北京夏季高温特征、成因及其模拟研究

摘要

本文利用1977—2006年北京站点资料、NCEP再分析资料、MODIS遥感产品数据以及中尺度WRF模式探讨了北京夏季高温天气特征及其成因,并分析了反照率改变对近地面气温模拟精度的影响。观测资料研究表明:(1)1977—2006年,北京区域年平均高温日数存在一定的阶段性变化,且高温日数存在15a、9a和3a的周期性变化;(2)高温日数空间分布与地形存在一定对应关系,即东南平原高温日数明显大于北部海拔较高地区,且夏季高温日数多集中在6、7月份;(3)日均气温越高、热岛强度越强,高温天气发生次数越频繁;(4)高温期间,环流形势表现为500hPa层上为两槽一脊型,且我国北方为一宽广的暖性高压脊控制,700hPa层上表现为明显的河套高压。应用NCEP再分析资料和WRF模式,对2010年7月4—6日高温天气过程出现原因及北京周边地形和城市化对此次高温强度影响进行分析,结果表明:(1)此次高温过程主要是由大陆暖高压控制下的下沉增温和焚风效应引起,且热岛效应的存在加剧了夜间高温;(2)剔除西北部山体后,焚风效应消失,高温强度和夜问热岛强度明显减弱;(3)随着城市化发展,农田地表被城市下垫面取代区域,夜间温度升高1.5—3.5℃,且夜间高温区域扩张范围与城市扩张范围基本一致,剔除城市下垫面后,夜间热岛效应基本消失;(4)采用MODIS地表类型产品数据作为真实地表能较好改进模式对近地面气温和夜间热岛效应的模拟精度。反照率模拟试验结果表明:(1)当北京地区地表反照率增大(减小)0.05时,近地面气温相应降低(升高)0.1—0.5℃,气温变化从城区到郊区有一个明显的降幅,感热通量和潜热通量也相应减小(增大),且变幅主要为0—13W/m2;(2)将控制试验和MODIS反照率敏感试验模拟结果与实况对比分析发现,两种试验的模拟结果偏低,但应用卫星反照率产品后,气温升高约0.2—0.7℃,更接近实际,即应用MODIS反照率产品替换WRF模式中原有反照率能进一步提高近地面气温的模拟精度。

目录

中文摘要

Abstract

第一章 引言

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 夏季高温

1.2.2 城市化和地形对高温天气影响

1.2.3 反照率参数确定

1.3 研究内容

1.4 研究技术路线

第二章 北京夏季高温气候特征及成因分析

2.1 研究区域概况

2.2 研究资料

2.3 研究方法

2.3.1 研究方法

2.3.2 小波分析介绍

2.4 夏季高温天气时间变化特征

2.4.1 高温日数年际变化

2.4.2 高温日数周期变化

2.4.3 高温天气过程年际变化

2.5 夏季高温日数空间分布特征

2.5.1 高温日数区域分布

2.5.2 季内高温日数分布

2.6 高温天气发生的原因分析

2.6.1 高温日数与夏季日平均气温关系

2.6.2 城市热岛效应

2.6.3 高温天气的环流形势分析

2.7 本章小结

第三章 一次高温天气过程的数值模拟试验

3.1 中尺度WRF模式简介

3.1.1 WRF模式结构

3.1.2 物理参数化过程简介

3.2 遥感数据介绍及处理

3.2.1 MODIS地表类型产品数据介绍

3.2.2 遥感数据处理

3.3 高温天气过程及背景

3.4 城市热岛效应

3.5 数值模拟试验方案设计

3.6 模拟结果分析

3.6.1 对照试验结果分析

3.6.2 地形对气温的影响

3.6.3 下垫面变化对气温的影响分析

3.6.4 下垫面变化对感热通量的影响

3.6.5 城市热岛效应

3.7 本章小结

第四章 气温对反照率变化的敏感性试验

4.1 MODIS地表反照率产品

4.1.1 MODIS反照率的反演方法

4.1.2 MOD4383数据处理

4.2 数值模拟方案设计

4.3 敏感试验分析

4.3.1 近地面气温的响应

4.3.2 地气能量通量的响应

4.4 MODIS反照率敏感试验

4.4.1 近地面气温变化

4.4.2 近地面气温变化机制

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 研究特色

5.3 展望

参考文献

作者简介

致谢