中国土地利用和植被覆盖度变化对区域气候影响的数值模拟

基于3期土地利用和植被覆盖度资料、高分辨率的驱动场、马赛克的土地利用处理方式,采用区域气候天气研究与预报模式,设计两类试验研究中国土地利用和植被覆盖度变化对区域气候的影响.结果表明:在土地利用试验中,反照率、叶面积指数、发射率和低空云量等影响地表能量及分配,导致土地利用变化对夏季潜热、感热和2 m气温等陆面物理量的影响显著.由于城市地表的不透水性导致城市潜热明显减少,感热和气温增加.土地利用变化对冬季的影响比夏季弱,主要是反照率起作用,尤其是在积雪变化较大的区域.在植被覆盖度试验中,植被覆盖度与叶面积指数一致,后者直接影响植被蒸腾作用和夏季潜热,潜热的变化与植被覆盖度的变化具有较好的空间一致性,感热和气温基本上与潜热变化相反.土地利用和植被覆盖度变化通过改变垂直层温度,影响位势高度,引起风场的异常和降水的变化.

华北平原地下水灌溉对区域气候影响的数值模拟

在耦合模式WRF/Noah-MP中加入考虑地下水过程的动态灌溉方案,设计两组试验(分别为考虑和不考虑地下水灌溉),连续模拟10 a(2001—2010年),来研究华北平原地下水灌溉的区域气候效应。结果表明,地下水灌溉导致华北平原地下水位下降,在少雨的季节灌溉量大,水位下降较快。在灌溉期(3—9月),灌溉引起的土壤湿度升高影响了地表能量的分配(潜热增加,感热减少),导致2 m气温显著降低0.6—1.0℃,同时也降低了灌溉区夏季模拟偏高的气温。灌溉对灌溉区边界层大气有升高湿度和冷却降温的作用,对春季的影响局限在边界层内,而夏季的影响持续到5000 m以上。夏季灌溉对降水的影响远强于春季,灌溉的升高湿度和冷却效应分别对夏季降水产生正反馈和负反馈,共同影响灌溉区的降水变化。灌溉通过对水汽输送的影响,引起非灌溉区降水的变化,而长江中下游流域夏季降水的增多可能与高空西风急流轴位置南移有关。

RegCM4.3气候模式引入新的海洋湍流参数化方案对中国夏季降水模拟的影响

将一种用于全球气候模式的海洋湍流参数化方案引入到区域气候模式RegCM4.3中,分别使用两种方案进行气候模拟.分析对比了1996-2009年,两种方案对中国夏季风场、降水量等模拟结果的影响,并与欧洲中期数值预报中心的再分析资料、站点观测降水资料进行了对比分析.结果表明,新方案对东亚夏季西南季风和东南季风的模拟效果有所改善,并提高了中国夏季降水的模拟效果.

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。

干旱区地膜覆盖农田下垫面对东亚气候效应的数值模拟

农田铺设地膜是目前我国干旱半干旱地区采用较广泛的耕作方式。为了研究大面积地膜覆盖对东亚区域的气候效应,基于地膜试验观测与理论研究,建立了地膜覆盖的地—气—水热传输过程模型,并将地膜覆盖农田下垫面模块引入区域气候模式RegCM4和WRF模式中,对17 a夏季气候进行模拟试验。通过RegCM4模式输出的降水量、土壤温度、土壤湿度、感热通量和潜热通量等参量,与试验观测值、理论值进行对比,并通过WRF模式输出结果进行验证。结果表明：加入地膜覆盖农田下垫面模块的区域气候模式能够较为真实的描述其下垫面特征。进一步分析模拟结果发现,通过地膜覆盖影响近地面水热传输并作用于区域位势高度场、风场,进而影响大范围水汽输送,最终造成我国西北、华南地区降水减弱,西南地区和淮河流域降水增加。