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WRF_Lake湖气模式对我国太湖的湖温模拟应用评估 总被引：1，自引：0，他引：1
文章把一维热扩散湖模式成功地耦合到中尺度天气研究和预报模式WRF3.2中,建立了湖气耦合模式。并用太湖区梅梁湾获得的2010年8月11—28日的观测资料对该耦合模式模拟湖温的能力进行了初步评估。设计了3组方案进行对照试验,分别为:(1)没有加入湖模块的WRF模式试验(WRF);(2)没有对参数进行优化的原始耦合模式试验(WRF_Lake_Old);(3)对3个参数进行优化后的耦合模式试验(WRF_Lake_New)。结果表明耦合了湖泊模块并且参数优化后的湖气耦合模式(WRF_Lake_New)比没有包含湖面方案的WRF模式对太湖水温的模拟能力有了很大的改进。WRF_Lake_New能够合理地模拟出太湖梅梁湾上湖表温度的日变化,模拟的湖表温度误差范围平均在±1℃左右,模拟的空气温度平均误差范围在±0.5℃以内,模拟的感、潜热通量也与观测更为接近。该耦合模式在太湖的初步评估结果表明,该湖气耦合模式为下一步研究湖泊过程和湖气相互作用提供了重要的工具。 相似文献
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湖泊模式为青藏高原湖-气相互作用研究提供了有效方法,而驱动数据对模拟结果影响显著,但目前用来驱动模式的再分析资料对高原不同地区湖泊的适用性依然不够清楚。利用野外观测数据、M ODIS地表温度数据和WRF耦合的一维湖泊模式,对比分析了中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集(简称ITPCAS)、ERA-Interim和NCEP/NCAR三套再分析资料在青藏高原地区纳木错、班公错和鄂陵湖三个不同深度湖泊的适用性,并对三套再分析资料的准确性进行了初步验证,进一步分析了不同校正方式后的再分析资料对模拟结果的影响。结果表明,用三套不同再分析资料作为模式驱动数据时,WRF耦合的一维湖泊模型均能够较好地模拟出高原湖泊表面温度的变化,但仍然与MODIS观测结果存在偏差。三套再分析资料中ITPCAS数据集的各气象要素与站点观测更为接近,ERA-Interim数据的向下长波和短波辐射比观测值偏大,NCEP/NCAR数据中的向下长波较观测值偏小而风速偏大。利用站点观测对再分析资料进行校正,ITPCAS数据进行全要素校正前后模拟结果差别不大,ERA-Interim和NCEP/NCAR进行全要素校正后模拟结果准确性显著提高;对于实地观测资料匮乏的地区,单独对ERA-Interim向下短波辐射数据进行校正以及同时对NCEP/NCAR气温和向下长波辐射数据进行校正均能优化湖表面温度的模拟结果。 相似文献
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太湖微气候条件及局地热环境的研究对于太湖周边城市地区可持续发展以及大气宏观调控具有重要意义。为了更准确模拟太湖湖-气交换,将CLM4-LISSS浅水湖泊陆面过程参数化方案耦合进入WRF中的Noah陆面过程模型。采用太湖湖上平台及岸边陆上测站观测的数据,评估了CLM4-LISSS浅水湖泊过程方案对太湖区域近地层气象条件的模拟性能。并基于耦合模型模拟研究了太湖对周边城市区域热环境的影响。结果表明,CLM4-LISSS湖泊陆面过程方案模拟的湖表面温度能反映真实温度的变化趋势。两种陆面过程方案在2 m气温的模拟值也存在一定的差异。CLM4-LISSS与Noah方案计算所得湖上2 m气温的模拟值与观测值的平均均方根误差分别为1.77和2.22℃,平均相关系数分别为0.88和0.84;模拟10 m风速的平均均方根误差分别为1.93和2.78 m/s,平均相关系数为0.72和0.68。太湖对周边城市热环境存在明显的影响。8月太湖对周边地区15时（北京时）近地层平均降温0.5-0.7℃,影响范围达60 km。06时太湖导致周边近地层平均升温达0.7-1℃,影响范围达50 km。湖风带来的冷空气抑制了城市热岛的垂直运动,在高温天气下使得苏州、无锡和常州城市地区昼间边界层下降高度可达300、400和100 m。无锡地区边界层内气温最高降幅可达0.5-0.7℃。通过选取无锡地区2015年8月28日高温小风天气作为背景条件,分析该地区湖风对城市热岛环流的影响机制。结果表明湖风能够破坏无锡地区的热岛环流结构,改变近地面热量和水汽的分布,抑制城市热岛的垂直发展,并影响至整个无锡地区。局地热力环流的变化对于局地气候以及污染物质的输送与扩散有可能产生重要影响,准确的湖泊陆面过程参数化方案对于天气预报、空气污染模拟,以及气候模拟研究等均具有重要意义。 相似文献
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一个新的湖—气热传输模型及其模拟能力评估 总被引：3，自引：0，他引：3
基于原有模型,采用温度为预报变量,改进了数值计算方法,并为模型中的浅湖部分加入了底部沉积层模块,建立了一个新的湖泊一维涡扩散水热传输模型。利用德国Kossenblatter 湖的观测资料（2003 年5～10 月）对模型进行了验证,并与其他四个湖泊模式的模拟结果进行了对比。进一步应用本模型和洱海水上观测站的资料（2012 年1～12 月）详细分析了湖泊水热状态的季节变化和日变化。模拟结果表明:模型可以很好地模拟出洱海水温的季节变化以及日变化,湖泊表面温度和剖面温度的模拟值与观测值吻合很好,最大误差均在2℃ 范围内;湖泊表面通量的模拟效果比温度略差,尤其对感热通量有明显低估,差值约为实测值的33%。这部分偏差可能是由观测误差、缺测数据的填补与订正方法以及模型表面参数化过于简单所共同导致。 相似文献
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一维湖泊模式是青藏高原湖泊研究的主要手段之一,但不同湖泊模式在青藏高原适用性及其差异依然不够明确。利用MODIS地表温度数据、青藏高原鄂陵湖站点观测的气象数据、湖温及湖面能量数据,驱动、评估和对比了目前应用最为广泛的两个一维湖泊模式Freshwater Lake Model(FLake)和Community Land Model version 4.5(CLM4.5)中耦合的湖泊模块在青藏高原典型湖泊的适用性。结果表明:FLake和CLM模式均能较好的对湖泊热力状况进行模拟,CLM模式对于湖表面温度和湖泊内部不同深度的温度模拟优于Flake模式,净辐射和能量的累积也是CLM模式的模拟值更接近观测值。造成Flake模式模拟偏差更大的原因与模式中计算感热、潜热的摩擦速度有关,观测的摩擦速度均值为0.22 m·s-1,CLM模式中的摩擦速度与观测值接近,为Flake模式的1.5倍,将CLM模式中的摩擦速度替换到Flake模式中后模拟结果有明显的改善。 相似文献
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与深水湖泊相比,太湖等浅水湖泊更容易发生富营养化和水资源危机,且对气候变化的响应更为敏锐。本文利用气候模式产品数据驱动CLM4-LISSS湖泊陆面过程模型,模拟分析未来(2010—2100年)RCP2.6、RCP4.5、以及RCP8.5不同温室气体排放情景下太湖蒸发量的变化特征及其影响因子。结果表明:(1)CLM4-LISSS模型湖表温度的观测值与模拟值的相关系数为0.94,均方根误差为0.85℃,准确的湖表气温模拟使得通量的结果也比较准确,潜热模拟与观测的相关系数在0.78,均方根误差为55.32 W·m~(-2);(2)2010—2100年,三种不同温室气体排放情景下太湖蒸发都呈现增加的趋势,但增量比例不同,RCP2.6,RCP4.5和RCP8.5情景下,蒸发量每10 a增加量分别为23.7 mm,29.2 mm和34.5 mm。蒸发量的增加速率随着辐射强迫的增加而增大,其变化主要受风速与水汽压差的乘积的影响。 相似文献
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一个含植被影响的湖陆风数值模式 总被引：3，自引：1，他引：3
建立一个包含植被影响参数化的二维湖陆风数值模式。它以改进的Ｎｉｃｋｅｒｓｏｎ（１９７９）二维中－β尺度数值模式为动力学框架，并加入ＭｃＣｕｍｂｅｒ等（１９８１）的土壤模式和Ｄｅａｒｄｏｒｆｆ（１９７８）的植被参数化方案，然后以Ｔｈｅｒｒｙ等（１９８３）的湍流参数化和Ｍａｈｒｅｒ等（１９７７）改进的辐射参数化方法闭合此控制系统。最后，以太湖湖陆风对陆地植被覆盖因子作了敏感性试验，结果表明植被覆盖对湖 相似文献
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湖陆下垫面的非均匀性对强对流天气的发展演变有很大的影响。鄱阳湖是我国最大的淡水湖,湖面积具有明显的月变化和季节变化,而模式中的下边界一般默认湖面积不变,这与实际情况的差异较大,必然带来模式预报误差。利用WRF模式对夏季夜间发生在鄱阳湖地区的一次强对流天气过程进行数值模拟,并通过湖面积变化的敏感性试验,深入研究鄱阳湖对强对流天气发展演变的影响及其机理,结果表明：夏季夜间湖面上空2 m温度明显高于陆面,向湖陆风在湖面上空辐合上升,岸边则存在下沉辐散气流。这导致降水在湖西岸减弱、湖上空增强。随后用去湖敏感性试验印证了鄱阳湖的暖湖效应,湖泊的存在能够通过激发陆风次级环流对湖西岸（湖面）上空降水起抑制（促进）作用。去湖试验的降水在湖西岸增强20%,在湖面上空减弱16%,体现出湖泊对降水强度的重要影响。此外,还发现湖面积扩大1.5、2.5、3.5、4.0倍的扩湖敏感性试验的降水在湖面上空分别增幅7%、16%、30%、43%,进一步证实了强对流强度对鄱阳湖面积变化较为敏感。这指示我们在预报夏季夜间穿湖而过的强对流天气时,应重点关注其可能存在的入湖前减弱、入湖后增强的变化趋势。同时,在利用数值模式模拟湖区强对流天气过程时,如果湖面积与模式中默认的湖面积相差较大,则应考虑将实际湖面积引入模式下边界,以期提升模式对于湖区对流的预报能力。 相似文献
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湖泊对气候变化非常敏感,是气候变化的指示器。青藏高原湖泊众多,但由于观测数据的缺乏,目前对全球变暖背景下高原湖泊热力状况的研究依然不足且多为短期研究。利用中国科学院青藏高原研究所(ITPCAS)开发的中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集、MODIS地表温度数据、青海湖浮标观测数据,分析了Freshwater Lake Model(简称Flake模式)在青海湖的适用性,揭示了青海湖热力状况对气候变化的响应。结果表明,Flake模式能够很好的模拟出青海湖的热力状况,但对夏季与秋季的湖表面水温(特别是夜间)模拟偏高,部分是驱动数据误差造成的,修正驱动数据后模拟效果得到改善。对1989 2012年Flake模拟的湖表面温度与ITPCAS数据不同驱动要素之间的年际变化趋势与相关性进行分析,发现青海湖表面温度呈现上升趋势,与气温、向下长波辐射有较好的正相关性,而与风速负相关。内部热力状况的模拟结果显示,青海湖混合层温度基本全年呈上升趋势,其中5、6月及12月增温最显著;湖泊底层温度在5月以及12月的两次季节性翻转时期呈上升趋势,在6 10月湖水分层期呈下降趋势,分层期湖泊上层温度升高会加强湖水层结稳定性,使湖水混合减弱,导致底层温度下降。 相似文献
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湖泊对气候变化非常敏感,是气候变化的指示器。青藏高原湖泊众多,但由于观测数据的缺乏,目前对全球变暖背景下高原湖泊热力状况的研究依然不足且多为短期研究。利用中国科学院青藏高原研究所(ITPCAS)开发的中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集、MODIS地表温度数据、青海湖浮标观测数据,分析了Freshwater Lake Model(简称Flake模式)在青海湖的适用性,揭示了青海湖热力状况对气候变化的响应。结果表明,Flake模式能够很好的模拟出青海湖的热力状况,但对夏季与秋季的湖表面水温(特别是夜间)模拟偏高,部分是驱动数据误差造成的,修正驱动数据后模拟效果得到改善。对1989 2012年Flake模拟的湖表面温度与ITPCAS数据不同驱动要素之间的年际变化趋势与相关性进行分析,发现青海湖表面温度呈现上升趋势,与气温、向下长波辐射有较好的正相关性,而与风速负相关。内部热力状况的模拟结果显示,青海湖混合层温度基本全年呈上升趋势,其中5、6月及12月增温最显著;湖泊底层温度在5月以及12月的两次季节性翻转时期呈上升趋势,在6 10月湖水分层期呈下降趋势,分层期湖泊上层温度升高会加强湖水层结稳定性,使湖水混合减弱,导致底层温度下降。 相似文献
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The aquatic eco-environment is significantly affected by temporal and spatial variation of the mixed layer depth(MLD) in large shallow lakes.In the present study,we simulated the three-dimensional water temperature of Taihu Lake with an unstructured grid with a finite-volume coastal ocean model(FVCOM) using wind speed,wind direction,short-wave radiation and other meteorological data measured during 13-18 August 2008.The simulated results were consistent with the measurements.The temporal and spatial distribution of the MLD and the possible relevant mechanisms were analyzed on the basis of the water temperature profile data of Taihu Lake.The results indicated that diurnal stratification might be established through the combined effect of the hydrodynamic conditions induced by wind and the heat exchange between air and water.Compared with the net heat flux,the changes of the MLD were delayed approximately two hours.Furthermore,there were significant spatial differences of the MLD in Taihu Lake due to the combined impact of thermal and hydrodynamic forces.Briefly,diurnal stratification formed relatively easily in Gonghu Bay,Zhushan Bay,Xukou Bay and East Taihu Bay,and the surface mixed layer was thin.The center of the lake region had the deepest surface mixed layer due to the strong mixing process.In addition,Meiliang Bay showed a medium depth of the surface mixed layer.Our analysis indicated that the spatial difference in the hydrodynamic action was probably the major cause for the spatial variation of the MLD in Taihu Lake. 相似文献
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采用考虑沉水植物影响的E-ε湍流动能闭合湖泊热力学过程模型,模拟2013年8月东太湖湖-气交换过程,并利用太湖的站点观测数据对模型进行了验证。太湖水温的模拟值与观测值吻合较好,模型计算的各层水温与观测值相比,均方根误差均未超过1℃。同时模型也较好地模拟出太湖表面感热通量和潜热通量,潜热通量的模拟值与观测值的标准差为54.7 W/m2。由于湖水较浅,太湖的水温层结会明显受到天气状况的影响。晴朗小风条件下的湖水呈现显著的热分层现象,当风速为0.8 m/s,高层和底层的温差达到7.9℃。大风天气条件驱动较强的水体湍流混合,水温的热分层消失,风速为12 m/s,湖泊上层与底层的水温差仅0.12℃。此外,模拟结果较好地呈现出了东太湖沉水植物的存在通过增大湖体消光系数,减小到达湖体内部的热量,并增加对湖水的阻力,影响湖体中湍流动能的分布,并进而影响湖水温度的分布。综上所述,该模型能够较好地模拟出浅水大湖湖-气交换的过程。 相似文献
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Diurnal and Seasonal Variations of Thermal Stratification and Vertical Mixing in a Shallow Fresh Water Lake 总被引：1，自引：0，他引：1
Yichen Yang Yongwei Wang Zhen Zhang Wei Wang Xia Ren Yaqi Gao Shoudong Liu Xuhui Lee 《Acta Meteorologica Sinica》2018,32(2):219-232
Among several influential factors, the geographical position and depth of a lake determine its thermal structure. In temperate zones, shallow lakes show significant differences in thermal stratification compared to deep lakes. Here, the variation in thermal stratification in Lake Taihu, a shallow fresh water lake, is studied systematically. Lake Taihu is a warm polymictic lake whose thermal stratification varies in short cycles of one day to a few days. The thermal stratification in Lake Taihu has shallow depths in the upper region and a large amplitude in the temperature gradient, the maximum of which exceeds 5°C m–1. The water temperature in the entire layer changes in a relatively consistent manner. Therefore, compared to a deep lake at similar latitude, the thermal stratification in Lake Taihu exhibits small seasonal differences, but the wide variation in the short term becomes important. Shallow polymictic lakes share the characteristic of diurnal mixing. Prominent differences on the duration and frequency of long-lasting thermal stratification are found in these lakes, which may result from the differences of local climate, lake depth, and fetch. A prominent response of thermal stratification to weather conditions is found, being controlled by the stratifying effect of solar radiation and the mixing effect of wind disturbance. Other than the diurnal stratification and convection, the representative responses of thermal stratification to these two factors with contrary effects are also discussed. When solar radiation increases, stronger wind is required to prevent the lake from becoming stratified. A daily average wind speed greater than 6 m s–1 can maintain the mixed state in Lake Taihu. Moreover, wind-induced convection is detected during thermal stratification. Due to lack of solar radiation, convection occurs more easily in nighttime than in daytime. Convection occurs frequently in fall and winter, whereas long-lasting and stable stratification causes less convection in summer. 相似文献
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The lake-breeze at Taihu Lake generates a different specific heat capacity between the water body and the surrounding land. Taihu Lake has a significant impact on the atmospheric conditions and the air quality in the Yangtze River Delta. This phenomenon is referred to as the Taihu Lake effect. In this study, two simulations were conducted to determine the impact of the Taihu Lake effect in the reference experiment(R-E) and sensitivity experiments(NO TH). The control simulations demonstrated that the meteorological field and the spatial distribution of ozone(O3) concentrations over Taihu lake obviously changed once the land-use type of water body was substituted by cropland. The surface temperature of Taihu Lake was reduced under the impact of Taihu Lake, and a huge temperature difference caused a strong lake-breeze effect. The results also showed that the difference in the average concentrations of O3 between the R-E and NO TH experiments reached 12 ppbv in most areas of Taihu Lake, all day, on 20 May 2014. During daytime(0800–1600 LST, LST=UTC+8), the influence of the Taihu Lake effect on O3 in the Suzhou region was not significant. However, the influence of the Taihu Lake effect on O3 in the Suzhou region was obvious during nighttime(1800–2400 LST). The larger changes in the physical and chemical processes were horizontal and vertical advections under the influence of the Taihu Lake effect in Taihu Lake. 相似文献
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夏季青海湖局地环流及大气边界层特征的数值模拟 总被引：5，自引：8，他引：5
使用美国NCAR新版MM5V3.6非静力模式,采用两重嵌套方法,模拟了青海湖区域的局地环流及大气边界层特征,并且与无湖试验进行了比较。结果表明:白天由于青海湖的存在有很好的降温作用,夜晚则有保温效应,表现出明显的冷(暖)湖效应;青海湖对感热和潜热的影响有很强的日变化,白天湖面感热、潜热都小,夜间情况相反,这使得白天青海湖是冷干岛,夜间是暖湿岛;青海湖使得白天湖面边界层顶低,陆面边界层顶高,夜间相反。这样的边界层顶高度和温度、地面能量通量相配合,形成了一个很好的保护机制,对青海湖的水土保持和生态环境的维持有正效应;青海湖使得湖面上空大气下沉,陆面上空大气上升,从而产生了湖面上空大气冷干,陆面上空大气暖湿的边界层特征;青海湖边缘的陆面形成的较大的湿气柱围绕着湖面,起到了保护湖面的作用;青海湖低空白天有明显的湖面向四周的辐散气流,而夜间则为从北偏东方向来的陆风。 相似文献
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太湖及与湖岸城市间大气颗粒物分布特征分析 总被引：1，自引：0，他引：1
利用冬季连续2 d在两种气象条件下分别环绕太湖对湖泊近无锡区域、湖心区域、近西山岛区域和近苏州区域近湖层的PM0.5、PM2.5和PM10进行质量浓度观测,并通过分析同期相应气象资料(包括高空和地面风场、流场以及湖面站点的水平垂直风向风速等气象数据),探讨湖泊区域内外颗粒物浓度变化的时空特征以及受气象条件变化的影响。研究表明:第1天当天气为晴转阴且无雾时,由于湖面本身缺乏密集强排放源,以及因湖面大气上升运动较强使颗粒物容易被扩散稀释,且受偏东转东南气流所带来的气团较干净影响,湖面湖心区域和离岛区域颗粒物浓度明显低于上游城市;而在第2天当天气为雾时情况则相反,由于湖面大气较弱的上升运动使得大气颗粒物不容易被扩散稀释,且湖泊强大的水汽源影响有助于气溶胶和颗粒物的生成进而使得湖面颗粒物浓度大于周围城市。此外还发现在两种天气下,颗粒物浓度都存在无锡区域最高,湖心区域次之,苏州区域较低的特征。并且,在雾天不同粒径颗粒物间变化的相关系数更高。 相似文献
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Seung-On Hwang Song-You Hong Masao Kanamitsu 《Asia-Pacific Journal of Atmospheric Sciences》2010,46(2):185-197
Impacts of the observing systems and meteorological parameters on a reanalyzed climatology are investigated using an assimilation algorithm based on the National Centers for Environmental Prediction/Department of Energy (NCEP/DOE) reanalysis system. The one-year analyzed climatology is generated in a standard analysis using all of the observations, which is named the control run. Additional climatology data sets are produced by selectively choosing observational systems or meteorological variables in the reanalysis system. It is found that the radiosonde-only observation is sufficient for reproducing the reanalysis climatology. Satellite observations have no significant contribution to the large-scale fields. The importance of meteorological variables on the analyzed climatology is temperature, wind, and moisture in that order, where the mass observation is found to have a greater impact on the analyzed climatology than wind. It is, however, noted that the moisture field demonstrates a profound influence on the surface hydroclimate such as cloud cover, radiation flux, and land surface temperature. 相似文献
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J. G. Lockwood 《Climatic change》1992,20(1):23-56
A multilayer canopy model of a pine forest is used to investigate the sensitivity of the water balance of the wet canopy to variations in meteorological input. The multilayer model does not take into account large-scale eddies, which are now considered to be of importance to canopy transport. It does, however, provide realistic simulations of wet canopy water balance and often predicts interception loss rates higher than those predicted by a unilayer model for the same meteorological input. Stable layers both within and above the canopy are often simulated during rainfall events, and these may help to spontaneously generate large-scale eddies or waves within forest canopies. The sensitivity study for a wet canopy suggests that low vapour pressure deficits and low wind speeds are associated with unstable surface conditions, and increasing values of both variables are associated with decreasing canopy drainage values and increasing evaporative losses. Low short- or long-wave radiation inputs are associated with stable surface conditions, and increasing values of both variables are associated with decreasing canopy drainage values and increasing evaporative losses. Increasing temperature is associated with increasing surface stability and increasing canopy drainage and decreasing evaporative losses. In real situations the tendency for increasing temperature to cause surface stability and decreased evaporative loss is probably compensated by the opposite effects of increasing short- or long-wave radiation. The model simulations suggest that wet forest canopies may be better ventilated at low temperatures, if other meteorological conditions are constant. 相似文献
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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。 相似文献