了观测分析,利用WRF中尺度模式输出结果分析了低层切变线及其附近中尺度扰动的演变特征、动热力结构及水汽特征,以及低层偏东北气流的性质和作用等。结果表明:暴雨大暴雨是由700 hPa切变线附近激发的4个中尺度对流云团直接造成的;低层稳定的切变线附近形成的中尺度扰动低涡,与地面中尺度露点锋和中尺度辐合线共同作用,触发了中尺度对流云团的发生、发展。受来自低层西路和东北路两支冷空气夹挤,暴雨区暖湿空气沿东南西北向被迫抬升,形成一个狭窄的沿西路冷空气爬升的倾斜上升气流区,在其两侧形成两个方向相反的次级环流圈。水汽辐合中心在边界层附近,但这不是造成暴雨大暴雨的主要原因。低层辐合上升运动持续增强,偏南风入流将水汽向暴雨区集中,而次级环流的上升支将水汽向高层输送,使得暴雨区上空局地整层可降水量持续增加,以及对流不稳定和对称不稳定共存,加强了涡层不稳定,水汽在强不稳定的环境中沿倾斜上升气流抬升凝结,并高效率下降,可能是此次暴雨大暴雨的重要原因。低层偏东北气流为干冷与暖湿的一个倾斜交界面,该面上各种气象要素并不均匀,但在其中心区域低层为温度的零平流区,以及垂直速度、涡度和散度等物理量的零线区;围绕该支气流形成一个反气旋式的次级环流圈;该支气流两侧均存在较大垂直风切变,随着该支气流的南压和向河套地区的深入,低层暖湿气流的上升辐合作用不断加强,下沉支也逐渐活跃,是中尺度对流系统发生发展的重要触发机制之一。
  • 西北中部夏季降水主要空间型及环流特征
  • 申红艳;陈丽娟;胡泊;乔少博;张调风
  • 2017 Vol. 36 (2): 455-467.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00139
  • 摘要 ( ) HTML PDF (29470KB) ( )
  • 利用西北地区中部55个站点1961-2015年夏季降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及统计诊断方法,分析了西北地区中部夏季降水异常模态及同期大气环流特征和水汽输送条件。结果表明:西北中部夏季降水存在三类主要空间模态:全区一致型、东西反相型及类似“三明治”型。进一步分析表明,造成降水不同空间模态的环流和水汽条件不同:全区一致降水正异常时,副热带西风急流中心偏东,乌拉尔山阻塞高压偏强,水汽主要来源于孟加拉湾、南海和热带太平洋北上的水汽输送,同时在西北中部大范围地区有明显的水汽辐合;东多西少型降水正异常对应“丝绸之路”遥相关型环流,中亚增强的反气旋性环流提供了较强的冷空气,西北太平洋地区反气旋性环流南侧的偏东风输送水汽,在甘肃东部地区形成较明显的水汽辐合;类似“三明治”型降水正异常对应欧亚中高纬环流为北高南低型分布,贝加尔湖南侧低槽加强提供了西风异常,而水汽主要源自孟加拉湾向高原东侧的输送,在青海南部形成明显的水汽辐合,以致青南牧区降水偏多。综合分析表明,三种主要模态的冷空气条件和水汽来源具有明显差异。
  • 不同时间尺度下中国东部夏季最高温度观测与再分析资料的比较
  • 张婷;高庆九;孙玉婷
  • 2017 Vol. 36 (2): 468-479.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00030
  • 摘要 ( ) HTML PDF (10796KB) ( )
  • 利用中国气象局中国气象数据网提供的地面观测资料集及JRA-55、ERA-Interim、NCEP/NCAR和NCEP/DOE四种再分析资料集的日最高温度资料,运用线性分析、方差分析、EOF分析和滤波等方法,对1979-2013年中国东部地区夏季不同再分析资料和观测资料日最高温度的多时间尺度特征进行对比分析。结果表明:夏季最高温度多年平均由南向北逐渐降低,长江以南在30 ℃以上,JRA-55对东部地区夏季日最高温度的多年平均特征的再现能力较优;近35年东部地区夏季日最高温度整体呈增长趋势,长江中下游以及内蒙古东部地区增长趋势明显;再分析资料对最高温度长期变化特征的再现能力在不同地区各有优劣,JRA-55略优于其他资料。夏季最高温度空间上以长江中下游以南与其以北地区反位相变化为其主要特征,其中ERA-Interim的空间分布特征与观测资料较为相似,其次为NCEP/DOE;时间变化则以年际变化为主,ERA-Interim的年际变化特征最接近观测资料。JRA-55、NCEP/NCAR以及NCEP/DOE在21世纪之后变化特征与观测资料较为相似,表现为振幅减弱而后回升的趋势;在季节内尺度上,夏季日最高温度主要周期为20~60天,其方差贡献在云贵、东北地区以及甘肃东部、陕西一带较大,再分析资料对季节内时间尺度的再现能力由高到低依次为JRA-55、ERA-Interim、NCEP/DOE、NCEP/NCAR。
  • 1980—2010年成都灰霾的变化特征及其与气候要素的关联性
  • 贾佳;倪长健;胡泽勇;谢君;谢雨竹
  • 2017 Vol. 36 (2): 517-527.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00077
  • 摘要 ( ) HTML PDF (1677KB) ( )
  • 针对近年来成都地区灰霾日趋严重的问题,基于1980—2010年成都站的地面气象观测资料,采用新(90%)、旧(80%)两种相对湿度阈值对灰霾进行判别,通过对比分析确定成都地区近30年灰霾的时间演变特征,并在此基础上进一步分析了该地区降水量、相对湿度以及风速三种气象要素的变化及其与灰霾变化的联系。结果表明,两种阈值所判定的灰霾日数均具有明显的季节差异,即冬季霾日最多,而夏季最少;但从长期变化趋势来看两者存在较大差异:旧标准判定的霾日近31年总体上呈上升的趋势,且2000年之后增长幅度明显加大,而采用新标准后霾日在近31年呈微弱的下降趋势,说明成都地区过去31年间相对湿度介于80%~90%之间的灰霾日数急剧减少,这可能与成都地区该时段大气整体变干有关。成都地区年总降水量呈下降趋势,采用新、旧两种标准时,冬季降水量与灰霾日数的相关系数均较大,分别达到-0.559、-0.534,而其余三个季节的相关系数也为负相关,相关系数较小且均未通过显著性检验。成都地区年平均相对湿度呈显著的下降趋势,自1997年后年平均相对湿度降至80%以下,大气变干趋势明显。在年际尺度上,旧标准下灰霾与相对湿度呈显著的反相关关系,相关系数达-0.698,而采用新标准时灰霾与相对湿度呈正相关。成都地区静风频率高且风速小,自2005年后,风速减小的趋势明显,与灰霾的变化呈反相关。因此,气候变干,风速减小是灰霾日数增加的重要因素。
  • 兰州市夏季大气中碳类气溶胶含量变化特征及其来源分析
  • 张雪莹;王鑫;周越;魏海伦;浦伟;史晋森;戴明凯
  • 2017 Vol. 36 (2): 528-537.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00103
  • 摘要 ( ) HTML PDF (4527KB) ( )
  • 利用有机碳/元素碳分析仪(DRI 2001A型)和黑碳积分光谱仪(ISSW)测定了2015年兰州市夏季大气中有机碳(OC)、元素碳(EC)以及黑碳(BC)的含量,并对夏季日夜有机碳、元素碳和黑碳质量浓度变化特征进行了深入的分析。研究结果表明:黑碳和元素碳质量浓度测量结果受滤膜采样效率和测量仪器影响,差异较大,黑碳气溶胶夜间的含量高于白天且变化幅度大,呈现明显的波动上升趋势。有机碳平均质量浓度白天为(3.90±1.23)μg·m-3,高于夜间,其值为(3.35±1.24)μg·m-3;元素碳平均质量浓度白天为(1.07±0.46)μg·m-3,低于夜间,其值为(1.59±0.68)μg·m-3。兰州市夏季尤其是白天二次有机碳(SOC)含量较高,二次源为白天有机碳主要来源,一次源为夜间有机碳主要来源。将元素碳分为低温燃烧时生成的焦碳char(char=EC1-OPC)和高温燃烧时生成的烟炱soot(soot=EC2+EC3),通过分析char和soot日夜变化趋势,发现夏季日夜主要污染源均是机动车尾气,但夜间生物质燃烧和煤炭燃烧污染较白天有所增加,且明显呈现上升趋势。
  • 过去2000年来陕西地区冰雹灾害及其对农业的影响研究
  • 万红莲;宋海龙;朱婵婵;张咪
  • 2017 Vol. 36 (2): 538-548.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00104
  • 摘要 ( ) HTML PDF (5168KB) ( )
  • 通过对过去2000年陕西地区冰雹灾害资料的搜集与整理,利用ArcGIS、Matlab等软件,从不同阶段、不同季节和不同影响程度等方面统计分析了冰雹灾害的时空变化特征,并探讨了冰雹灾害对区域农业生产的影响。结果表明:公元0-2014年以来陕西地区共发生1296次冰雹灾害事件,平均每1.55年发生1次,在冰雹灾害发生的等级中初等雹灾、中等雹灾和特等雹灾各发生315次、867次和114次,分别占雹灾发生次数的24.3%、66.9%和8.8%,以中等雹灾为主;依据器测观测工具的转变和发展,将历史时期陕西地区冰雹灾害在时间尺度上划分为3个阶段,即公元0-1911年、1912-1980年和1981-2014年期间冰雹灾害分别发生了375次、418次和503次,整体上呈现前期少、后期多的年代际变化特点;陕西地区的冰雹灾害具有明显的季节变化特征,且年内变化具有显著的月份差异,各阶段在季节和月份上的变化特征与过去2000年以来冰雹灾害发生规律相对应;冰雹灾害在时间尺度上存在着11年和16年左右2个振荡周期,与太阳活动周期密切相关;冰雹灾害在空间分布上存在明显的差异性,具有北多南少的空间变化特征;不同季节、不同影响程度下,冰雹灾害对陕西地区农业生产的影响不同,集中分布在关中平原及其以北地区。20世纪以来,区域人类活动方式及活动强度发生了变化,区内人口、社会经济及农业生产的集中化加剧了局部地区农业的受灾程度。
  • 东北地区两次历史罕见暴风雪天气过程的分析
  • 孙艳辉;李泽椿;寿绍文
  • 2017 Vol. 36 (2): 549-561.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00012
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  • 使用地面和高空观测资料、NCEP/NCAR再分析的格点资料和WRF中尺度数值模拟结果,对1983年4月29日黑龙江省暴风雪天气和2007年3月3-5日辽宁省暴风雪天气过程进行了分析,阐明了暴风雪天气发生的环境条件及其出现的时间和位置特点,对天气预报和防灾减灾有重要意义。研究结果表明,两次有史以来最猛烈的、大范围的、持续性的暴风雪天气的影响系统为爆发性气旋,气旋在300 hPa南支急流出口区北侧和北支急流入口区南侧之间的区域爆发性加深,气旋中心的海平面气压24 h平均加深率分别为1.2 hPa·h-1(观测)和0.71 hPa·h-1(模式)。单站上空风随高度顺转,风速随高度增长,4.5~8 km出现等风速层,对流层存在显著的垂直风切变。对流层高层辐散低层辐合,上升运动由于暖平流和高空辐散抽吸而发展,贯穿整个对流层。暴风雪天气主要出现在地面气旋中心区域的西部和北部,其中气旋中心西偏北方向110 km附近气压梯度最大的地方,出现7~9级的偏北风,12 h降水量达到20~35 mm,是暴风雪天气最猛烈的地方。在地面气压下降最快的时期,地面风速急剧增长,降水强度达到最大。9~10级东南风出现在气旋中心的东南方向约300 km,近地面有暖湿空气的入流急流。在气旋中心正北方3~5个纬度的范围内,仍有较强的暴雪和大风天气,出现暴风雪时的风力为6~7级,大部分测站的最大风出现在降水结束后。使用VAPOR对两次过程的风速进行三维显示,结果表明,风速大于25 m·s-1的区域在两支急流之间从对流层高层伸展至近地面,说明暴风雪天气过程中的地面强风能量来源于对流层高层大气。
  • 建筑物制冷系统人为热排放与气象环境的相互作用
  • 郑玉兰;苗世光;包云轩;刘珂
  • 2017 Vol. 36 (2): 562-574.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00005
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  • 针对建筑物制冷系统人为热排放对城市气候和能源消耗影响越来越大的现状,利用改进后的建筑物能量模式BEM(Building Energy Model)与单层城市冠层模式SLUCM(Single Layer Urban Canopy Model)的耦合,实现对城市建筑物人为热排放的动态模拟;以2014年5月29日为例(北京地区极端高温个例),开展北京地区建筑物制冷系统人为热排放与城市气象环境相互作用的定量分析。WRF(Weather Research and Forecasting)/Noah/SLUCM/BEM耦合模式模拟分析表明,模式在不加入人为热时,对夜间的热岛模拟偏弱,且基本无法模拟出白天的热岛效应;加入城市交通人为热排放后,对城市热岛强度和范围的模拟有一定改善;进一步加入建筑人为热排放对气温、热通量、边界层高度等的模拟效果均有不同程度的改进。加入BEM模拟的人为热后(case2),15:00(北京时,下同)主城区地表感热通量增加30~50 W·m-2,相应地2 m气温升高0.4~0.8 ℃,二者对应关系较好。case2中的人为潜热排放导致地表潜热通量增加80~140 W·m-2,水汽通量增加0.04~0.09 g·m-2·s-1,中心城区2 m比湿增加0.5~0.9 g·kg-1,边界层高度升高100~150 m,且傍晚边界层高度开始下降的时间推迟了约1 h。加入建筑人为热后,气温等气象条件的变化会对建筑物制冷系统能耗及人为热排放产生影响。case2对比case1,建筑物制冷系统能耗增加了1.11%~3.33%,建筑物制冷系统排放的感热通量增大0.67%~1.67%、潜热通量增大0.625%~1.56%(达2.0 W·m-2以上)。研究表明,在中尺度模式中动态模拟建筑物制冷系统的人为热排放,能够改进对近地层气象要素的模拟效果。