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1.
城市陆面过程与边界层结构研究 总被引：6，自引：1，他引：5
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.
城市区域热辐射方向性研究进展 总被引：2，自引：1，他引：1
城市是陆地生态系统中极为重要的地表覆盖类型,把握其热辐射特征对于研究城市地表能量平衡和城市热岛具有积极的意义.相对于自然地表,城市区域表现出更为显著的热辐射方向特征,但这方面的研究直到近年来才开始发展起来.对城市区域的航空遥感和地表观测试验均揭示,城市区域热辐射方向性与太阳-地面目标-传感器几何关系、城市形态与结构、地面目标物理性质等密切相关.同时,为描述城市区域热辐射方向性,辐射温度三维格局模型、几何模型以及辐射传输模型都相继建立起来.从热辐射方向性的试验观测、模型建立及其与城市热岛关系等角度入手,系统回顾了城市区域热辐射方向性的研究进展,并对已经取得的研究成果进行了总结.最后,指出了尚待解决的问题及今后应着重研究的方向. 相似文献
3.
大气数值模式中城市效应参数化方案研究进展 总被引：5，自引：0，他引：5
介绍了对城市效应影响大气运动的物理过程,以及在不同尺度大气模式中如何合理考虑这些物理过程,对进一步发展完善城市效应参数化方案中亟待解决的问题及困难作了论述,并着重强调了不同城市冠层参数化方案的优缺点。结论认为,随着城市的扩张,城市效应对大气运动的影响是数值模拟研究中一个不可或缺的物理过程,城市冠层模式的引入可以有效地提高数值模拟效果。对于不同尺度的数值模拟研究工作,应该采取不同的城市效应影响方案。目前,由于冠层模式中涉及的物理过程十分复杂,冠层模式还有待进一步完善,此外冠层方案的验证工作,尤其是应用城市地表能量平衡观测资料进行的验证工作还应该进一步深入开展。 相似文献
4.
基于SHAW模型的青藏高原唐古拉地区活动层土壤水热特征模拟 总被引：12，自引：9，他引：3
利用唐古拉综合观测场活动层及气象塔2007年的数据资料, 结合SHAW模型在3种不同地表反照率选取方案下进行模拟试验, 对唐古拉地区活动层土壤水热特征进行了单点数值模拟研究.通过观测值与3种模拟值的对比分析, 结果表明: SHAW模型能够较为好地模拟多年冻土区地表能量通量、 活动层土壤温度特征, 而对土壤含水量模拟不太理想, 但对其变化趋势模拟较好; 在模拟试验中, 模型输入参数地表反照率取1-12月各月平均地表反照率后, 模型对地表能量通量、 活动层土壤温度和湿度的模拟效果有了明显的提高; 而用一种地表反照率参数化方案的计算结果对模型输入参数进行修正后, 模型对活动层土壤温度和湿度的模拟效果有了明显的提高, 对地表能量通量的模拟效果提高不明显.总体上, SHAW模型对高原多年冻土区土壤冻融过程的模拟具有优势, 是研究高海拔多年冻土区活动层土壤水热过程较为理想的陆面模型. 相似文献
5.
ERA-Interim地表温度数据集在青藏高原冻土分布制图应用的适用性评估 总被引：4，自引：2，他引：2
地表温度综合反映了大气、植被和土壤等因素的能量交换状况, 是冻土分布模型和一些寒区陆面过程模式的上边界条件, 对多年冻土分布制图和活动层厚度估算有重要意义. 为了评估ERA-Interim 地表温度产品在青藏高原地区的适用性, 综合比较了青藏高原69个海拔2 000 m以上气象站1981-2013年地面实际观测值与ERA-Interim之间的差异及其分布状况. 结果表明, 两种资料的变化趋势一致, 但是ERA-Interim地表温度在数值上与实际观测值差别显著, 平均偏低7.4℃. 原因之一可能是由ERA-Interim再分析资料格点的海拔高度与气象站实际海拔高度差异引起的. 根据两种温度产品之间海拔的差异, 对ERA-Interim地表温度重新进行模拟, 经过模拟后的ERA-Interim地表温度与实际观测值的差值在大部分气象站变小, 平均偏高0.4℃. 因此, 经过重新模拟的ERA-Interim地表温度基本能够反映青藏高原地表温度的真实情况. 以模拟后的ERA-Interim地表温度作为地面冻结数模型的输入参数模拟了青藏高原冻土分布, 结果表明青藏高原多年冻土区面积为1.14×106 km2, 季节冻土区面积为1.43×106km2. 相似文献
6.
评估两类模式对陆面状态的模拟和估算 总被引：1，自引：0，他引：1
针对夏季土壤变干过程,利用观测系统模拟试验,比较离线的陆面模式(LSM)和耦合大气边界层的陆面模式(SCM)对土壤温度、湿度和地表热通量等陆面状态的模拟,然后借助数据同化方法,评估2类模式对陆面状态的估算能力.结果显示:2类模式除对地表长波辐射和感热通量的模拟差别较大外,对其余量则较小;只同化表层土壤湿度观测时,LSM对土壤湿度和感热通量的估算好于SCM,对土壤温度的估算则相反,而对潜热通量估算的差距很小;同时同化表层土壤温度、湿度观测会使地表热通量的估算差距增大;最后对2类模式不同表现的可能原因进行分析讨论.上述数值模拟和同化结果:当用某一类模式的模拟结果或同化产品为另一类不同模式提供初边界条件时必须注意它们之间的差异,避免出现输入量引起的模式状态量间的动力不协调现象. 相似文献
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8.
目前通用的通量观测技术涡动相关仪（EC）在区域陆面模式验证中存在能量不闭合和空间代表性有限的问题,寻求改进EC观测热通量的新技术是提高陆面模式验证效果的关键环节,大孔径闪烁仪（LAS）的出现有效改善了这一现状。基于黄土高原定西站2010年1月和6月的同步综合观测资料以及目前比较有代表性的陆面过程模式CLM的模拟数据,分析研究了LAS对EC观测地表能量不平衡问题的改进以及LAS对EC在区域陆面模式验证中的提高,结果表明：LAS可有效解决EC观测存在的地表能量不平衡问题,提高EC的地表能量闭合度,在非均匀下垫面LAS观测优势突出;利用LAS观测的感热通量进行区域陆面模式的验证,能够很大程度地避免EC能量不闭合和空间尺度不匹配在验证中造成的偏差,LAS观测更适合于大尺度模拟的验证,验证效果更好。 相似文献
9.
《地球科学进展》2020,(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
10.
干旱区陆面过程和大气边界层研究进展 总被引：8，自引：2，他引：6
干旱区陆面过程和大气边界层不仅与气候、生态、水资源密切相关,而且影响我国气候格局和东亚大气环流,是一个十分重要的研究领域,近20多年已取得了比较系统的研究进展.从干旱区陆面热力和水分过程特征、干旱区大气边界层结构特征、干旱区陆面过程参数及其参数化公式、非均匀下垫面大气边界层理论、干旱城市大气边界层特征与污染机理等方面归纳总结了干旱区陆面过程和大气边界层领域取得的部分研究进展.并且,认为科学试验的代表性、复杂下垫面的影响、尺度转化、地表能量不平衡、极端天气过程的相互作用、水分过程的复杂性等问题是干旱区陆面过程和大气边界层研究领域的突出问题和未来研究重点. 相似文献
11.
基于时间序列建模的城市热岛时间尺度成分分离方法与应用 总被引：1，自引：0，他引：1
城市热岛效应是全球与区域气候变化研究中的焦点问题。基于2001—2012年较长时间序列的北京市MODIS地表温度产品及相关NDVI和反射率产品,给出地表温度时间序列构建方法。基于站点气象观测资料进行的精度验证表明地表温度时间序列构建方法可行,并最终给出城市热岛强度的量化方案。研究选取统计学中X-11-ARIMA时间序列建模方法,分离并分析城市热岛强度时间序列的结构性成分。分析发现,以平均城乡温差为指标的北京城市热岛强度季节性特征明显,与城乡土地利用状况、季节性地表覆盖、地物热特性以及气候因子等联系密切。趋势—循环特征与城市扩张速度及入选城市区域面积相关。以已发生城市热岛区域城乡平均温差为指标的北京城市热岛强度趋势—循环特性在12年间表现平稳。时间序列建模分析提取出不规则变动成分,为定量研究偶然因素对城市热岛的影响提供了可能。 相似文献
12.
《地学前缘(英文版)》2022,13(4):101385
Accurate modeling of urban climate is essential to predict potential environmental risks in cities. Urban datasets, such as urban land use and urban canopy parameters (UCPs), are key input data for urban climate models and largely affect their performance. However, access to reliable urban datasets is a challenge, especially in fast urbanizing countries. In this study, we developed a high-resolution national urban dataset in China (NUDC) for the WRF/urban modeling system and evaluated its effect on urban climate modeling. Specifically, an optimization method based on building morphology was proposed to classify urban land use types. The key UCPs, including building height and width, street width, surface imperviousness, and anthropogenic heat flux, were calculated for both single-layer Urban Canopy Model (UCM) and multiple-layer Building Energy Parameterization (BEP). The results show that the derived morphological-based urban land use classification could better reflect the urban characteristics, compared to the socioeconomic-function-based classification. The UCPs varied largely in spatial within and across the cities. The integration of the developed urban land use and UCPs datasets significantly improved the representation of urban canopy characteristics, contributing to a more accurate modeling of near-surface air temperature, humidity, and wind in urban areas. The UCM performed better in the modeling of air temperature and humidity, while the BEP performed better in the modeling of wind speed. The newly developed NUDC can advance the study of urban climate and improve the prediction of potential urban environmental risks in China. 相似文献
13.
21世纪中国的城市化特点及其生态环境挑战 总被引：1，自引：1，他引：0
城市化是世界范围的历史进程。中国的城市化虽然起步较晚,但是由于速度快、规模大、资源能源消耗高,从而带来一系列水环境和热环境问题。系统梳理了在全球气候变化和城市化的双重压力下,中国城市面临的水资源短缺与水污染、日益严重的城市热岛和生态水文灾害等生态环境挑战,提出要以城市生态水文学的理论和手段,解决城市生态环境问题,提升中国的城市化质量,实现宜居城市。 相似文献
14.
Urbanization is a worldwide historical process. Although China's urbanization started late, it is fast, large in scale, high in resource and energy consumption, and leads to a series of water and thermal environment problems. This paper systematically sorted out the ecological environment challenges faced by Chinese cities under the dual pressures of global climate change and urbanization, such as water shortages and water pollution, increasingly serious urban heat island issues and ecological hydrological disasters. It proposed to solve the problem of urban ecological environment with the theory and means of urban ecohydrology, improve the quality of urbanization in China, and realize livable cities. 相似文献
15.
Development of a parameterization for simulating the urban temperature hazard using satellite observations in climate model 总被引：1，自引：1，他引：0
Urban surface temperature is hazardously higher than surrounding regions (so-called urban heat island effect UHI). Accurately
simulating urbanization-induced temperature hazard is critical for realistically representing urban regions in the land surface-atmosphere
climate system. However, inclusion of urban landscapes in regional or global climate models has been overlooked due to the
coarse spatial resolution of these models as well as the lack of observations for urban physical properties. Recently, National
Aeronautics and Space Administration (NASA) Earth Observing System (EOS) Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS)
observations illustrate important urban physical properties, including skin temperature, surface albedo, surface emissivity,
and leaf area index, It is possible to identify the unique urban features globally and thus simulate global urban processes.
An urban scheme is designed to represent the urban-modified physical parameters (albedo, emissivity, land cover, roughness
length, thermal and hydraulic properties) and to include new, unique physical processes that exist in urban regions. The urban
scheme is coupled with National Center for Atmospheric Research (NCAR) Community Land Model Version 2 (CLM2) and single column
coupled NCAR Community Atmosphere Model CAM2/CLM2 to assess the mechanisms responsible for UHI. There are two-steps in our
model development. First, satellite observations of albedo, emissivity, LAI, and in situ observed thermal properties are updated in CLM2 to represent the first-order urban effects. Second, new terms representing
the urban anthropogenic heat flux, storage heat flux, and roughness length are calculated in the model. Model simulations
suggest that human activity-induced surface temperature hazard results in overlying atmosphere instability and convective
rainfall, which may enhance the possibility of urban flood hazard.
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| Menglin JinEmail: |
16.
西南喀斯特地区地表水热过程研究进展与展望 总被引：1，自引：0，他引：1
西南喀斯特地区水文二元结构以及生境条件的异质性导致地表水热过程异常复杂。水热过程机理研究薄弱,已经成为生态系统退化关键过程识别、生态恢复重建推进的关键限制因素。首先从野外科学实验、陆面过程参数化、遥感反演技术3个方面简要论述了地表水热过程的研究方法,指出在喀斯特地区,目前亟需开展的工作是在样地和坡面尺度上对地表水热过程进行系统的观测和实验,以深化水热过程机理研究,并发展适用于喀斯特地区的陆面过程模式和遥感反演模型。进而评述西南喀斯特地区地表水热过程已有研究进展与存在问题:水分循环研究的重视,但在特殊的地质背景与复杂的生境条件下,土壤水分时空异质性及降雨入渗产流和土壤侵蚀过程的机理仍不明晰,而且水热耦合研究非常缺失。最后从地表水热过程机理、水热过程变化影响机制、生态系统恢复重建水热调控等方面展望了其未来发展趋势。 相似文献
17.
A two-dimensional numerical model is employed to study the effect of the coastal urban heat island on the sea breeze front
and the thermal internal boundary layer height. The temperature at the land surface is determined by solving an energy budget
equation. The effect of the urban heat island is studied by varying the width of the region and its intensity. During the
early afternoon, the presence of the urban heat island enhances the strength of convergence of the sea breeze front and also
reduces its inland penetration. The presence of the urban heat island causes increased thermal internal boundary layer height.
Larger urban width causes larger vertical velocity and higher thermal internal boundary layer. Stronger convergence and higher
thermal internal boundary layer are also obtained in case of larger heat island intensity. 相似文献
18.
由城市化进程改变的城市空间热环境对城区土体湿度产生了重要影响。为了了解城区与郊区土体湿度的差异,以南京市为例,分别在城区、郊区建立了土体湿度监测站,分析2009年6月1日至2010年6月7日南京城区、郊区地下1 m范围内裸土、草地及混凝土覆盖环境下土体湿度的时空演化特征。研究结果表明,南京城区土体湿度总体上小于郊区,存在显著的城市土体"干岛效应",年平均干岛强度为-7.4%。在时间尺度上,1月的干岛强度最小,为-2.1%;7月最大,达到-20.5%。在空间尺度上,郊区土体湿度随深度增加而增大,城区土体则无明显规律。在不同地面覆盖环境下,城区、郊区土体湿度变化规律不同:城区裸土环境下土体湿度日变化明显,而草地及混凝土下的土体湿度日变化相对较小,3种地面覆盖环境的年均土体湿度变化规律为草地(19.0%)<混凝土(26.4%)<裸土(29.5%);郊区3种地面覆盖环境下土体湿度日变化区间及变化频率均比城区大,且年均土体湿度为混凝土(27.4%)<草地(34.7%)<裸土(36.2%)。最后,分析了造成城区、郊区土体湿度差异的原因。 相似文献