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1.
通过城市边界层观测、卫星遥感以及城市边界层数值模拟等途径,获取对城市陆面过程特性的认识,研究建立精细城市边界层模式,引入合理城市区陆面过程参数化方案,并进行城市边界层结构影响研究。研究结果表明：①城市下垫面能量平衡过程迥异于自然地表,引入合理的参数化方案是改善数值模拟性能的关键。②高分辨卫星观测信息是认识城市地表参数状况及其变化的有效途径。 ③人为热排放参数化方案的合理引入是准确描述地表能量平衡过程的又一重要课题。需根据实际情况确定人为热排放的引入方案及量值变化。④应从合理描述城市建筑物下垫面对热力输送及大气动力场的影响出发,研究建立了多层城市冠层模式。⑤应建立更完善的多尺度城市边界层模式系统并引入更新的城市效应参数化方案和数据同化处理,以增强并完善城市边界层数值模拟能力。 相似文献
2.
中尺度天气现象对人类的生产生活有重要影响,中尺度数值预报模式是进行数值天气预报的主要工具。受模式分辨率和对天气现象物理机制认识不足的限制,许多复杂天气过程只能用参数化方案来隐式表达,对参数化方案进行研究有助于推动中尺度数值预报模式的模拟和预报效果的不断优化。在探讨国内外典型中尺度数值预报模式特性的基础上,综述了积云对流参数化方案、云微物理参数化方案、边界层参数化方案、陆面过程参数化方案和辐射传输过程参数化方案的研究进展,比较了代表性参数化方案的理论基础和应用场景,发现对独立或组合参数化方案效果的对比试验和改进试验是该领域主要的研究范式。认为参数化方案未来将走向深入探讨各种天气现象的影响因素和物理机制,多要素、多尺度和多方案耦合,更加重视对“灰色区域”的模拟,应用选择更加多元化,并与机器学习技术融合的发展模式。 相似文献
3.
随着计算能力的不断提高,数值天气预报模式的水平网格分辨率已经达到公里—次公里量级,这一网格尺度与对流边界层中的湍流特征尺度相当,数值模式可以对有组织对流结构进行解析计算。传统的一维边界层参数化方案（适用于几公里或更粗水平分辨率）和大涡模拟三维湍流闭合方案（适用于几十米以下水平分辨率）的假设条件在这一尺度上均不成立,称为对流边界层的灰区尺度。在讨论传统参数化方法的适用性和局限性的基础上,从理论、方案方法和影响3个方面介绍了对流边界层灰区尺度的研究进展,总结了近20年来国内外发展的各对流边界层灰区尺度模拟方法的特点,探讨了该尺度上边界层过程对数值模式中其他物理过程（如浅/深对流等）的影响,最后展望了未来可能的研究方向和思路。 相似文献
4.
大气边界层作为连接下垫面和自由大气的重要桥梁,不仅影响局地的各种天气过程的发展和演变,而且在区域和全球的天气和气候变化中也扮演着关键角色。鉴于大气边界层自身的复杂性,对其数值模拟一直以来都是大气数值模拟研究中的热点和难点。通过归纳近几十年来大气边界层数值模式发展经历的3个阶段,梳理了干旱半干旱区、青藏高原地区和城市复杂下垫面3个陆地气候关键区边界层过程,以及海洋上特殊的台风边界层数值模拟研究取得的重要进展;总结出当前大气边界层数值模拟研究所面临的5个亟待解决的关键科学问题:云与边界层相互作用、边界层参数化、模式分辨率、边界层资料同化以及边界层发展机制。并明确了该领域未来需要在加强不同类型大气边界层过程的认识、边界层底和顶界面交换过程的理解、特殊地区边界层发展机制的解释、边界层参数化方案的改进、大涡模拟在边界层模拟中优势的充分发挥等5个方面开展重点研究,以期能为今后更系统地开展大气边界层数值模拟及相关研究提供参考依据。 相似文献
5.
对黑河流域上游山区水源涵养林区2003年春季土壤温度、湿度变化进行分析,运用耦合冻土参数化和没有耦合冻土参数化的大气模式MM5对该区春季过程进行了模拟,并与观测值进行对比,对模拟的产流量做了初步分析.结果显示:考虑冻土参数化方案对土壤温度模拟的改进主要体现在表层土壤,对深层土壤温度的模拟没有大的改进;考虑冻土参数化方案改进了对100 cm深度以内的土壤含水量的模拟,很大程度上缩小了模拟值与观测值之间的绝对误差.总体来讲,考虑了冻土参数化的模拟结果在一定程度上改进了模式对黑河流域上游季节冻土区土壤温、湿状况的模拟,在一定程度上逼近祁连山区的春季土壤状况.考虑冻土参数化和没有考虑冻土参数化对产流量的模拟表明,冻土参数化对产流量模拟有很大影响,冻土形成的不透水层可以产生更多的地表径流.尽管考虑冻土参数化过程对模拟结果有一定程度的改进,但模拟结果与实测结果还是有一定差距的.因此,进行寒区冻土过程模拟时,还需要进一步对土壤信息、模式物理过程,大气背景场驱动数据以及局地因素进行详细而精确的考虑,以期进一步提高模式在寒区的模拟性能,特别是为高寒山区无观测地带陆气相互作用研究提供依据. 相似文献
6.
随着空间探测技术和计算机能力的不断提高,近年来中层大气模式得到了快速的发展。简要概述了中层大气模式的现状及其发展中存在的问题和挑战,同时也阐述了中层大气模式在近年来研究中的一些主要应用和未来的发展前景。目前,完备的基于大气环流模式的中层大气模式大多只包括了对流层和平流层大气,少量的模式可达到中间层和热层大气。这些现有的中层大气模式对平流层的化学过程和一些动力过程都具有了一定的模拟能力,如能较好地模拟出南极臭氧空洞及其时间演变以及热带平流层大气中的准两年和准半年振荡信号。但是不同模式模拟结果之间的差异仍然是显著的,现有的中层大气模式还需要进一步的发展和完善。改进模式的辐射传输方案和重力波参数化方案,实现大气化学过程、动力过程和微物理过程的充分耦合,改善平流层以上的大气化学过程和物理过程在模式中的描述是目前正在进行的工作。中层大气模式目前已开始被广泛应用于大气科学研究的各个方面,进一步发展和完善中层大气模式不仅对天气、气候预报具有重要的意义,对空间科学的研究来讲也是需要的。 相似文献
7.
云微物理参数化方案在数值模式中起着重要的作用,是影响数值天气预报和气候预测准确性的最大因素。系统回顾了中尺度数值模式中云微物理参数化方案的研究进展,并统计分析了最近十余年云微物理参数化方案在中国范围内的敏感性试验研究成果。Lin方案和Rutledge-Hobbs方案奠定了中尺度模式中云微物理参数化方案的基础,其他方案都是直接或间接在这2个方案的基础上从多方面改进而形成的。这些改进主要体现在:①水凝物粒子分类数目;②冰核活化;③粒子谱分布描述函数;④粒子谱截距的取值;⑤粒子间相互转换阈值大小的设定。中国范围内云微物理参数化方案敏感性试验研究成果统计表明,使用WRF模式中Lin方案的模拟效果较好,MM5模式采用Goddard和Reisner方案效果较好。 相似文献
8.
数值天气预报模式对天气过程发展的物理描述主要通过物理过程参数化实现,因此,物理过程参数化方案的发展一直是国际研究热点,也是数值模式改进的难点。在阐述对流、云微物理和边界层等主要物理参数化方案的理论基础和发展历史的基础上,指出在高分辨率模式网格条件下的物理过程参数化方案改进将是未来数值模式发展的核心问题。随着高性能计算能力的迅速发展,目前业务模式网格距已逐渐精细到小于10 km,但模式所使用的物理过程参数化方案大多并未针对高分辨率网格设计,其理论假设的适用性值得商榷。根据目前国际研究趋势,探讨了今后物理过程参数化方案研究改进的重点方向。 相似文献
9.
针对Noah-MP模型多参数化方案、模拟结果不确定性范围难以确定的特点,选取北疆地区具有代表性的阿勒泰站气象资料作为模型驱动数据,探讨了积雪对多参数化方案的敏感性。在不考虑模型参数和驱动数据不确定性的条件下,设计了集合数为13824的多参数化方案集合模拟试验。选用Natural selection方法对物理过程的敏感性进行分析,并在敏感性分析结果的基础上进一步讨论了模拟结果的不确定性。结果表明:积雪对地表热交换、雨雪分离、土壤温度底层边界条件和第一层积雪或土壤时间方案4个物理过程敏感;在不考虑驱动数据和模型参数不确定性的条件下,多参数化方案集合模拟试验中的不确定性主要来源于敏感物理过程。去除敏感物理过程中能够明显降低模拟性能的参数化方案后,集合模拟结果的不确定性大幅减小。最后,根据分析结果构建了该站雪深和雪水当量模拟的最优参数化方案组合。 相似文献
10.
通过数值模拟方法,研究了降水对区域尺度、积云对流参数化等的敏感性.结果表明:由于较小区域尺度的模式内部场和大尺度分析场激发的外强迫之间有更强的束缚,这种束缚使得内外强迫更容易达到一致.小区域尺度模拟的降水型比大的区域尺度的模拟更好,但同时,大的区域尺度消弱了由于模式侧边界效应产生的虚假动力效应,模拟的降水在量值上更加接近于观测值.因此,进行区域气候模拟时,须根据需要对模式区域进行仔细的选择.结果同时表明,由于Grell方案倾向于模拟更多的对流降水,因此Kuo-Anthes方案对西北地区降水型和量值的模拟比Grell方案更接近于实际.由于地形对于降水的重要意义,在复杂地形下进行区域气候模拟时有必要在模式中仔细描述地形. 相似文献
11.
Urban pluvial flash floods have become a matter of widespread concern, as they severely impact people’s lives in urban areas. Hydrological and hydraulic models have been widely used for urban flood management and urban planning. Traditionally, to reduce the complexity of urban flood modelling and simulations, simplification or generalization methods have been used; for example, some models focus on the simulation of overland water flow, and some models focus on the simulation of the water flow in sewer systems. However, the water flow of urban floods includes both overland flow and sewer system flow. The overland flow processes are impacted by many different geographical features in what is an extremely spatially heterogeneous environment. Therefore, this article is based on two widely used models (SWMM and ANUGA) that are coupled to develop a bi-directional method of simulating water flow processes in urban areas. The open source overland flow model uses the unstructured triangular as the spatial discretization scheme. The unstructured triangular-based hydraulic model can be better used to capture the spatial heterogeneity of the urban surfaces. So, the unstructured triangular-based model is an essential condition for heterogeneous feature-based urban flood simulation. The experiments indicate that the proposed coupled model in this article can accurately depict surface waterlogged areas and that the heterogeneous feature-based urban flood model can be used to determine different types of urban flow processes. 相似文献
12.
城市洪涝模拟是当前国内外城市防洪减灾领域研究的热点。现有城市洪涝模拟方面的评述,主要依据城市洪涝过程或模拟计算方法进行分类讨论,缺乏基于应用需求的视角。随着应用需求日益深入,城市洪涝模拟应用场景日趋多样化和复杂化,不同模拟应用场景下,所关注的洪涝过程不同,采用的技术策略及其重点和难点也不同,脱离模拟应用场景很难辨析这些不同。依据模拟对象和关注变量,归纳总结出城市洪涝模拟的3种典型应用场景,即城市外洪模拟、城市雨洪模拟、城市内涝模拟;针对这3种典型模拟应用场景,分析相应的城市洪水演进模型、城市雨洪模型、半分布式暴雨内涝模型、全分布式暴雨内涝模型等4类模拟技术策略;辨析在不同模拟应用场景和技术策略下,不同模拟技术的组合方式及其特点与难点,以期从应用需求的角度对城市洪涝模拟技术进行全面的梳理,为城市洪涝模拟应用和研究提供一个新的视角。 相似文献
13.
Hydrodynamic models have been widely used in urban flood modelling. Due to the prohibitive computational cost, most of urban flood simulations have been currently carried out at low spatial resolution or in small localised domains, leading to unreliable predictions. With the recent advance in high-performance computing technologies, GPU-accelerated hydrodynamic models are now capable of performing high-resolution simulations at a city scale. This paper presents a multi-GPU hydrodynamic model applied to reproduce a flood event in a 267.4 km2 urbanised domain in Fuzhou, Fujian Province, China. At 2 m resolution, the simulation is completed in nearly real time, demonstrating the efficiency and robustness of the model for high-resolution flood modelling. The model is used to further investigate the effects of varying spatial resolution and using localised domains on the simulation results. It is recommended that urban flood simulations should be performed at resolutions higher than 5 m and localised simulations may introduce unacceptable numerical errors. 相似文献
14.
Models of spatial choice behaviour have been around in geography urban planning for decades to assess the feasibility of planning
actions or to predict external (competition) effects on existing destinations. Although these models differ in terms of complexity
and key concepts, they all have in common that spatial choice behaviour is predicted as a function of the attributes of the
choice alternatives and distance or travel time separation only. None of these models do take into account that the attributes
of choice alternatives and travel time may be highly non-stationary and that often the utility that people derive from visiting
a particular location also depends on the choice behaviour of other individuals. Under these circumstances, individuals may
exhibit strategic choice behaviour. That is, they will choose particular choice options taking into account their expected
behaviour of others such as to maximize their own utility. The purpose of the proposed paper is to discuss possible models
of strategic choice behaviour for these urban planning problems. Theory will be outlined and some critical issues in the application
of such models to problems of spatial choice will be discussed. 相似文献
15.
An effective and efficient planning of an urban growth and land use changes and its impact on the environment requires information about growth trends and patterns amongst other important information. Over the years, many urban growth models have been developed and used in the developed countries for forecasting growth patterns. In the developing countries however, there exist a very few studies showing the application of these models and their performances. In this study two models such as cellular automata (CA) and the SLEUTH models are applied in a geographical information system (GIS) to simulate and predict the urban growth and land use change for the City of Sana’a (Yemen) for the period 2004–2020. GIS based maps were generated for the urban growth pattern of the city which was further analyzed using geo-statistical techniques. During the models calibration process, a total of 35 years of time series dataset such as historical topographical maps, aerial photographs and satellite imageries was used to identify the parameters that influenced the urban growth. The validation result showed an overall accuracy of 99.6 %; with the producer’s accuracy of 83.3 % and the user’s accuracy 83.6 %. The SLEUTH model used the best fit growth rule parameters during the calibration to forecasting future urban growth pattern and generated various probability maps in which the individual grid cells are urbanized assuming unique “urban growth signatures”. The models generated future urban growth pattern and land use changes from the period 2004–2020. Both models proved effective in forecasting growth pattern that will be useful in planning and decision making. In comparison, the CA model growth pattern showed high density development, in which growth edges were filled and clusters were merged together to form a compact built-up area wherein less agricultural lands were included. On the contrary, the SLEUTH model growth pattern showed more urban sprawl and low-density development that included substantial areas of agricultural lands. 相似文献
16.
全球气候变化和快速城市化导致的城市水循环过程变化是当前城市水文学研究的热点问题。为综合理解城市水循环演变过程,结合城市水文学的发展历程,剖析水循环过程对快速城市化进程的响应机制。总结了国内外城市化水文效应的主要成果,包括城市化对水循环过程、洪涝灾害、水生态系统以及水资源的影响。系统归纳了城市化水文效应的评估方法和技术手段。针对现有研究中的不足,指出变化环境下城市化水文效应研究面临的主要挑战及关键技术难题,提出未来研究的重点方向,如城市化降水效应的机理、不透水面的分布及有效性评估、城市化与水生态系统的响应关系与综合城市水资源管理及需水预测等。 相似文献
17.
煤是自然界中一种常见的沉积岩,它具有显著的各向异性特征。然而目前针对煤体渗透特性研究,多数学者为了简化问题,多假设煤体为各向同性材料,提出了相应的各向同性渗透模型。这类模型并不能完全反映含瓦斯煤气-固耦合真实工程和室内试验的实际情况。假设煤体为横观各向同性,推导出以不同方向模量损失率为关键参数的煤体各向异性渗透模型,在此基础上,推导出含瓦斯煤的气-固耦合控制方程,并植入Comsol计算平台,系统研究煤体各向异性对气体扩散和渗透的影响。理论和数值研究结果表明：不同方向的模量损失率 反映出煤体结构各向异性变化程度,若 不同,其煤体各方向渗透特性也不相同;煤体渗透率的改变主要受解吸附效应和有效应力作用双重影响, 反映了这两种效应对于渗透率的影响程度;单轴应变或位移控制边界条件下,水平方向的模量损失率 对于垂直方向的煤体渗透率改变量 的影响程度大于对水平方向的煤体渗透率改变量 的影响程度,垂直方向模量损失率 对 的影响则弱于对于 的影响。 相似文献
18.
很多学者从不同的角度用不同的方法模拟了从有机母质 (包括煤和干酪根等气源 )形成天然气 (甲烷 )时的碳同位素分馏效应 ,建立了碳同位素分馏效应的很多模型 ,同时也讨论了催化作用和成烃后作用对天然气碳同位素的影响。但这些理论模型和模拟实验结果都还不能完全地拟合自然界中热成因甲烷碳同位素的分布 ,也未能从本质上完全阐明其碳同位素的分馏机制。其原因是各种模型的前提假设都未能完全满足复杂的自然界条件。今后工作的重点应放在用化学动力学的方法建立更完善的模型上 ,同时也应当重点考虑催化作用和成烃后作用对天然气同位素的影响。 相似文献
19.
The change in atmospheric relative humidity affects the physical and optical properties of aerosol particles. It would be
interesting to study the effect of an increase in relative humidity on the angular scattering of light by aerosols (by incorporating
the changes due to it as the complex refractive index and the parameters of the size distribution function). In the present
paper we have computed the angular scattering function for rural and urban aerosols, for light of wavelength 0.55 μn. The
results obtained for these two models, representative of different environments, are interesting and show some discriminating
features. 相似文献
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