利用RAMS模式对山谷城市兰州冬季湖泊效应的数值模拟

利用美国科罗拉多州立大学和MRC/ASTER发展的RAMS中尺度气象模式,以NECP再分析资料为初、边值条件,在兰州城区东面设计了有湖和无湖两个试验,做了72 h三重嵌套模拟试验,分别模拟了两种情况下冬季兰州山谷地区的湖泊效应和大气边界层特征。模拟结果表明:(1)白天兰州山谷地区谷风在14:00强度达到最大。加入湖泊后,14:00湖风强度增大,湖风对谷风没有明显影响,只对湖区及岸边附近的风场有影响。兰州山谷地区20:00以后山风开始出现,到05:00左右北山山风的风速大于南山山风。05:00以后南山山风风速增大,山谷以偏西风为主。加入湖泊后,陆风也在夜间02:00左右表现的最为明显,陆风和山风相互叠加,导致兰州山谷东部地区西风风速增大;(2)加入湖泊后,对周围地区气温的影响表现为夜间有增温作用,增温作用随着离湖泊的距离渐远而减弱。在靠近湖区处夜间的近地面逆温强度减弱;(3)加入湖泊后,对靠近湖面处空气相对湿度的影响表现为减小,对靠近湖西岸陆地上近地面空气相对湿度的影响表现为先减小后增加,这一点在夜间表现的最明显,对靠近湖面处空气绝对湿度的影响表现为增加;(4)加入湖泊后,湖区的净辐射和感热通量都减小,湖的东西两岸的净辐射和感热通量都增大。在22:00到凌晨05:00之间,靠近湖西岸的陆地上净辐射和感热通量也有所增大。

基于“湖泊效应”的城市经济影响区空间分异模型及应用——以环鄱阳湖区为例

基于"湖泊效应"假设与城市空间结构理论,提出了湖泊影响周围城市经济的理论模型,并以环鄱阳湖区为例进行实证分析。研究显示,在鄱阳湖影响下,环鄱阳湖区城市分布密度和交通网络密度都随距湖距离变化而呈现出先逐渐增大继而逐渐减小的趋势,但随距离进一步增加,城市分布密度和交通网络密度又呈增大趋势,由此根据极值原理和专题属性将环鄱阳湖区划分为3个城市经济影响区。可见,该模型不仅可以从理论上解释湖泊如何影响周围城市经济区空间分异,而且可以提供一个定量分析模型加以推广。

基于“湖泊效应”模型的辽宁省海岸带陆地范围测度及其时空分异分析

目前国内外对海岸带的界定尚不存在统一说法,虽然海岸带向海范围的界定相对一致,但海岸带向陆范围差异较大。而海岸带向陆范围的界定是海岸带空间合理规划、海岸带区域综合承载力准确评估的重要保证,对海岸带的相关研究起着重要的作用。此外,传统的海岸带界定方法均没有考虑海岸带的动态性及空间差异性,因此,基于Bass扩散模型原理,构建了＂湖泊效应＂模型,提出了等辐射力曲线的概念,设计了可行的海岸带陆地范围量化方法。以辽宁省为例,结合2001~2012年人口与经济的面板数据,通过GIS与1st Opt软件平台,测度了辽宁省6个沿海城市的海岸带陆地范围,并对其进行了时空差异分析。运用Gompertz模型,预测了辽宁省2013~2020年的海岸带范围,分析了其空间差异趋势。结果表明：1海洋的辐射带动力持续增长,辽宁省海岸带范围随着时间在稳步向内陆扩张;2区域经济较发达的地区,海岸带范围也较广;3大连市和营口市是辽宁省海岸带的增长极;4辽宁省未来8 a海岸带范围将继续向内陆扩张而空间差异将逐步缩小。

基于“湖泊效应”的长江经济带城市空间分异研究

在经济新常态背景下,如何有效地制定政策,引导长江经济带依托黄金水道实现可持续发展,具有极其重要的全局性意义。本文将长江经济带地级及以上城市的发展与长江水系的地理特征相结合,考察长江水系地理特征对于长江经济带地级及以上城市发展的促进作用。首先构建长江经济带城市发展指标体系,以2003—2015长江经济带地级及以上城市面板数据为基础,采用主客观结合的方法,评价长江经济带地级及以上城市经济发展、社会状况、生态环境,进行综合实力测算。在评价结果的基础上,结合长江经济带城市地理分布特征对长江进行缓冲分析,测算长江经济带城市群的密度曲线及趋势线,并基于Bass模型,考察长江干流是否对长江经济带地级及以上城市具有"湖泊效应",长江经济带地级及以上城市发展是否具有圈层结构。主要得到以下结论:(1)长江上、中、下游发展水平呈逆向阶梯状;(2)长江干流对长江经济带地级及以上城市的城市建设、经济发展、社会状态、生态环境及综合实力各方面均存在非常明显的"湖泊效应";(3)根据"湖泊效应"的强弱,可以将长江经济带地级及以上城市划分为环江区、离江区、远江区等三层圈层结构,其发展水平递减,离江区仍有较大发展潜力。

黄河源区生态环境变化对湖泊效应影响的数值模拟

利用中尺度气象模式WRF,设计了陆地生态环境好转、维持现状和退化3种情境下的模拟试验,分析了夏季黄河上游鄂陵湖湖泊效应的特征和生态环境变化对该湖泊效应的影响。结果表明,夏季晴天中午至傍晚,鄂陵湖有显著的湖风环流;白天湖面感热和潜热较小,昼(夜)表现出明显的冷(暖)湖效应;湖区低层全天呈现出"湿岛"效应;受湖风作用影响,环湖陆上白天形成"湿墙"和感热高值区;随着陆地生态环境由好转到退化,湖风环流加强,环湖"湿墙"增高,湖陆边界层高度差增大,陆面感热和潜热变化显著大于湖面;陆面边界层中下部的气温和比湿主要受下垫面影响,环境退化后分别升高和减小,而在边界层顶部由于受湖风环流的作用,两者变化趋势与中下部相反。

环渤海地区城市经济影响区的空间分异研究——基于“湖泊效应”和BASS模型

地理要素影响城市社会经济发展是经典地理学研究的重要内容之一,湖泊通过系统自组织力和人为干预影响周边城市经济的发展。将渤海看作一个巨大的湖泊,以环渤海地区3省2市为研究区域,基于"湖泊效应"和BASS模型构建理论体系,利用缓冲分析和非线性回归分析确定分层边界和圈层结构。结果表明:1湖泊对城市经济的影响呈现随距离增加先下降后上升最后大幅下降的趋势;2将环渤海地区分为核心区、重点区和边缘区,边界线依次为66 km、216 km和区域边界;3圈层结构特征明显:重点区中心城市与核心区港口城市形成双核结构;随着距离增加,从核心区、重点区至边缘区城市经济发展水平呈现倒"U"型结构。

中国城市群治理:功能变迁、结构透析与湖泊效应

伴随着城市群区域一体化,"区域流"如同一只看不见的手将各城市拧合为一个系统整体。大都市从"极化效应"到"扩散效应"的变迁存在着双重路径,与西方大都市的主动扩散不同,当代中国大都市的功能扩散很大程度上是生态资源瓶颈约束下被动的功能疏解。"湖泊效应"提供了一条城市群协同发展的新路径:核心大都市与周边区域通过诸要素的良性递进循环形成结构有序、功能互补、互利双赢的区域新气候。城市群共同体本质上是利益组合,各城市合作收益分享度取决于城市所拥有的资源体系、区域决策影响力与区域治理话语权。只有当城市群共同体能有效满足各城市利益需求,共同体才能维持稳定的存在和发展。

基于“湖泊效应”的“城市群效应”初探

利用"湖泊效应"中湖泊与其周围环境中水分、空气等气候要素之间的相互关系理论,分析区域发展中城市群的形成、发展演化及其与周围相邻区域之间在资源、资金、人力、技术等方面的动态关联性.通过分析可知:区域发展过程中出现的城市群及其对周围区域的影响类似于自然现象中的湖泊及"湖泊效应",从而提出"城市群效应":城市群在形成之后与其周围区域在资金、人才、技术、信息等经济社会要素方面进行着流通和循环,并以此促进自身及周围区域经济社会的发展.

云贵高原洱海湖泊效应的数值模拟

采用耦合湖泊模型的WRF_CLM模式模拟山谷盆地中洱海的湖泊效应,并利用陆面(农田)和湖面的站点观测资料对模式进行了验证和校验。基于数值模式的模拟结果,分析了季风和非季风期间,洱海存在与否对山谷盆地局地环流及大气边界层结构的影响。发现非季风期湖泊对局地环流及大气边界层影响显著。相对于陆地,湖泊白天湍流通量输送少,湍流发展弱,大气边界层高度低。如果湖泊不存在,白天苍山山谷风只能上升至约200 m的高度,没有明显的山谷风环流形成;夜间则山风较强,两侧山风共同作用在山谷,环流高度约600 m。季风期,受降水天气影响,局地环流发展不充分。白天湖面辐散以及夜间湖泊南部的气旋式环流弱,湖泊作用没有非季风期明显。云的形成导致边界层高度较低。夜间,湖泊增强释放潜热、感热作用明显;此时湍流发展,夜间边界层反而比白天高。

基于耦合湖模式的城市边界层模式研究太湖的气象与环境效应

本文发展了一个耦合的城市边界层—湖泊模式(RBLM-Chem-Lake),通过离线和在线两种方式对模式的模拟效果进行了检验。并通过敏感性实验分析了太湖冬季和夏季对周边地区气象特征和空气污染的影响。结果表明:(1)白天太湖对周边气象环境产生了明显的降温效应,而夜晚出现了明显的升温。冬季夜晚周边地区升温达到0.4~0.6℃,白天可以使得周边气温降低1~2℃。夏季夜晚使周边地区升温可达1~1.5℃,白天使得周边气温降低1~2℃。(2)太湖对周边地区气温的影响范围夏季远高于冬季,夏季影响范围可达到80 km,冬季影响范围平均为5 km。此外,太湖使得湖区平均边界层高度下降,湿度上升,使得苏州市区垂直风速减弱,这种影响同样在夏季更为明显。(3)太湖的存在总体上使湖区和周边地区PM_(2.5)和臭氧的质量浓度增加。在冬季PM_(2.5)污染个例中,太湖导致区域夜晚PM_(2.5)质量浓度下降,下降幅度达到4~5μg·m^(-3)。而在白天,太湖区域500 m高度以下PM_(2.5)质量浓度增加,幅度达到25~30μg·m^(-3),在500 m高度以上质量浓度下降约5~10μg·m^(-3)。夏季的臭氧污染日个例中,白天,在太湖的东岸以及苏州市区臭氧的质量浓度出现了明显的增加,可以达到10~12μg·m^(-3)。

新疆气候变化特征及其对湖泊水资源的影响效应

通过对CRUTS2.0数据集所示的新疆近50年平均气温、降水资料的空间化分析和新疆29个气象观测站观测的近22年的年平均气温、降水等气象要素的定量化统计分析,以及对新疆典型湖泊水域面积变化等具有指示性意义的水资源要素指标进行研究,揭示了新疆气候变化特征及其对湖泊水资源的影响效应。结果表明:从变化趋势上看,自80年代后期以来,新疆的年平均气温表现出0.6℃/10年的增温趋势,其中,北疆地区年平均气温增幅为0.4℃/10年,南疆地区则为1.5℃/10年;在同一时期内,新疆的年总降水量增加了55%,其中,北疆地区年总降水量增幅为80.9 mm/10年,南疆地区则为54.2 mm/10年;从空间分布上看,气温升高的区域和降水量增加的区域具有较好的吻合性;在与新疆同期湖泊遥感水文资料的分析对比后发现,暖湿化气候趋势是湖泊水域面积等水资源要素增加的主导因素;通过艾比湖水域面积和同期新疆整体气象资料的分析,艾比湖水域面积与当年新疆降水量呈显著正相关,与新疆年均气温呈正相关,水域面积与降水量、气温的相关系数分别为R降水= 0.87、R气温= 0.57。

呼伦湖湖泊降水过程分布特征及其影响因素初析

基于2018年CMFD地表气象驱动数据集、2018—2019年CMPAS实时融合实况分析数据、2012—2021年湖泊附近3个气象站观测数据以及GPM_IMERG卫星遥感反演降水数据,分析呼伦湖不同尺度降水的时空分布特征,探讨湖泊降水过程及其影响因素。结果表明:(1)日尺度上呼伦湖白昼降水多于夜间降水,湖面降水多于陆面降水。(2)小时尺度上针对典型降水事件,降水峰值多出现在11:00和14:00左右,以及21:00—次日03:00;5月和6月除21:00—23:00,距离湖泊越远的陆面降水越多,7月和9月除21:00—23:00,距离湖泊越近的陆面降水越多。(3)在月/季节尺度上,湖泊效应在6—9月作用较大,在7月达到最大,5—6月距离湖泊超出一定范围(湖泊周围50 km陆面)作用会减小。(4)平均气温对湖泊降水具有明显影响,在湖泊效应作用较明显的空间范围内(50 km陆面),总体上温差(满洲里站与新巴尔虎右旗站相比)越大,降水也越大。

湖陆风对滨湖夏季气温和岳阳市城市热岛强度的影响

利用逐日逐时气象资料对岳阳市主城区2019-2021年夏季城市热岛强度进行了评估,探讨了东洞庭湖湖陆风对滨湖夏季气温以及城市热岛强度的影响。结果表明:平均气温郊区较城区、滨湖低1.47、1.11℃,最低气温郊区较城区、滨湖低1.89、2.03℃,最高气温城区较郊区高0.61℃、郊区较滨湖高0.63℃。白天城区气温高于郊区,郊区气温高于滨湖;夜间城区气温与滨湖相当,且明显高于郊区。各区逐时气温变率郊区最大,城区次之,滨湖最小,三者在23时-次日06时相当且变化较小。城区平均、最高、最低气温分别比郊区高1.47、0.61和1.89℃,对应城市热岛强度分别为弱、弱、中等。08-19时城市热岛强度为弱,20时-次日07时为中等。滨湖09-18时湖风强,19时-次日08时陆风弱。湖陆风与各区气温以及城市热岛强度均极显著相关。夜间城市热岛效应强于白天湖泊冷效应,白天城市热岛效应和夜间湖泊热效应受站点与滨湖和郊区的距离远近影响的强度不同,离滨湖越近的城市站白天受城市热岛效应影响越小,夜间受城市热岛效应影响越大。

青海湖夏秋季局地气候效应数值模拟研究

由于水陆热力性质差异,湖泊对局地天气气候具有显著影响,占中国湖泊总面积一半以上的高原湖泊对区域天气气候的影响不可忽视,但目前对高原湖泊局地气候效应的研究依然存在不足。本研究利用WRF-FLake动态耦合模式,设计了有湖与无湖两组实验,对高原最大湖泊青海湖的局地气候效应进行了整年的模拟研究。结果表明,耦合模式的模拟性能良好,青海湖在16月使得区域气温降低,而712月使得区域气温升高,且青海湖的存在降低了19月的日最高气温,增加了612月的日最低气温,使得气温日变化减小,白天青海湖为冷湖效应,而夜间青海湖为暖湖效应。26月青海湖轻微减少区域降水量,712月明显增加了区域降水量,且8月增加量最显著。青海湖对局地年降水量的贡献率在湖面上最大可达50%~60%,而在周边陆地为10%~30%,夏季青海湖增加的降水量最多,而秋季青海湖对总降水的贡献率最大,青海湖增加的降水在20:00(北京时,下同)至次日02:00最多,而14:0020:00最少,夏季增加的对流性降水较多,秋季增加的对流性降水较少。白天青海湖的冷湖效应使湖面产生下沉辐散气流,抑制对流的发展和水汽的扩散,导致湖泊降水效应减弱,而夜间青海湖的暖湖效应使湖面产生辐合上升气流,促进对流的发展和水汽的扩散,导致湖泊降水效应增强。

常见的气候效应分析

地球表面上由各种原因引起的大气物理作用所表现出的气候效果叫做气候效应。大自然气象万千,气候效应繁多,有一些是大自然本身就存在的,有一些却是人为造成的。

2007-2011年西藏纳木错流域积雪时空变化及其影响因素分析

通过2007-2011年纳木错站人工积雪观测资料,对西藏纳木错流域MODIS两种积雪产品(MOD10A1和MOD10A2)进行了精度验证,分析了纳木错流域积雪累积和消融的空间差异,以及流域积雪覆盖率的时空变化;利用纳木错站人工积雪观测资料及自动气象站资料,分析了纳木错流域积雪要素(积雪深度、雪水当量、积雪密度)的时间变化及其与气候参数(气温、降水量、风速等)的关系.结果表明:纳木错流域MOD10A2数据的积雪识别精度(67.1%)高于MOD10A1(42.2%),总识别精度(73.0%)略低于MOD10A1数据(78.4%).纳木错流域积雪累积和消融存在空间差异,积雪在流域南部的念青唐古拉山脉最先累积,之后为流域东部,最后为流域西部;积雪消融的空间变化则相反.由此导致流域积雪日数南部最大、东部次之、西部及西北部最小.纳木错流域各积雪要素的年内变化存在双峰值特征,峰值分别出现在10-11月和1月,积雪在10-11月受降水和气温共同作用,12月至次年3月主要受气温影响.纳木错流域的平均积雪覆盖率为21.9%,受湖泊效应影响区域(主要为东部地区)达到50.6%,而其他区域仅为18.3%.同时,受湖泊效应影响,纳木错平均积雪深度、积雪水当量均显著大于周边地区.

扎陵湖和鄂陵湖夏季典型地表水热交换特征的数值模拟

选用由美国国家环境预报中心NCEP和美国国家大气研究中心NCAR联合开发的新一代中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)模式,采用两重网格单向反馈嵌套的方法对扎陵湖和鄂陵湖区域的大气边界层特征进行数值模拟,并把湖泊水体下垫面替换为草地下垫面以设计另一组去除湖泊的敏感性试验与有湖的模拟结果进行对比。结果发现,WRF模式能较好地模拟出2 m高度温度、感热和潜热的日变化特征。扎陵湖和鄂陵湖在白天(夜晚)具有很好的降温(保温)作用,表现出明显的冷(暖)湖效应,进而在湖-陆间产生温度差。这样的温度差异会影响局地风场,白天在扎陵湖和鄂陵湖的中心区域分别有强度为1.0 m·s^(-1)和0.5 m·s^(-1)的下沉气流。而周围地区的上空出现了强度达到2.5 m·s^(-1)的上升气流。扎陵湖和鄂陵湖对感热和潜热的影响均有显著的日变化,扎陵湖和鄂陵湖使得白天湖面感热和潜热值低于周围陆地,而夜晚两湖对感热和潜热的影响与白天相反。对大气边界层高度而言,白天由于扎陵湖和鄂陵湖有效降低了湖区上空的大气边界层高度,而夜晚扎陵湖和鄂陵湖对大气边界层高度的影响不明显。

洞庭湖生态环境预警

分析洞庭湖生态环境恶化的严重性及其原因,提出有关综合整治的对策。

三峡坝区一次晴空大风天气过程的数值模拟与成因分析

指出了晴空大风是三峡坝区主要灾害性天气之一,因其地形复杂,下垫面类型多变,导致晴空大风可预测性相对较差。利用WRF模式模拟了2013年3月7日发生在三峡坝区的一次晴空大风过程,模拟的风速大小及演变趋势与实况较为接近。分析表明山谷风效应和三峡水库湖泊效应是引起此次晴空大风的主要原因。

四湖地区的生态气候劣变及其对策

本文着重分析和揭示了四湖地区过度围湖、毁湖造田,对湖相破坏所导致的生态气候劣变之严峻事实,并告诫人们减少对自然界的错误干预,维持生态动态平衡,对抑制该地生态气候劣变,保障农业永续发展的问题,提出了相应对策.