不同嵌套方式下的积云对流方案对上海崇明极端暴雨高分辨率模拟的影响研究

使用1980~2017年共38年崇明站逐日降水资料对崇明站年降水量及暴雨日数的特征进行分析,并使用中尺度数值预报模式WRF3.9.1.1(Weather Research and Forecasting model)针对崇明年降水量及暴雨日数异常年份2015年的最强降水过程进行数值模拟,结合站点降水观测资料使用统计方法来系统验证模拟结果。通过敏感性试验着重研究尺度自适应的GF(Grell–Freitas)与传统的KF(Kain–Fritsch)、BMJ(Betts–Miller–Janji?)积云对流参数化方案在不同比率的网格嵌套方式下对于本次过程极端降水总量及逐时变化预报的影响。研究结果表明:使用大比率(9:1或15:1)的双层嵌套可以更真实地模拟强降水区累积降水量分布和逐时变化情况,而使用传统的小比率(3:1或5:1)三层嵌套网格会导致大暴雨和特大暴雨的TS(Threat Score)评分降低,小时降水峰值模拟偏弱等问题;模式外圈使用传统的KF、BMJ积云对流方案比尺度自适应的GF方案对于内圈高分辨率的极端降水总量、逐时变化模拟更有优势,特别是使用KF方案,可以更真实地模拟出极端降水中心的日变化强度;而使用GF方案对于入海口降水模拟偏弱,大暴雨和特大暴雨的TS评分普遍偏低,小时降水峰值也被严重低估。

CWRF对青藏高原气温和降水模拟效果的综合评估

利用CWRF(Climate-Weather Research and Forecasting model)对中国区域气候的31 a多物理集合模拟试验,分析了该模式对青藏高原气温和降水的模拟效果及其对水平分辨率和物理过程参数化方案的敏感性。结果表明:1)CWRF降尺度全面改善了全球模式对高原气温和降水的模拟,使气温年循环的均方根误差减小近1℃,月降水量年循环的均方根误差减小10~40 mm,同时显著提高了各月气温和降水与实测资料年际变化的相关系数,最高提升0.6;2)模式分辨率对降水模拟有显著影响,不同分辨率模拟降水差异高达60 mm(54%),模拟偏差随分辨率提高先降低后上升,转折在30 km左右;3)物理过程参数化方案对气温和降水模拟影响显著,不同方案模拟的各月平均气温相差1~4℃,夏季各月降水量相差20~100 mm,其中对气温模拟影响最大的是辐射方案,对降水影响最大的是积云方案。本文为CWRF局地优化对物理参数化及水平分辨率等如何选择提供了依据。

区域气候模式CWRF对我国极端温度时空变化的模拟评估

基于中国均一化气温数据集CN05.1的观测数据,结合暖昼指数(TX90)、冷昼指数(TX10)、暖夜指数(TN90)、冷夜指数(TN10)、暖日持续指数(WSDI)和冷日持续指数(CSDI)6个极端温度指数,从气候平均、概率分布、年际变率和年际趋势方面,系统评估区域气候模式(Climate–Weather Research and Forecasting model,CWRF)对1980~2015年间我国极端温度指数区域分布和年际变化的模拟能力,为改进并利用模式研究我国未来区域极端温度的预测提供科学依据。结果显示:观测的冷暖指数在北方的年际变率幅度高于南方,其中暖指数在我国大部分地区为增暖趋势,冷指数在北方地区的变冷趋势显著,尤其暖夜增暖、冷夜变冷,极端暖事件(WSDI)的持续性比冷事件(CSDI)显著。CWRF模式较好再现了极端温度指数的年均分布和年际变化趋势特征,尤其对暖日和冷日持续指数的模拟优势显著,但仍存在系统性的区域偏差,如低估暖昼和冷夜的极值强度;对华东地区暖(冷)指数变暖(冷)的趋势存在低(高)估;尤其是低估青藏高原地区暖、冷指数的强度,并且高估其暖昼变冷、暖夜变暖的年际变化趋势。因此,该模式对华东及高原地区极端温度的强度和年际变率的模拟仍亟需改善。

人文都市里的社会生态学

人文都市是概括和推进当代城市嵌合体中环境质量与社会质量的大标题。作为覆盖广泛、相互联系的社会生态体系,城市、郊区以及城市远郊的繁华地区凸显出不少负面特征。因此,人文都市发现了一个战略,可以对抗这些城市病并向城市系统逐步灌输更多积极的、可持续的特征。由于人文都市这个项目主要是在社会力量的推动下出现的,因此我们可以更清楚具体地表达科学在解决人文都市项目的问题以及评估其成就中的作用。人文都市可归纳为1)保护与保存城市与郊区的生态服务,2)提升居民的身体素质、心理健康与安全水平,3)保护能源、物质、水资源与时间以提高效率,4)以包容性促进公平以及社会和环境的公正性、合理性,5)保留社区感与场所感。我们将科学视为社会项目的促成因素,指出了推动科学的社会价值以及科学知识和科学隐喻在联系人文都市与社会项目中所扮演的角色。我们进一步指出社会生态研究在实现人文都市目标方面所扮演的角色,运用了环保历史、河涌的功能与复原、环境公平性、巴尔的摩生态系统和长期生态研究项目等行动案例。作为一个社会项目,人文都市得益于科学的投入:1)揭示城市体系中隐含的生态进程,2)创造知识,将普通人和一般机构与生物物理环境联系起来,3)为公民对话做出贡献,4)将科学价值观引入优化与平衡人文都市的目标当中。

Seasonal Variations of Hydrochemical Characteristics of Groundwater in Changping Plain, Beijing

Changping Plain, located in the northwest of Beijing, has become an important groundwater recharge area for the Beijing Plain and an important source for the urban water supply. In this study, groundwater samples were collected during the dry and wet seasons in 2015 from 24 monitoring wells distributed in Changping Plain. A Piper-Tri-linear diagram, a Schoeller diagram, a Gibbs diagram, and the isotope technique were used to investigate the temporal and spatial variations in the concentrations of groundwater hydrochemicals and the sources of groundwater recharge. The results indicated： 1） seasonal variations in the concentrations of HCO3^–, Ca^2＋, and Na^＋ were significant; the spatial variations of these ions were more dramatic in the dry season than in the wet season due to the dilution effect of precipitation; 2） Most groundwater samples had a HCO3-Ca-Mg based hydrochemical type and a few had a HCO3-Na-K based hydrochemical type; the hydrochemical type tended to evolve from HCO3-Ca-Mg based to HCO3-Na-K based in some monitoring wells that showed distinct seasonal variation; 3） the groundwater in the study area originated mainly from atmospheric precipitation, and it is affected by evaporation and concentration processes.