边界层参数化方案对一次西北地区沙尘天气过程影响的数值模拟研究

使用耦合化学模块的高分辨率中尺度数值模式WRF-Chem3.4,结合近地层观测资料评估YSU、MYJ、QNSE、MYNN2.5和BouLac共5种边界层参数化方案对2007年3月27日西北地区一次沙尘天气过程模拟效果的影响,结果显示5种边界层参数化方案均可模拟出此次沙尘天气的发展演变过程,其中YSU和BouLac方案模...     

WRF云微物理参数化方案对新疆暴雨模拟能力的TS评分分析

在中尺度数值模式中,选用不同的参数化方案对降水的模拟和预测效果会有很大影响,合理选择参数化方案可以提高预测准确性。为此,本文使用中尺度预报模式WRF 3. 8 (weather research and forecasting model,WRF)版本,采用3 km和9 km两层嵌套网格,利用ECMWF(European Centre for Medium Range Weather Forecasts)再分析资料作为初始场和边界条件,对新疆地区4次暴雨过程进行模拟,采用TS (threat score)评分评估了Lin方案、WSM6方案、Thompson方案和WDM6方案4种云微物理参数化方案对新疆地区暴雨模拟的适用性。结果表明:Thompson方案在站点降雨量为小雨(0. 1～5. 0 mm)和中雨(5. 1～10. 0 mm)的预报模拟中具有优势,其他3种云微物理参数化方案均在不同程度上存在漏报情况,从相关系数上判断,Thompson方案模拟效果略优于其他方案,适用于多小雨、中雨的新疆地区,但4种云微物理参数化方案在大到暴雨降水等级的预报效果都不是很好,这也正是WRF模式在新疆地区需要改进的地方。     

基于WRF模式的新疆巴音布鲁克盆地强降雨天气数值模拟效果分析

为了验证中尺度数值模式WRF中参数化方案对新疆中天山地带巴音布鲁克盆地天气模拟的适用性,以寻找对该区域天气模拟WRF模式中最优参数化方案组合。利用WRF模式对新疆中天山地带巴音布鲁克盆地2场强降水过程进行数值模拟,选取2种不同的边界层参数化方案(YSU,MYJ),2种不同的云动力参数化方案(GrellFreitas,Grell-3),3种不同的云微物理参数化方案(Lin,WSM6,Thompson),3种不同的长短辐射参数化组合方案(New Goddard/New Goddard,Dudhia/RRTM,GFDL/GFDL),组成36种参数化方案组合。模式模拟采用双层嵌套的方式,其中内层嵌套区域为4 km精度,对中天山地带巴音布鲁克盆地进行数值模拟。同时,借助气象部门的自动站观测资料,与小时降雨量、空气温度、10 m风速、表面大气压强等边界层结构特征进行了比较分析,评估不同参数化方案的模拟差异。得出最优参数化方案组合:陆面参数化方案为YSU方案,云动力方案为Grell-Freitas方案,云微物理方案为WSM6,长波辐射和短波辐射参数化方案为Duhia/RRTM。各边界层参数化方案组合均能够模拟出降雨趋势变化特征,但最优参数化方案组合模拟结果与实际观测结果仍然存在一些差异。     

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。     

WRF模式物理过程参数化方案对黑河流域降水模拟的影响

以黑河流域一次降水过程为研究个例,利用中尺度数值预报模式WRF 3.1进行物理过程参数化方案选择的分组敏感性试验,分别讨论了WRF模式中的微物理、积云对流、陆面过程和边界层参数化方案对黑河流域降水模拟的敏感性,并利用该流域内12个气象站的日降水资料进行了验证。研究表明：没有确定的某个物理过程参数化方案在所有试验方案中的模拟效果一致好,不同的参数化方案配合使用模拟效果更佳。对比分析模拟结果发现,要有效地模拟出降水中心位置和降水量、降水区分布形态和范围,应同时选用MYJ边界层参数化方案与Noah陆面过程参数化方案;微物理参数化方案中选择Ferrier方案时,对降水的模拟效果要好于选用WSM3、WSM5、Lin方案;积云对流参数化方案对降水模拟的敏感性明显弱于其他物理过程参数化方案。     

WRF模式辐射方案对极端低温天气预报的影响

利用WRF模式和GFS资料对北疆的两次强寒潮天气过程进行了回报,分析了WRF模式不同辐射参数化方案对极端低温天气预报的影响.结果表明:WRF模式不同的辐射方案,尤其是长波辐射方案对极端低温天气预报的影响较大.Earth Held-Suarez forcing与Dudhia、Goddard组合方案预报的气温更接近实况.但是Earth Held-Suarez forcing方案没有考虑微物理过程之间的相互作用,没有考虑云量和温室气体对辐射的影响,比较适用于冬季.从辐射平衡的角度来看,该方案在预报43.5°～50°N的气温时,误差比较小.     

WRF模式在天山地区模拟能力的敏感性评估

为探寻天山地区气候模拟WRF(weather research and forecasting)模式中最优参数化方案组合,针对云微物理方案(MIC)、积云对流方案(CS)、行星边界层/近地面层方案(PBL/SLS)、陆面过程方案(LSM)以及长短波辐射方案(LSW)设计了6组季节尺度物理参数化方案敏感性试验,模拟时间设为2014-11-28-2015-12-01。利用地面气象站观测数据和GPM(global precipitation measurement)卫星降水数据(R≥0.6),对模式模拟的日最高、最低气温及降水进行验证。结果表明:WRF模式对气温的模拟效果较好,且对日最高气温(0.8相似文献   

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。     

中尺度大气数值模拟及其进展

首先,以MM5,RAMS,WRF模式为例,简要介绍了各模式的动力学框架、物理过程以及应用情况,同时比较了当前国内外几种著名的中尺度数值模式性能。其次,归纳分析了积云、行星边界层和陆面过程3种主要的参数化方案。积云参数化方案按其发展过程分为对流调整、大尺度水汽辐合和质量通量3类方案,对各个方案的优缺点进行了总结;行星边界层参数化方案分为总体行星边界层、高分辨行星边界层参数化方案和大涡模拟3部分,概括了每种方法的特点;还分析了陆面过程参数化的发展过程、非均匀下垫面参数化和目前主要的陆面模式。然后,简要概括了客观分析方法和3类主要的资料同化方法。最后,对该领域存在的问题进行了阐述,并展望了中尺度大气数值模拟今后的发展趋势。希望通过对这些问题的综合分析,有助于进一步开展中尺度大气数值模拟的研究。     

圆盘破茬装置参数化设计及自动装配技术研究

为提高圆盘破茬装置设计效率,简化装配操作,分析了参数化设计关键技术,提出了一种基于坐标系约束的自动装配和批量自动装配技术,研究了约束坐标系的建立方法及自动装配实现的步骤;以VC++6.0为编程语言,以Pro/toolkit提供的底层函数为开发工具,对圆盘破茬装置参数化设计及自动装配工作平台进行了二次开发。实例验证结果表明:模型与程序相结合的参数化设计方法编程简单,能够在Pro/E环境下通过界面操作完成零件设计;基于坐标系约束的自动装配技术不需要进行矩阵运算,每个零件针对与其装配的零件只需要建立一个约束坐标系,用户通过选择装配零件和参照零件上相应的坐标系即可完成装配工作;批量自动装配技术适用于装配体约束坐标系位于同一元件或多个相同元件的情况,多个螺栓或螺母的重复装配可一次操作自动完成。本研究提出的参数化设计方法及自动装配技术适用于破茬装置的系列化设计,有利于减少重复性装配工作。     

甘肃黄土高原土壤水分预测及旱情预警模型研究

2006年天水农业气象试验站在自然状态下进行了土壤水分的消退试验,根据试验数据,揭示了土壤水分的消退规律.结果表明,从最适宜土壤湿度的上限开始,土壤含水量随时间的消退为对数曲线.从最适土壤水分含量的上限到下限需5 d时间,土壤失水速度为13.4 mm/d;从轻旱上限消退至严重干旱需20 d时间,土壤水分散失速度为3.9 mm/d.在此基础上建立了100 cm土层土壤含水量的预测模型及土壤干旱预警模型,经不同降水年型土壤水分实测值的检验表明,土壤含水量预测模型准确率较高,土壤干旱预警模型在预测不同程度的土壤干旱时准确率比较高,有一定实用性.     

干旱半干旱地区砂田交界层土壤微生物区系研究

为探讨干旱半干旱地区砂田土壤微生物特征,对不同砂龄砂田交界层土壤微生物区系及其影响因素进行试验研究.结果表明:在交界层土壤中的微生物区系以细菌为主,放线菌次之,真菌最少;砂田交界层土壤微生物数量与砂田砂龄有关,砂龄为13 a的土壤细菌数量达最高,砂龄为26 a砂田,土壤真菌数量达最高,放线菌的数量和比例都达到最大;随着...     

Effects of irrigation on precipitation in the arid regions of Xinjiang,China

Soil moisture is an important parameter for the interaction between soil and atmosphere.It is the second important factor that influences climate change,next to sea surface temperature(SST).Most previous studies focused on the monsoon regions in East China,and only a few laid emphases on arid environments.In Xinjiang, which is located in Northwest China,the climate is typically arid and semi-arid.During the past 20 years,the precipitation in Xinjiang has shown a significant increasing trend,and it is closely related to oasis irrigation.This paper aims at discussing whether abnormal soil moisture in spring can be the signal to forecast summer precipitation.The effects of abnormal soil moisture due to farm irrigation in spring in arid environments on regional climate are investigated by using a regional climate model(RegCM3).The results indicate that positive soil moisture anomaly in irrigated cropland surface in May led to an increase in precipitation in spring as well as across the whole summer. The impact could last for about four months.The effects of soil moisture on the surface air temperature showed a time-lagging trend.The summer air temperature declined by a maximum amplitude of 0.8oC.The increased soil moisture could enhance evaporation and ascending motion in the low troposphere,which brought in more precipitation.The soil moisture affected regional weather and climate mainly by altering the surface sensible and latent heat fluxes.     

基于HYDRUS模型低温水入渗下土壤水热运移模拟

为了深入研究高坝大库低温水下泄对河(渠)两岸土壤水分、温度动态变化的影响机理,构建了低温水入渗土壤水热运移的数学模型,利用HYDRUS-2D软件进行了求解,并对土壤水热运移数学模型进行参数率定与模型验证的基础上,模拟分析了不同水头低温水入渗条件下土壤水分、温度动态变化规律。经过试验验证,总体的模拟与实测温度和水分的均方根误差RMSE分别为1.074和0.01,模拟结果和实测数据均吻合较好。模拟结果表明,水头变化对土壤温度场和水分场的分布均会产生较大的影响;当模拟达到相对稳态后,土壤平均温度从上到下逐渐降低,土壤中的温度场分布较为均匀;当入渗水温相同时,随着水头增加,土壤内部平均温度降低,土壤深层低温区域逐渐扩大,温度梯度增加;土壤的深层含水率较高,达到饱和状态,含水率分布从上到下逐步增加;随着水头增加,土壤深层饱和区域逐渐扩大,并逐渐向土壤表层区域扩展。该研究揭示了不同水头下低温水入渗对土壤内部温度场、水分场影响分布的一般规律,对进一步改善水库下游河岸带生态环境,丰富土壤水动力学基本理论有着重要的理论意义和实际价值。     

中哈边境迁飞蝗虫降落的天气过程分析——以1999年塔城地区为例

为明确中哈边境迁飞蝗虫降落过程的气象背景,选择中哈边境塔城地区蝗虫迁飞为害最严重的1999年为例,基于当年迁飞蝗虫降落时间、地点及为害程度等数据,利用中尺度气象预报与研究(weather research and forecasting,WRF)模式模拟塔城地区迁飞蝗虫降落的天气变化。结果表明,垂直速度达到0.22 m/s的下沉气流、风速为3 m/s以上的东南风向、降雨和低于19℃的温度胁迫是影响1999年7月10日中哈边境迁飞蝗虫降落的主要气象因素;统计当年迁入蝗虫降落事件,发现下沉气流、风向切变、降雨和低温在蝗虫降落过程中出现的频次占总迁入蝗虫降落事件的70%、50%、30%和10%,其中下沉气流和风向切变是影响蝗虫降落的主导因子。表明利用WRF模式可准确预测迁飞蝗虫跨境为害降落区域的天气过程。     

Derivation of salt content in salinized soil from hyperspectral reflectance data: A case study at Minqin Oasis,Northwest China

Soil salinization is a serious ecological and environmental problem because it adversely affects sustainable development worldwide, especially in arid and semi-arid regions. It is crucial and urgent that advanced technologies are used to efficiently and accurately assess the status of salinization processes. Case studies to determine the relations between particular types of salinization and their spectral reflectances are essential because of the distinctive characteristics of the reflectance spectra of particular salts. During April 2015 we collected surface soil samples(0–10 cm depth) at 64 field sites in the downstream area of Minqin Oasis in Northwest China, an area that is undergoing serious salinization. We developed a linear model for determination of salt content in soil from hyperspectral data as follows. First, we undertook chemical analysis of the soil samples to determine their soluble salt contents. We then measured the reflectance spectra of the soil samples, which we post-processed using a continuum-removed reflectance algorithm to enhance the absorption features and better discriminate subtle differences in spectral features. We applied a normalized difference salinity index to the continuum-removed hyperspectral data to obtain all possible waveband pairs. Correlation of the indices obtained for all of the waveband pairs with the wavebands corresponding to measured soil salinities showed that two wavebands centred at wavelengths of 1358 and 2382 nm had the highest sensitivity to salinity. We then applied the linear regression modelling to the data from half of the soil samples to develop a soil salinity index for the relationships between wavebands and laboratory measured soluble salt content. We used the hyperspectral data from the remaining samples to validate the model. The salt content in soil from Minqin Oasis were well produced by the model. Our results indicate that wavelengths at 1358 and 2382 nm are the optimal wavebands for monitoring the concentrations of chlorine and sulphate compounds, the predominant salts at Minqin Oasis. Our modelling provides a reference for future case studies on the use of hyperspectral data for predictive quantitative estimation of salt content in soils in arid regions. Further research is warranted on the application of this method to remotely sensed hyperspectral data to investigate its potential use for large-scale mapping of the extent and severity of soil salinity.     

畜禽粪污资源化利用模式能值评价与比较分析——以新疆呼图壁县为例

基于典型案例,采用能值分析法对沼气工程模式、生物有机肥生产模式和堆积发酵还田模式进行定量的能值评价、分析及比较.结果 表明:三种模式从成本、生产效率、自我支持能力、处理废弃物能力、对环境的压力等方面来看效益都较好.但在系统自组织能力、可持续性方面,生物有机肥模式和堆积发酵还田模式效益均差、沼气工程模式效益最好.并认为应...     

内蒙农牧交错带家畜品种改良可行性分析——以克什克腾旗经棚镇为例

引入外来品种改良牲畜被作为干旱半干旱地区发展畜牧业的重要手段,但对其在生产基础差、严重依赖自然资源的小农户生产系统中的适用性却缺乏分析,因而,盲目推广改良可能危及牧民生计,进而导致生态破坏。以位于农牧交错带的内蒙古赤峰市克旗的家畜改良为案例,通过入户访谈,在识别其畜牧业生产系统约束条件的基础上,分析了家畜改良的效果、可行性条件及存在的问题。研究表明:在小农户生产系统中,家畜品种改良并不能提高限制性资源的生产率,而且增加了农户面临的生态风险和市场风险,改良是否可行取决于外部环境能否有效地改善其对限制性资源的利用及平衡风险,尤其是提供稳定的饲料和畜产品市场,以及良好的基础设施、技术及金融保障。     

Impacts of water resource planning on regional water consumption pattern: A case study in Dunhuang Oasis,China

Water resources are critical for the existence and development of oases in endorheic basins. Thus, to enable sustainable development, it is fundamentally important to understand how to allocate and use these resources in a reasonable way. We therefore simulated and analyzed changes in water consumption pattern within the Dunhuang Oasis of China under three scenarios using a system dynamic model that corresponds to different water consumption pattern. This was done to assess the impacts of regional water resource planning (comprehensive planning of the rational use of water resource and protection of ecosystem services in the Dunhuang Basin) on water consumption pattern within the Dunhuang Oasis. The first of these, Scenario 1, is a baseline in which the status quo is maintained, while Scenario 2 incorporates the comprehensive effects of agricultural water-saving irrigation measures with an inter-basin water diversion project, and Scenario 3 focuses on ecological rehabilitation. In the baseline Scenario 1, the total water consumption within the Dunhuang Oasis increased progressively while agricultural water consumption remained extremely high and threatened overall ecological security. In contrast, Scenario 2 would decrease agricultural water consumption by almost 5.30×10⁷ m³ following the implementation of water-saving practices. The additional water allocated from an inter-basin water diversion project would play an important role in alleviating ecological strain on the oasis. Finally, in Scenario 3, the total irrigated land must be decreased to 20.6×10³ hm² by 2025 assuming that water supply for ecosystem restoration would be at least 50% of the total consumption. Although water resource planning plays a very important role in alleviating the ecological water crisis within the oasis, it is necessary to consider the suitable scale of oasis with regard to current water consumption pattern.