非均匀下垫面局地气候效应的数值模拟

使用美国NCAR非静力平衡模式MM 5V3,模拟了黑河地区非均匀下垫面局地小气候效应 ,再现了山谷风环流及夏季“绿洲效应”、沙漠上的“逆湿”和由于地表热力分布不均匀引起的绿洲—沙漠垂直环流等绿洲—沙漠相互作用的典型特征 ,较全面地揭示了非均匀地表大气边界层内的风、温、湿度场与陆面相互作用的物理机理 。

宁夏平原湿地面积动态演变对局地气候效应的影响

为了解湿地生态系统恢复与保护工作启动前后,具有丰富湿地资源的宁夏平原湿地面积的动态演变对局地气候效应的影响,更好地利用湿地资源缓解半干旱地区气候恶化的问题,选用1999—2016年共7景Landsat/TM(ETM+,OLI,TRIS)遥感数据监测宁夏平原湿地面积的动态变化,基于SEBAL模型反演地表热通量并分析湿地的局地气候效应。结果表明,(1)近17年来,研究区河流湿地面积减少了20.48 km^2,非河流湿地面积增加了73.88 km^2,总湿地面积变化增加了1.86%,湿地由修复前的零散状分布状演变为修复后的大面积连通状。(2)修复后湿地的降温效应显著提高,以典型湿地沙湖为例,暖季沙湖对局地1 500 m范围内有显著降温作用,最大降温幅度比修复前增加了0.7℃;冷季沙湖对局地600 m范围内有显著降温作用,最大降温幅度比修复前增加了0.1℃。(3)湿地修复后,研究区感热通量整体呈下降趋势,潜热通量整体呈上升趋势,总湿地面积的增加使得研究区暖季整体感热值下降了25~62 W?m^(-2),整体潜热值提高了47~114 W?m^(-2);冷季整体感热通量下降了6~43 W?m^(-2),潜热值提高了21~68 W?m^(-2)。湿地的波文比倒数分布呈"暖季>冷季"的时间变化规律。综上,湿地对城市热环境的改善作用优于具有相同面积的其他地物类型。

环太湖地区土地利用变化的局地气候效应

利用WRF模式和1985年、2005年环太湖区域的土地利用资料,模拟了环太湖区域土地利用变化的局地气候效应,并从陆面过程的角度进行了分析。模拟结果显示:城市扩张区域净短波辐射通量增多,地面温度升高,感热通量增大,潜热通量减小。近地面水平风场在城市化地区风速减小,在城市化带方向上形成狭长的动能衰减区域。湖陆风和城市热岛环流增强,城市化地区向上垂直速度增大,积云性降水增多。老城区和郊区下沉运动增强,对流受到抑制,积云性降水减少。层云降水的改变,集中在层云降水的大值区,且多呈带状分布。总降水在城市化区域增强,在老城区和郊区减少,积云性降水占总降水的比值增大。在土地利用没有变化的区域,降水的改变与地表能量通量的改变在空间分布上大致吻合。

夏季太湖局地气候效应的数值模拟研究

利用WRF模式,通过数值模拟试验研究了夏季太湖的局地气候效应,揭示了太湖对局地降水、温度等气象要素的影响,并探讨了内在的物理机制。结果表明:太湖主要在局地尺度上引起夏季地面气温降低和降水的减少,影响强度从湖区向周边地区逐渐减弱;太湖引起的夏季降水减少主要来源于对对流性降水的减弱作用;太湖对湖区及邻近区域夏季地面气温和降水的影响表现出明显的日变化特征,白天影响程度明显强于夜间且在午后的影响最强;太湖在午后引起湖区及邻近地区低层大气显著降温和异常辐散,抑制了该区域的大气对流活动并引起对流降水的明显减少,进而造成夏季太湖及邻近地区降水的减少。

基于北斗GEO卫星观测的桂林地区TEC空间梯度研究

小尺度的总电子含量(TEC)梯度异常会显著影响区域电离层模型以及地基增强系统(GBAS)的精度。因此,为了提高区域电离层模型的准确性和GBAS导航定位的精度,深入研究小尺度的TEC空间梯度显得尤为重要。为了研究中小尺度的空间梯度,利用2019—2022年间桂林地区全球卫星导航系统(GNSS)接收机的北斗地球静止轨道(GEO)卫星数据,对中国低纬地区(23°N 107.9°~113.1°E)电离层的TEC空间梯度进行研究分析。根据3颗北斗GEO卫星对地形成的3个相邻穿刺点(从西至东,依次编号为C02,C03,C01)的TEC观测值,构成C02-C03与C03-C01两个约为300 km尺度区域(107.9°~110.3°E,110.3°~113.1°E)的TEC梯度观测。统计结果显示,C02-C03区域的空间梯度基本为西向;而C03-C01区域的空间梯度在1~4月与9~12月为东向,5~8月为西向。这表明2个相邻区域的空间梯度在季节变化上存在差异,揭示了中小尺度空间梯度具有显著的局地效应。此外,地方时差并非空间梯度事件的主要原因。在太阳活动高年,背景TEC较高,空间梯度事件更易发生。梯度事件发生率的半年变化是TEC半年异常的体现。空间梯度事件在不同地磁条件下的发生率相似。

考虑风速动态时空关系的风电功率预测

风电间歇性和波动性强的特点使风电并网时给电力系统带来很大的安全风险,准确的风电功率预测可以有效提高电网安全运行特性。考虑风速动态关系的风电功率预测以数值天气预报(Numerical Weather Prediction,NWP)数据作为输入,分析了风电场局地效应和风向变化对流场的影响,建立了风电场局地效应模型及考虑风向影响的地形识别模型,通过模型对气流变化的物理过程进行解析求解,实现网格化NWP数据的修正,从而提高风速预报和风电功率预测的精度。最后,采用河北省某风场数据对风速和风电功率进行了预测,结果表明,所提出的预测方法能取得较为理想的预测效果。

光伏电站对格尔木荒漠地区土壤温度的影响研究

利用2012年10月～2013年9月格尔木大型光伏电站内外一整年的观测资料,对比分析光伏电站内外的土壤温度变化特征.结果表明：在土壤浅层（5、10 cm）,光伏电站内外土壤温度日变化差异明显.5 cm层土壤温度日最大值相差9.7℃,土壤温度日较差站内明显低于站外,光伏装置具有绝热保温作用.站内5～180 cm各层土壤温度年较差均大于站外;在冬季,站外各层土壤温度均明显高于站内,光伏电站是冷源.在2012年10月～次年3月,站内5～80 cm各层土壤日平均温度显著低于站外.

光伏电站对格尔木荒漠地区太阳辐射场的影响研究

利用2012年10月-2013年9月格尔木大型光伏电站内外观测资料，对比分析光伏电站内外地表辐射特征。结果表明：站内向上短波辐射和净辐射日总量分别为3．54、8．30MJ／m^2；站外分别为5．02、6．34MJ／m^2。年内最大值均出现在6月份，最小值均出现在12月份。两个观测点向上短波辐射春季相差最大，冬季相差最小。净辐射在8月份相差最大，12月份相差最小。站内日平均反照率为0．19，站外为0．26。站内年平均净辐射明显高于站外，光伏电站内下垫面温度明显低于站外，光伏电站是一个能量汇。

光伏电站对格尔木荒漠地区空气温湿度影响的观测研究

利用格尔木大型光伏电站内外空气温湿度观测资料,比较站内外气温与空气相对湿度的日变化与年变化特征,分析造成光伏电站内外空气温湿度差异的可能原因。结果显示:对2 m气温而言,冬季白天,站内外基本相同;春、夏、秋季白天站内明显高于站外,夏季差异达最大,为0.67℃,这与太阳电池板发热,加热空气的效应大于光伏板的遮阳冷却效应有关;而在四季夜晚,站内2 m气温值均高于站外,这可能与光伏板对近地面层的保温作用有关。而10 m气温,四季白天站内均低于站外,其中秋、冬季相差较大,这可能与冬、夏气温对太阳电池板光电转换效率的影响,进而造成10 m处能量收支差异有关;夜晚表现为站内低于站外,这可能与白天站内外地表能量收支差异有关。在年变化中,站内2 m气温月均值均高于站外,站内10 m气温月均值均低于站外。在10 m高度处,夜晚站内空气相对湿度大于站外。

安康水库蓄水前后上游气候变化特征

利用陕西省安康水库上游气象站点的月及日降水、气温、蒸发等气候资料,分析了安康水库蓄水前后上游流域气候变化特征。分析结果表明,年降水量呈逐年代减少趋势,年平均温度呈增暖趋势,年蒸散量呈减少趋势;蓄水后年及主汛期降水量、雨日、暴雨日数、极端强降水概率、蒸散量均比蓄水前减少,平均气温比蓄水前升高,其中冬季升温幅度最大;主汛期和年降水量、平均气温蓄水前后差异显著,冬季蒸散量蓄水前后差异显著。近45年来汉江径流量呈下降趋势,降水对径流影响显著。

北京地区热岛非均匀分布特征的卫星遥感-地面观测综合变分分析

针对北京城市热岛的空间变化特征及其发展趋势,重点探讨了北京城市热岛总体演变趋势及其多尺度非均匀分布特征与城市建筑群面积、中高层建筑群空间布局的相关关系。采用晴空过程北京城郊地面自动气象站AWS(Automatic weather station)气温观测真值对卫星遥感云顶黑体温度TBB(Temperature of black body on the top of cloud)高分辨率场实施变分订正,解决城市热岛研究中高分辨率卫星遥感的客观性订正问题。研究结果揭示了北京城市建筑群面积及中高层建筑群布局对城市热岛群总体演变趋势、多尺度热岛群非均匀分布特征的显著影响效应。结果表明,北京晴空过程城区及近郊区多尺度热岛效应可由强、弱程度不同的热岛群"合成",北京地区热岛分布呈多尺度非均匀特征,即城区东西两侧为强热岛区,城西北园林区与古城中轴线区域为相对弱热岛区;在北京城市高速发展背景下,城郊街区热岛群的非均匀分布特征与城市建筑群布局之间存在着相关关系;城市建筑群面积及中高层建筑密集程度的差异可产生区域性强弱不同的热岛效应,这间接反映出北京城郊中高层建筑群暖气或空调排放热源的局地影响效应。上述研究结果可为城市发展有关建筑群布局与园林绿地规划设计提供科学依据。

云南高原湖泊局地气候效应及其影响因素

本文利用滇池与洱海高原湖泊水体及其周边气象观测站点长系列（30年以上）的水文与气候等观测资料统计分析了滇池与洱海高原湖泊水体的局地气候效应，并研究分析了气温与湖泊水位、海拔高度、经纬度、离岸距离等影响因素的数量关系和相关程度。结果表明：滇池水体对周边气候的影响主要体现在对气温的影响，对降雨量的影响不显著：水体对周边区域气温的影响随海拔高度、离岸距离以及经纬度的变化而变化，且高差越大、距离越远、经纬度的差别越大，气温影响越弱。

长江山区航道剖面能见度分析及局地影响因素初探

为了分析三峡航道不同区域能见度基本特征,比较不同垂直剖面、沿江距离对局地能见度的影响,基于中国气象局沿江、剖面布设的12个能见度监测点近3a观测资料,对比分析了三峡航道涪陵、万州、宜昌3组区域12个监测点的能见度时空分布特征,并对能见度的局地差异做了初步讨论。结果表明:涪陵区雾情对航运安全影响最大,万州和宜昌区其次。涪陵区和万州区雾日的月际变化趋势一致,5、6月和11、12月为大雾高发时期。不同剖面能见度的日变化分析表明早晨至上午时间为大雾高发时段,午后至傍晚前为大雾低发时段。通过能见度与局地因子的关系模型验证,三峡航道能见度局地差异大部分源于监测点的海拔高度及可能的水体影响等,同组区域内,高海拔点、临近水域点平均能见度明显偏低,雾情频次也相对较高。

高海拔多年冻土区高速公路分离式通风管路基的降温效果研究

考虑到宽幅路基的“聚热效应”和复杂的多年冻土环境,拟建青藏高速公路建设所面临的关键问题是如何保证路基的长期热稳定性。基于现场监测数据和传热传质理论,建立分离式通风管路基三维数值模型,分析与预测未来50年通风管在青藏高速公路分离式路基中的工程效果。结果表明:分离式通风管路基具有较好的降温效果,能够保证路基及其下部多年冻土的长期热稳定性。但是,当隔离带宽度小于10m时,后幅路基管道内部风流变化特征受到隔离带宽度的显著影响,导致其对下部多年冻土的降温效果弱于前幅路基。此外,在隔离带较窄情况下,两幅路基之间隔离带区域存在局地增温效应,将对路基及其下部多年冻土产生严重的热扰动,不仅引起多年冻土上限下降、温度升高,而且增加了路基两侧下部土体温度场的不对称性。尝试将两幅路基通风管连通来弱化局地增温效应,但连通后路基及隔离带区域下部土体的热状况反而更差,说明这种方法未能有效解决局地增温效应的热影响。