中国西北干旱半干旱区上空水汽收支和传输的数值模拟研究

摘要

利用中尺度模式WRF，首先对以兰州为中心包括周围数十公里的地区进行了一系列的敏感性数值试验。在数值实验中分别对不同区域减少了植被覆盖或改变下垫面性质，以对半干旱地区植被和下垫面发生改变后大气产生的局地和非局地的响应进行分析研究：然后论文进一步以干旱区中的一个孤立绿洲-兴隆山区为研究对象，选取兴隆山地区有降水而兰州城区无降水的几个个例进行了实况模拟，对比分析了影响兰州地区和兴隆山地区空中云水分布和收支差异主要因素。诊断分析结果表明： 植被变化对区域内温度的影响比较复杂，并有明显的日变化。相比于区域城市化形成的强而稳定的增温中心，植被减少只会在区域形成较弱而间断的增温中心并敏感地依赖于地面净能量在感热、潜热和土壤热通量之间的分配。区域内植被变化和下垫面特性的改变导致的局地温度变化在背景风场的作用下向区域外传播，其传播的细节与风场的特征和地形密切相关。在适当的环流背景下，迎风坡下垫面改变导致的温度变化可在背景风场的输送下，绕过很高的山脊在背风坡形成一个持久的变温中心。植被减少导致的变温中心会在原有的环流形式上叠加一个强迫的二级环流，这一环流深度约为1.1 km。区域植被的减少，一方面减少了地面向上的水汽输送，导致了区域内气柱水汽含量的减少；另一方面增温引起的强迫二级环流会使区域外水汽向内输送，部分地补偿了地面向上输送水汽的减少，但是二者总体的效果是区域内的气柱水汽总量减少。在实验区域之外，上风向趋于增湿而下风向趋于减湿。 在兴隆山地区，以植被为主的下垫面向大气的水汽输送较强，有明显的季节变化，以夏季的个例为最大。除春季外，山区主要受东南方向的较湿润的气流影响，同时在所有研究个例中该地区与周围区域都有较强的水汽交换，可以获得区域外的水汽输入。山区上空水汽充沛，云水和雨水含量较高，降水可能性较大；在兰州城区，以城市为主的下垫面对大气有稳定的水汽输送，没有明显季节变化，在夏秋季个例中远低于兴隆山区。城区一直处于来自北方、东北方的较干气流的影响，同时与周边地区的水汽交换微弱，水汽的平流输入小。城区上空云水和雨水含量都较小，降水概率比兴隆山地区小。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3论文的主要研究内容

第二章WRF模式介绍及模式检验

2.1 WRF模式介绍

2.1.1 WRF模式简介

2.1.2 WRF模式的动力框架

2.1.3 WRF模式的物理模块

2.2 WRF模式的检验

2.2.1资料来源

2.2.2参数化方案的选择

2.2.3模式检验

第三章半干旱区植被减少与城市化对大气的局地和非局地影响的数值模拟研究

3.1数值实验设计

3.2模拟结果分析

3.2.1植被变化和城市化引起的局地地面热通量及温度变化

3.2.2植被变化和城市化引起的非局地风场变化

3.2.3敏感性实验区域的温度异常向区域外的传播

3.2.4植被变化和城市化引起的实验区域内的水汽变化

3.3结语和讨论

第四章干旱区中孤立绿洲上空水汽收支和传输的模拟分析

4.1数值实验设计

4.2模拟结果及分析

4.2.1水汽廓线与模式的水汽调整

4.2.2温度场与环流形势分析

4.2.3地面水汽通量和水汽平流引起的气柱水汽变化

4.2.4水与雨水分布

4.3结论及讨论

第五章总结与展望

5.1植被减少和城市化的局地和非局地影响

5.2兴隆山-兰州地区降水形势分析

5.3不足与展望

参考文献

致谢