2012年7月腾格里沙漠2次暴雨过程诊断分析

利用降水实况资料、单站地面资料、FY2E云顶亮温和NCEP、ECMWF格点资料,对2012年7月20日(7·20)、29日(7·29)腾格里沙漠发生的2次暴雨过程进行了诊断分析.结果表明:20:00局地热力环流在抬升、水汽动量辐合等方面为暴雨提供了有利条件,但它们必须得到天气系统的加强和优化,才能触发中尺度对流天气;沙漠的北边界为持续的水汽输入,南、东边界在暴雨前后由输入转为输出,西边界则由输出转输入,水汽源地在南海、孟加拉湾以及高纬地区;2次暴雨过程都在有利的大尺度环流背景和高低层天气系统相互作用下产生,垂直方向上形成抽吸结构;7·29过程前期为强不稳定层结,引发暴雨的中尺度系统是MCC,而7·20过程层结相对较稳定,观测点降水主要由中β尺度对流系统引起,这是7·29过程降雨大于7·20过程的原因.     

干旱区地膜覆盖玉米农田地表反照率动态参数化方法及其模拟效果分析

利用2015年6月1日至7月24日干旱区地膜覆盖玉米农田下垫面的观测资料,分析地表反照率在植被生长期间的变化特征及其与土壤湿度的关系。与未覆盖地膜情形的下垫面相比,地膜覆盖农田下垫面地表反照率的变化特征及其与土壤湿度的相关性具有显著性差异。为此建立了相应的地表反照率动态参数化方案,并将修改的地表反照率动态参数化方案应用到陆面过程模式Co LM中进行了3组模拟试验,分析和检验新方案在地膜覆盖农田下垫面的准确性和适用性。数值模拟结果表明:3组试验都能很好地反映陆面过程特征的日变化趋势,但是相比较而言,利用新建立的地表反照率动态参数化方案模式的模拟效果最好,明显提高了模式对向上短波和长波辐射的模拟能力,使浅层土壤温度和湿度的模拟效果有了一定的改善。因此,地表反照率动态参数化方法对干旱区地膜覆盖农田下垫面陆面过程的模拟效果有一定的改进,对今后陆面过程模式的发展和完善有较好的参考价值。     

锡林郭勒草原下垫面地气相互作用特征研究

草原是锡林郭勒地区的主体生态系统，观测研究该地区地气相互作用对深入理解该区草原气候和生态效应具有重要意义。利用2016-2020年锡林浩特国家气候观象台的近地层综合观测资料经过异常值剔除和缺失值插补后进行统计分析：1)利用最小二乘法和能量平衡比率法，对比分析了该地区生长季和非生长季能量通量平均日变化特征、能量闭合特征，进而分析讨论了大气稳定状态对近地层能量闭合特征的影响；2)分析了5年平均能量通量逐月日变化特征；3)分析了该地区的CO₂通量特征。结果表明：锡林郭勒草原生态系统的能量分配主要以感热通量为主，约占净辐射的36.95%。生长季的能量闭合斜率高于非生长季，全年平均能量闭合斜率为0.69。近地层大气稳定层结出现的频率大于不稳定层结出现的频率，且不稳定大气条件下的能量闭合率更高。通过对碳通量的分析发现，该生态系统总体表现为碳汇，生长季的日总净固碳量为2.44gc·m^-2·d^-1,非生长季为0.57gc·m^-2·d^-1。     

干旱区地膜覆盖农田下垫面反照率的观测研究

利用古浪非均匀近地层观测试验中农田站的观测资料,分析地膜覆盖农田的反照率在植物生长过程中的变化，并对其与已有反照率和土壤湿度的变化关系进行了比较。发现地膜覆盖农田的反照率在作物生长初期和茂盛期都不随土壤湿度变化；作物生长初期反照率变化表现为地膜覆盖裸土特征，平均值为0.26；作物生长茂盛期反照率变化表现为植被特征，平均值为0.19。而在作物动态生长过程中，反照率介于0.19~0.26，反照率随土壤湿度增大而增大，这与已有反照率随土壤湿度增大而减小的参数化关系存在显著性差异。     

干旱区荒漠下垫面能量通量观测误差对能量闭合的影响

利用内蒙古微气象观测试验(IM-Mm OE)资料,分析干旱区荒漠下垫面近地层能量传输特征,探究观测仪器的一致性问题及其对地表能量平衡的影响。结果表明:干旱区荒漠下垫面的能量传输以感热和地表土壤热通量为主。大多数辐射仪器的观测相关系数大于0.98,地表土壤热通量和感热通量的观测相关系数大于0.97,潜热通量观测相关性最差,为0.92,其中地表土壤热通量、感热通量和潜热通量的均方差分别为14.3 W·m~(-2)、8.9 W·m~(-2)和8.0 W·m~(-2),各仪器之间观测数据比较一致,观测误差较小。非一致性引起的观测数据偏差直接影响能量闭合率,试验中湍流通量(感热通量和潜热通量之和)的观测偏差造成地表能量闭合率1%~3%的不确定性,有效能量(净辐射与地表土壤热通量之差,仅考虑地表土壤热通量的观测偏差)造成5%的不确定性,湍流通量和有效能量两者数据的总偏差造成地表能量闭合率6%~8%的不确定性。     

3个陆面过程模式对一次暴雨前后的模拟性能检验与对比

利用内蒙古微气象观测蒸发试验所获得的近地层资料,驱动陆面过程模式Noah、SHAW和CLM4.0,对干旱区沙漠-草原过渡带一次罕见暴雨过程前后的陆面过程各参数进行了单点数值模拟试验,用对比分析法检验了3个陆面模式对沙漠-草原过渡带暴雨过程前后各半个月中陆面各参数的模拟性能。结果表明:3个模式都能模拟出干旱区暴雨前后湍流通量、辐射通量、土壤温湿的变化趋势。除对土壤温湿的模拟之外,Noah模拟效果最好,尤其是对潜热通量的模拟,相关系数达0.99,均方根误差仅7.89 W·m-2。3个模式对于感热通量、向上长波辐射、净辐射的模拟性能在暴雨过后有所提升,而对土壤温度的模拟性能在暴雨过后有所下降,说明3个模式更适于模拟暴雨过后较为湿润下垫面的感热、向上长波、净辐射和没有降水过程的土壤温度,且3个模式在土壤温度模拟方面考虑暴雨影响时间过短。     

WRF模式不同参数化方案组合对干旱区一次暴雨模拟的对比分析

为了研究不同参数化方案组合对干旱区暴雨模拟的影响,借助新一代中尺度数值模式WRF对2012年7月29日腾格里沙漠边缘一次暴雨过程进行数值模拟研究。选取不同的微物理、积云、陆面过程和边界层参数化方案,得到14种组合;结合同期外场试验观测资料和区域降水实况,对不同组合方案的降水模拟性能进行对比分析。结果表明:不同组合的模拟结果差异显著,选用Thompson、KF、Pleim-Xiu与MYNN 2.5 level参数化方案的组合(case 11)在24 h累计降水、单站逐时降水及降水的TS评分中均表现较好且区域平均误差最小,能够较为真实地模拟出本次暴雨过程。进一步对比不同组合方案模拟物理量变化的差异发现,降水量差异正是模拟物理量差异的客观表现,并对此次暴雨过程发生机制进行了诊断分析。     

东亚副热带急流经向位置对中国西北东部盛夏降水的影响

选取国家气象信息中心整编的中国179个气象站逐日降水资料,以及NCEP/NCAR逐月再分析资料,在分析1979-2017年西北地区东部的盛夏(7、8月)降水变化特征的基础上,利用东亚副热带西风急流经向位置指数,重点讨论东亚副热带西风急流经向位置变化与西北地区东部盛夏降水的关系,以期进一步提高对西北地区旱涝灾害的预测水平。结果表明:在东亚副热带西风急流中心经向位置异常偏北年,西北地区东部偏北区域盛夏降水较常年多,而西北地区东部偏南区域盛夏降水较常年少,反之亦然。表现出东亚副热带西风急流经向位置变化对西北地区东部盛夏降水影响的南北带状反向分布特征。     

临汾市37年蒸发皿蒸发量变化特征及影响因素

利用山西省临汾市17个气象观测站1977—2013年37年蒸发皿蒸发量及其相关气象要素资料,采用线性倾向估计、累积距平和完全相关系数法,初步分析了临汾市蒸发皿蒸发量气候变化特征及影响因素。结果表明:夏季和春季蒸发量较大,分别约占全年39.3%和34.0%,其次为秋季和冬季,冬季蒸发量最少。37年年蒸发量呈波动下降变化趋势。四季蒸发量中,春季、夏季、秋季、冬季均呈现下降趋势,其中夏季蒸发量下降趋势最明显,其变化率为-26.30 mm/10 a;其次为秋季,为-16.47 mm/10 a;春季和冬季分别为-10.47 mm/10 a和-7.91 mm/10 a。从年代际特征来看,临汾市年蒸发量年代际变化整体呈现出"增加—减少"趋势。从年代际变化季节特征来看,临汾市春季呈现出"减少—增加"趋势,夏季和秋季呈现出"增加—减小"趋势,冬季呈现出一致减小趋势。临汾市蒸发皿蒸发量与日较差、气温、日照时数呈正相关,与降水、水汽压、相对湿度呈负相关。日照时数与气温是影响临汾市蒸发量减少的主要因素。     

荒漠下垫面陆面过程模式中重要参数的修正及模拟效果分析

通过对内蒙古阿拉善左旗荒漠下垫面观测数据的分析和模拟,重新修正了陆面过程模式Co LM中的重要参数值和参数化方案,并按照不同的组合方式设计了控制实验和敏感性实验,对比分析重要参数对该下垫面陆气相互作用的敏感性。主要结论有:(1)基于Monin-Obukhov相似性理论的最大频数法,优化了地表动力学粗糙度,重新计算和选择符合研究区域地表热力学粗糙度和土壤热导率的参数化方案;(2)参数优化和参数化方案修正后,提高了Co LM模式对土壤温度,感热通量和地表净辐射的模拟能力;(3)改善前后Co LM模式的模拟值与观测值对比表明,地表动力学与热力学粗糙度和土壤热导率分别在春夏季和秋冬季对地表温度影响较大,感热通量在夏半年主要对地表动力学粗糙度敏感,而土壤热导率对其影响很小。