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1.
城市(热力、动力、人类活动等)效应对城市及周边地区强降水有着重要的影响。由于涉及到多方面因素,在数值模式中合理描述城市效应仍然存在许多困难。采用Nudging地面加密观测间接引入城市效应(Nudg)和使用城市冠层模式直接引入城市效应(Urba)两种方式模拟了2017年5月7日发生在广东广州的一次极端降水过程。结果表明Nudging地面加密观测能够有效地在数值模式中引入城市效应,从而合理地再现出城市热岛及其触发的对流和强降水的时空演变,而使用城市冠层模式未能够模拟出城市热岛及其触发的对流和降水。具体而言,Nudg能够维持城市的热岛,在城市热岛的下风方最先触发了对流,对流快速发展并稳定维持,从而在广州城市下风(西北)方形成了强降水。然而,Urba试验中城市热岛迅速减弱消亡,从而未能在城市下风方触发出对流,导致降水模拟的失败;尽管后期在城市下风方边缘及北部山区有零星的雷达回波,但均未能够发展形成组织化的对流单体或系统。对本次强降水事件对流的触发而言,城市热岛的加热作用较城市的摩擦辐合更重要。提出的Nudging地面加密观测间接地引入城市效应的方法可用于与城市下垫面相关的各类天气事件的模拟研究。 相似文献
2.
珠三角城市环境对对流降水影响的模拟研究 总被引：6，自引：2，他引：4
采用具有2 km分辨率的中尺度气象模式WRF及其耦合的单层城市冠层模式,以及Thompson云微物理方案,针对广州市附近发生的一次对流风暴过程,模拟研究了城市环境包括城市地表性质变化、城市空气污染可能引起的云粒子浓度增大现象对对流降水发展的影响问题.结果表明城市地表引起的热岛和干岛效应,可造成城市边界层高度升高,有利于城区附近辐合流场形成和不稳定能量增大.模拟结果显示,城市地表作用可在广州市南北各形成一个对流有效位能CAPE增大的辐合区,模拟对流降水回波起始发展于这些具有高不稳定能量的辐合区,并与观测雷达回波特征相一致,反映出城市地表对对流的起始发展及其发生位置有更直接作用.对流发展起来后,敏感试验反映出高云粒子浓度 (污染) 情形中有更多降水形成,降水增多可达20%以上.诊断分析发现降水增多与对流云中有更多雨水及过冷却云水形成有关系.增多的云水雨水通过相应的由于潜热释放增加引起的强上升运动被传送到较高层次,引起云中冻结过程及液态水和冰相物质之间的相互作用增强,从而导致更多冰相物质形成、降落地面降水增多. 相似文献
3.
中国地区城市热岛环流研究进展 总被引：1，自引：0，他引：1
城市热岛环流是由城市热岛激发的、存在于边界层的局地环流。这一环流常影响城市区域污染物的扩散及城市降水,是城市气象学的重点研究对象。在过去30多年间,中国城市热岛环流的研究不断取得突破,研究成果丰富。为了今后更有效地开展相关研究,本文从观测分析、理论与数值模拟研究两方面,回顾并总结了我国在热岛环流研究方面取得的成果,包括热岛环流的时空特征、产生机制,以及热岛环流与其他局地环流的相互作用。此外,本文总结了热岛环流对城市及其周边地区污染物水平和垂直分布的影响。 相似文献
4.
《气象科学进展》2014,(1)
2004年以来,北京地区开展了一系列城市气象观测试验,试验涉及城市边界层观测、城市暴雨适应性观测、复杂地形和城市局地环流观测、城市通量和能量平衡观测以及城市热环境观测。研究内容包括城市边界层结构、城市强降水可预报性、山谷风环流、海陆风环流、城市热岛环流、城市地表能量平衡、人为热估计和城市热岛时空分布特征等。通过观测试验,揭示了北京地区城乡边界层结构特征和差异、强降水条件下的边界层结构、城乡地表能量平衡特征以及京津冀地区复杂的局地性环流特征。在大城市强降水的可预报性上,利用适应性观测方法进行了尝试,取得了一些初步的成果。利用固定点加密观测结合流动观测的方法,获取了城市CBD的精细热岛分布。这些观测试验及其研究成果,对于研究复杂地形条件下的大城市和城市群的气象问题,具有很好的参考价值。 相似文献
5.
城市下垫面反照率变化对北京市热岛过程的影响——个例分析 总被引：13，自引：1，他引：13
随着城市的不断发展,城区地表反照率等下垫面物理特征和属性会发生明显的变化,进而会对城市热岛等大气环境形成影响。文中使用中国气象科学研究院开发的新一代数值天气预报模式(GRAPES),针对2004年10月北京一次重空气污染事件中的典型城市热岛过程,分别设计了两种数值试验方案:(1)对照试验,使用模式缺省的城区下垫面反照率参数,取值0.18;(2)敏感性试验,参考同期中国科学院大气物理研究所铁塔280m高度下垫面反照率观测事实,将北京区域城市类型下垫面反照率减小至0.15。通过对比两种试验方案在1km水平分辨率下的24h模拟结果,研究了城市下垫面反照率变化对北京地区城市热岛过程的影响。结果表明:(1)GRAPES模式可成功模拟此次热岛过程中城区和郊区近地面温度的日变化趋势;(2)城市下垫面反照率的变化对城市热岛的发展非常重要,城市反照率下降0.03会使城市热岛强度增强0.8℃左右,结果也更接近实况。这说明随着城市发展引起的地表反照率减小有利于城市热岛强度增加;(3)通过分析地表的长波辐射发现,在城市区域较小反照率情形下,城区的长波辐射始终比郊区大,有利于热岛的形成;同时也有利于城区近地层的风场辐合增加,对此次污染过程的发展是有利的。 相似文献
6.
不同边界层参数化方案和陆面过程参数化方案对一次梅雨锋暴雨显式对流模拟的影响分析 总被引：1，自引：0，他引：1
利用WRF模式对2007年7月8日淮河地区特大暴雨过程开展显式对流(1.1 km)模拟试验,比较两种边界层参数化方案和三种陆面过程参数化方案对降水模拟的影响。结果表明,不同边界层参数化方案和陆面过程参数化方案主要影响模拟的强降水位置和强度,而对雨带位置的影响不大。采用MYJ边界层方案模拟的强降水更接近观测,采用YSU方案模拟的强降水偏弱;陆面过程参数化方案对比,简单的热扩散方案模拟的强降水最强、最接近观测,而RUC方案模拟的强降水最弱,Noah方案居中;同时改变陆面方案和边界层方案比单一改变其中一种方案对模拟降水的影响更大。造成强降水模拟差异的主要原因是模拟的近地面(约1 km以下)大气的湿度和温度不同,导致支持对流发生发展的入流空气的对流有效位能(CAPE)不同,进而影响模拟的对流强度和地面降水量。对强降水模拟较好的试验模拟的近地面大气湿度更大,环境入流空气的CAPE更大,对流发展更强,地面降水也更强。 相似文献
7.
采用中尺度气象模式WRF结合自动站观测资料,对天津城区及附近发生的一次局地降水过程进行数值模拟和敏感性试验,研究了城市环境(城市地表、城市大气污染)对降水发生发展的影响。结果表明:城市地表引起的热岛环流,叠加海风环流后,改变了辐合线的位置和强度,直接影响了对流降水的发生及落区。城市大气污染状况可影响对流发展后的强度及降水量,敏感性试验结果显示气溶胶浓度增大后区域平均降水量增加约25%;气溶胶的增雨效应主要表现在可增进对流云中液态水和冰相物质含量,增多的液态水物质被强的上升气流抬升到较高处冻结形成冰晶,这一过程中增多的凝结潜热又可促进对流发展,最终导致地面总降水量增多,研究个例中气溶胶浓度增加可使潜热加热率最大增加110 K·h~(-1)。 相似文献
8.
《气象》2021,(4)
利用睿图-短期预报子系统的精细化预报结果、地面加密自动站、多普勒雷达、FY-4A卫星的逐5 min可见光云图以及北京探空等资料,对2018年7月22日发生在天津城区的一次突发性γ中尺度短时暴雨的热动力环境进行了详细分析。结果表明:此次暴雨发生在500 hPa副热带高压控制范围内,是由城区孤立风暴造成的一次局地强降水过程,具有范围小(不足20 km)、生命史短(1～2 h)、雨强大(62.4 mm·h~(-1))、中尺度边界层环境复杂等特点。暴雨是在上游降水系统的冷池边界还远离天津城区时,由城市热岛、上游冷池出流前的边界层弱冷空气、系统性东北风和午后逐渐形成的中尺度海风共同作用造成的。下垫面水平热力差异及地表能量平衡的结果导致天津中心城区形成较为显著的热岛效应,热岛强度达2～4℃,与热岛效应伴随的城市热岛暖低压的形成与发展导致城区形成中尺度辐合中心。上游降水产生的中尺度高压(上游降水区)和天津城市热岛暖低压(下游非降水区)之间的气压梯度导致冷池前沿形成了一支超越冷池出流边界而率先到达天津城区的一支北风,这支边界层弱冷空气与系统性东北风、海风在城市热岛暖低压作用下均向城区汇合,进一步增强了城区辐合中心的强度及维持时间。垂直方向上,沿城区的纬向、经向分别形成了两个方向相反的、非对称的中尺度次级环流,其上升支正好位于天津城区。上游冷池出流前中尺度锋区东移造成的水汽集中以及热岛效应伴随的局地热量累积使城区逐渐发展为高湿高能区,且垂直方向上不稳定度增强,为局地暴雨的发生提供了有利的中尺度环境条件。 相似文献
9.
从不同的陆面资料看城市化对北京强降水的影响 总被引：5，自引：0，他引：5
2004年7月10日,北京地区出现了一次强降水过程。该次过程主要是由中尺度对流云团的活动造成的,整个大环流形势给暴雨的发展提供了水汽条件。分析近地面的特征场发现,在降水发生前1—2h,北京城区存在一个暖中心,其温度比周边地区高出2—3℃,存在明显的热岛现象。该城市热岛现象的出现,使得城区的气压相对较低,郊区有较冷空气向城区辐合,有利于城区产生上升运动,形成对流降水。另外,对该次过程的数值模拟结果表明,使用了最新的陆面资料的模拟结果明显好于没有使用最新的陆面资料的模拟结果。这在一定程度上说明了城市热岛效应对该次强降水具有一定的影响。 相似文献
10.
“5.7”广州局地突发特大暴雨中尺度特征及成因分析 总被引：7，自引：0，他引：7
2017年5月7日广州局地突发特大暴雨,降水集中爆发于广州北部复杂地形区,单点小时雨量大、强降雨持续时间长。然而降水发生于副热带高压边缘、无明显的低空急流等天气系统配合,为弱强迫背景下的华南前汛期暴雨,加之珠三角地形复杂,其触发和组织维持机制等问题引起了气象科研和预报工作者的广泛关注。针对其降水特点,采用5 min自动气象站观测、分钟雨量、风廓线雷达、葵花8号气象卫星红外等高时空分辨率观测数据探讨中尺度对流系统的触发和组织维持过程,发现:中纬度入海高压南侧偏东风和低层切变系统为珠三角边界层南风风速辐合提供了有利的天气背景,喇叭口地形增强了风速辐合。小尺度地形辐射降温配合城市热岛在山前形成高温度梯度区,山风与南风对峙使地面辐合线在山前移速变慢有助于热带云团的生成。地形阻挡抬升和高温度梯度加强上升运动,南风风速脉动使云团迅速向山前移动,最终对流爆发。以暖云降水为主的对流系统产生弱冷池驱动对流系统连续传播,使强降水回波面积增大并在小尺度地形影响下稳定位于增城附近,产生极端小时雨强;中尺度对流系统的单体移动方向和传播方向近乎相反导致系统移动非常缓慢,后向传播明显,最终导致长时间强降水。 相似文献
11.
珠江三角洲城市群对夏季降雨影响的初步研究 总被引：5，自引：4，他引：1
利用TRMM 2A25卫星降水数据和CMORPH同化数据对珠三角洲地区的降水分布特征进行了探讨,观测表明：珠三角城市群区域总体处于降水的低值中心,且对流降雨的低值中心尤为明显;同时近10 a珠三角核心城市区域降雨有减少的趋势,这种降水减少的趋势可能与珠三角城市化效应有关。本文进一步利用WRF模式模拟分析了珠三角城市群发展对夏季降雨的影响,结果表明珠三角城市化使得该区域降雨减少,其原因为城市化使得地表的蒸发减弱及其大气中的水分供应减少,同时也抬升了珠三角区域边界层高度相应增强了低层大气水汽垂直混合。 相似文献
12.
利用2010年南京夏季城市热岛三维观测试验资料,分析了南京夏季典型天气条件下城市热岛的时空分布特征。结果表明,南京夏季高温晴天日平均热岛强度达1℃以上,夜间热岛强度稳定且强于白天,热岛分布具有方向性特征并与城市土地利用现状对应较好。白天,城市大气混合层的发展速度和高度均大于郊区;夜间,由于城市大气层结的不稳定及下垫面的粗糙特性,致使城市低空始终存在着一个对流混合层,其高度至少有250 m。城市下垫面高热量储存和强湍流输送的共同作用形成边界层内热岛,热岛强度总体上随高度递减,影响高度在白天约900 m、夜间约300 m。 相似文献
13.
为探讨粤港澳大湾区城市群对局地极端强降水的影响,采用WRF-ARW中尺度区域数值模式及GSI-3DVar同化系统,以ECMWF提供的ERA5再分析资料作为模式初始场和边界场,并进行多普勒雷达资料的三维变分同化,对2020年5月22日发生在大湾区的极端强降水过程进行数值模拟,研究城市对局地极端降水的影响过程与机理。结果表明:相较于未同化任何观测资料,加入雷达反射率和径向风资料的同化可提升降水的模拟能力,尤其对250 mm以上的特大暴雨量级的模拟改善效果最为显著;观测与对照试验共同表明,大湾区城市群一方面作为“热源”,通过感热和潜热过程提高了边界层大气温度,产生明显热岛效应的同时增强了低层大气的对流不稳定度,另一方面,较强的摩擦耗散过程使边界层风速减弱,更多的暖湿空气被截留在城市区域内部,有助于形成更强的热力不稳定与水汽辐合条件,从而使强降水中心落在城市区域边缘靠内部一侧;城市下垫面被替换为农田的敏感性试验进一步表明,城市下垫面造成的摩擦耗散作用可影响800 hPa以下的边界层,而缺乏城市冠层的摩擦耗散作用,边界层更强的西南风可将暖湿不稳定空气输送至城市区域下游更远处,并受到局地地形的强迫抬升,引起更强的垂直上升运动,从而造成比对照试验强度更大、落区位置更偏于城市下风方的降水中心。 相似文献
14.
城市热岛效应的研究进展与展望 总被引：24，自引：1，他引：23
随着世界各国城市化的进展,城市热岛效应已经成为一个跨学科领域的问题,受到包括大气环境、区域气候、水文和生态等多学科科学家的关注。在过去半个多世纪中,城市热岛问题的研究获得了相当丰富的研究成果,通过对这些成果的综合分析,归纳出城市热岛研究中采用的3类主要方法——观测(外场试验和遥感技术)、数值模拟以及实验室仿真法。系统地回顾了城市热岛效应的研究历史,重点对与城市热岛关系最密切的城市边界层、热岛环流与复杂地形的相互作用以及能量平衡研究所取得的成果进行了总结和评述。最后对城市热岛问题未来8个可能的研究方向进行了探讨,其中,包括沿海和复杂地形附近的城市热岛问题、城市群间热岛环流的相互作用、城市化与空气污染问题、城市热岛效应对平均降水的影响、城市化对雾和闪电的影响、城市天气预报的精细化、城市气候变化预测以及城市热岛效应减缓方案的制定,并对其发展前景进行了粗略的展望。 相似文献
15.
苏州-无锡-常州城市带热岛效应个例研究 总被引：2，自引：0，他引：2
应用WRF（weather research and forecasting）及其耦合的多层城市冠层模式BEP（building energy parameterization）,对2013年8月13日长江三角洲地区一次高温天气过程进行了模拟.此次过程盛行东南风,风向与苏州-无锡-常州城市带走向一致.模拟结果表明：苏州-无锡-常州城市带热岛效应明显,热岛强度向下游城市逐渐增加;在东南风作用下,三座城市的热岛连成一片,形成了一个更强大的热岛环流.夜晚,边界层逐渐趋于稳定,热岛环流减弱,有利于热岛温度向下游地区输送.热岛效应导致城市边界层高度明显上升.白天太湖产生强盛的湖风对其周边城市影响显著,来自太湖的冷气团导致无锡和常州边界层内热岛强度明显下降,抑制城市热岛向上发展,削弱了无锡与常州两城市热岛间的联系.白天太湖使得无锡和常州边界层高度明显下降. 相似文献
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应用WRF(weather research and forecasting)及其耦合的多层城市冠层模式BEP(building energy parameterization),对2013年8月13日长江三角洲地区一次高温天气过程进行了模拟。此次过程盛行东南风,风向与苏州—无锡—常州城市带走向一致。模拟结果表明:苏州—无锡—常州城市带热岛效应明显,热岛强度向下游城市逐渐增加;在东南风作用下,三座城市的热岛连成一片,形成了一个更强大的热岛环流。夜晚,边界层逐渐趋于稳定,热岛环流减弱,有利于热岛温度向下游地区输送。热岛效应导致城市边界层高度明显上升。白天太湖产生强盛的湖风对其周边城市影响显著,来自太湖的冷气团导致无锡和常州边界层内热岛强度明显下降,抑制城市热岛向上发展,削弱了无锡与常州两城市热岛间的联系。白天太湖使得无锡和常州边界层高度明显下降。 相似文献
17.
城市热岛与海风锋叠加作用对一次局地强降水的影响 总被引：3，自引：2，他引：1
利用常规观测资料、天津255 m气象塔资料、多普勒雷达资料和VDRAS反演资料及中尺度TJ WRF模式输出资料,对2010年8月16日天津城区出现的一次局地强降水过程进行分析,重点分析了城市热岛与海风锋叠加作用对此次局地强降水的触发机制。结果表明：此次局地强降水发生在低层槽后弱的反环流条件下,具有明显的γ中尺度对流降水特征;城市热岛效应能造成局地的热力不均匀,这对形成地面中尺度辐合线非常有利。海风锋由岸边向市区移动中与中尺度辐合线相遇,能激发局地不稳定能量的释放,从而产生强对流天气。城市热岛对海风锋的移动有明显阻挡作用;当海风锋移到城市热岛效应明显区域附近时,其后侧气流会出现明显分支绕流和爬升现象,而且两者相遇处的辐合上升运动会迅速加强,这为该地不稳定能量的释放及雷暴的发生发展提供了有利的动力热力条件。中尺度TJ WRF模式可以很好地模拟出这一现象。 相似文献
18.
应用2008年天津市14个自动气象站逐小时观测资料、北京站探空资料和天津站6h一次的地面常规观测资料,分析了2008年天津地区夏季海陆风对城市热岛日变化特征的影响.结果表明:在大气层结稳定条件下,海陆风日与非海陆风日相比,天津市热岛强度的日变化幅度增大,海风能使城市降温,削弱城市热岛强度,推迟夜间热岛的出现时间,而陆风能使夜间热岛显著增强;天津市热岛强度与海风向内陆传播的距离有密切关系,在海陆风日,当天气尺度地转风与离岸风的方向一致时,海风的传播距离较近,而当天气尺度地转风与向岸风方向一致时,海风的传播距离较远,当海风只能到达津南、东丽或宁河站时,天津市热岛强度增幅最大,随着海风传播距离的增加,热岛强度的总体增幅减小. 相似文献
19.
北京稳定天气条件下城市边界层环流特征数值研究 总被引：4，自引：0，他引：4
采用科罗拉多大学和MRC／ASTER共同开发的区域大气模拟系统（RAMS）对北京地区稳定天气条件下的个例进行数值模拟,通过对数值模拟结果与观测事实的比较以及敏感性试验,分析了北京城市边界层环流特征和环流影响因子在环流发展过程中的作用。结果表明：①在山谷风环流和热岛环流相互作用下形成了北京城市边界层流场特有的局地环流。②热岛中心在决定边界层环流的辐合区位置上起相对较大的作用,边界层环流的强度和发展高度由山谷风强度和热岛强度共同决定。 相似文献
20.
2017年“5.7”广州特大暴雨的中尺度特征分析与成因初探 总被引：7，自引：5，他引：7
2017年5月7日发生在广州北部的特大暴雨,局地性强,最大雨强达184.4 mm/h,3 h雨量突破了广东省历史极值,强降水持续时间长,具有明显的中尺度特征。特大暴雨有A区（花都）和B区（增城、黄埔）两个中心,它们在降水特点、地面中尺度特征及触发、对流的发展演变等方面各有特点。由于天气尺度强迫背景弱,数值模式无明显反映,给预报带来了很大的挑战。利用常规及加密自动站、多普勒雷达、风廓线、地基GPS等非常规观测资料,结合ERA-Interim 0.125 °×0.125 °逐6 h再分析资料重点分析和讨论了此次过程的中尺度特征、对流的触发与演变,以期为今后这类暴雨预报提供着眼点。结果表明:（1）此次过程突发性强,降水强度大,A区降水开始时间早,范围较B区小,但B区小时雨强更强,强降水持续时间更长;（2）次天气尺度边界层“7”字型的风压场形势下,脊后回流并加强的偏南风使暖层和湿层增厚,“下密上疏”的温度垂直结构,为强降水的发生提供了有利的环境条件。进入对流云中水汽质量无异常但产生了大量降水,极高的降水效率很可能是对流系统内部云水高效转化的结果,云的微物理过程在形成此次高强度的降水发挥着重要作用;（3）A区强降水发生前暖空气在山前堆积造成升温升压,东、西两支绕流广州城区的气流汇合并在工业区暖中心、山前暖空气堆积具有较高的对流边界层位置触发了对流;（4）B区强降水发生前持续降压并形成中尺度低压槽,A区中尺度对流系统前方入流造成的负变压,与地形强迫造成的风速辐合共同作用触发了B区对流。中尺度反气旋底部的偏北风与偏南、东南两支气流辐合稳定,使强降水长时间维持;（5）回波具有后向传播,垂直顶高低、质心低的热带对流回波特征,降水效率高。降水的拖曳下沉及蒸发冷却使边界层形成冷池,并与前侧暖湿空气相互作用,不断激发新的对流,冷池出流是持续抬升机制,是强降水持续时间长的重要原因。B区冷池厚度、暖湿气流爬升的高度与坡度比A区更大,冷池出流与暖湿气流辐合强度也比A区更强,造成B区雨强更强、持续时间更长,累积雨量更大。 相似文献