摘要：风电场的尾流会影响大气边界层的动量和湍流通量,进而影响局地气候和环境。包含风电场参数化的中尺度数值模式是研究风电场对气候和环境影响的有力工具。本研究将高分辨率的大涡模拟(Large Eddy Simulation, LES)结果作为“真值”,评估了WRF中尺度模式中的Fitch风电场参数化方案在风机区和尾流区的风速和湍流动能廓线,提出了校正网格入流风速的方法。该方法考虑网格等效推力造成的阻塞效应,并利用经典动量理论推导出的关系式对网格入流风速进行订正,使其更接近自由入流风速。结果显示,原始Fitch风电场参数化方案给出的网格入流风速和大涡模拟结果的差距明显,且受模式水平分辨率的影响较大。在不同的水平分辨率下(1000 m、 500 m和250 m),校正了网格入流风速的Fitch-new风电场参数化方案给出的网格入流风速与自由入流风速的相对误差绝对值都<1%,得到的空间平均推力和输出功率与大涡模拟结果一致。Fitch-new参数化方案改进了风电场尾流区风速亏损的模拟,尤其是对高分辨率下风机网格的风速亏损,模拟的风电场尾流区湍流动能的增加量和垂直分布虽然比原始Fitch方案有所改进,但仍存在一定问题,需进一步研究。

摘要：光伏组件的大范围铺设改变了局地下垫面结构和性质,干扰了局地生物群落的演替,对局地气候和生态的影响受到广泛关注。这一科学问题为气候生态友好型光伏电站设计规划和可再生能源绿色可持续发展提供重要支撑。该文对已有的野外观测和数值模拟研究方法进行归纳总结,发现大规模集中式光伏开发对局地辐射、温度、湿度和风速产生了明显影响,通过增加光伏电站内生物多样性,改变植被生长状况和土壤理化性质等,总体上有利于生态脆弱地区防风固沙和水土保持,但研究成果具有明显的局地特征差异。辐射平衡和能量-水循环过程的改变可给出部分机理解释,但还需加强不同生态系统下的集中式光伏电站和城市分布式光伏的观测,深入研究光伏组件的光电转化效率等关键物理参数和局地蒸散发等关键过程的重要作用。光伏电站的建设运行,应充分考虑太阳能资源开发利用的“附加”生态效益,发挥其对荒漠化治理、脆弱生态修复和土壤污染物控制等的综合作用。

摘要：不同初始值对多年冻土水热过程的模拟有着深刻的影响。本文利用青藏高原三江源多年冻土区西大滩站观测数据,驱动通用陆面模式CLM4.5(Community Land Model version 4.5)对该站多年冻土进行为期14个月的模拟研究。设计三组试验,检验CLM4.5模式对多年冻土模拟性能,探究不同初始土壤温度、液态水含量以及含冰量对模拟结果的影响,并对土壤初始含冰量的计算进行改进,提高了模式对多年冻土水热过程的模拟。通过对比土壤含冰量模拟值,液态水含量和土壤温度观测值与模拟值,结果表明:(1)初始土壤温度、液态水含量会通过影响初始土壤含冰量进而影响CLM4.5模式对多年冻土水热过程的模拟。(2)CLM4.5默认初始土壤温度、液态水含量时,计算出的初始含冰量为0 m^(3)·m^(-3),这使得模式不能准确模拟出多年冻土的特征。在2015年11月上旬至2016年8月上旬土壤含冰量大于0.01 m^(3)·m^(-3),其余时段土壤含冰量几乎为0 m^(3)·m^(-3);整层土壤液态水含量从冬季开始减少,春季开始增加;土壤温度在2.8 m以下全年大于0℃,0~2.8 m呈现“冬冻夏融”的季节性冻土特征。(3)修改初始土壤温度和液态水含量为观测值后,模拟结果呈现多年冻土特性。在1.8 m以下土壤含冰量常年大于0.01 m^(3)·m^(-3);在0~1.0 m土壤液态水含量冬季开始减少,春季开始增加,在1.0 m以下土壤液态水含量常年维持在0~0.01 m^(3)·m^(-3);2.8 m以下土壤温度常年低于0℃,活动层厚度约2.8 m,高估约115.4%。(4)在修改默认值为观测值的基础上,进一步修改初始含冰量的计算,使得模拟的含冰量整体增加。在1.1 m以下土壤含冰量常年大于0.025 m^(3)·m^(-3);在秋季和夏季0~2.3 m土壤液态水含量有所增加,与观测值偏差进一步缩小,2.3 m以下常年维持在0~0.1 m^(3)·m^(-3);活动层厚度减小到1.7 m,高估约30.8%,各层土壤温度模拟偏差较前两组试验均明显改善。

摘要：风电场对大气边界层结构特别是湍流特性的影响是能源气象领域关注的一个重要课题。以河北省尚义县麒麟山风电场为研究对象,选取该风电场内70 m测风塔2006-2019年数据完整且连续性较好的每年5月的测风数据,将观测时段分为风电场建成前(2006-2009年)和风电场建成后(2010-2019年),对比分析了有无风电场近地面湍流强度的差异。结果表明:风电场建成后湍流强度向高值区偏移,即近地面湍流增强,并且夜间湍流强度增加程度比白天大。湍流强度随风速的增加有减小的趋势,风电场建成后,70 m湍流强度显著增加的风速区间夜间为4~15 m·s^(-1),白天为4~14 m·s^(-1);50 m湍流强度显著增加的风速区间夜间为3~15 m·s^(-1),白天为3~12 m·s^(-1)。风电场运行使湍流强度在昼夜均有增加,白天各时刻50 m湍流强度增加程度均稍大于70 m,夜间70 m湍流强度增加程度大于50 m,最高可增加121%,风电场建成运行后,50 m和70 m湍流强度差异减小,白天和夜间湍流强度差异减小。

摘要：本研究利用加入起电、放电参数化方案的数值模式(Weather Research and Forecasting Model(Version 3.7.1),WRF3.7.1_ELEC),通过设计五组不同非感应起电及感应起电参数化方案敏感性试验,对发生在青藏高原东北部青海大通地区的一次雷暴过程进行模拟研究,对比分析了不同非感应起电机制及感应起电机制对雷暴云电荷结构的影响.结果表明:在雷暴云发展旺盛阶段,Saunders(S91)、Riming Rate(RR)、和Saunders和Peck(SP98)三种非感应起电方案模拟的雷暴云最低层均为负电荷区,而混合方案(Brooks and SP98,BSP)模拟的雷暴云最低层为正电荷区,主电荷区自下而上为“+-+-”排列的四层电荷结构.与甚高频辐射源定位法推算的结果对比,BSP方案模拟的本次高原雷暴云电荷结构更接近实际情况;几种不同非感应起电方案模拟的主电荷区外围与主电荷区电荷结构不同,说明在雷暴发展的不同阶段雷暴云的电荷结构是不同的;几种非感应起电方案模拟的电荷结构不尽相同,主要是由于霰、冰和雪粒子在不同高度所带电荷的极性及电量的大小不同,霰粒子的电荷密度对低层的影响较大,冰粒子和雪粒子的电荷密度对中上层的影响较大;加入感应起电机制后,雷暴云电荷结构分布几乎没有变化,但能使雷暴云发展旺盛阶段低层和中层的正负电荷区电荷密度有所加强.

摘要：由于水陆热力性质差异,湖泊对局地天气气候具有显著影响,占中国湖泊总面积一半以上的高原湖泊对区域天气气候的影响不可忽视,但目前对高原湖泊局地气候效应的研究依然存在不足。本研究利用WRF-FLake动态耦合模式,设计了有湖与无湖两组实验,对高原最大湖泊青海湖的局地气候效应进行了整年的模拟研究。结果表明,耦合模式的模拟性能良好,青海湖在16月使得区域气温降低,而712月使得区域气温升高,且青海湖的存在降低了19月的日最高气温,增加了612月的日最低气温,使得气温日变化减小,白天青海湖为冷湖效应,而夜间青海湖为暖湖效应。26月青海湖轻微减少区域降水量,712月明显增加了区域降水量,且8月增加量最显著。青海湖对局地年降水量的贡献率在湖面上最大可达50%~60%,而在周边陆地为10%~30%,夏季青海湖增加的降水量最多,而秋季青海湖对总降水的贡献率最大,青海湖增加的降水在20:00(北京时,下同)至次日02:00最多,而14:0020:00最少,夏季增加的对流性降水较多,秋季增加的对流性降水较少。白天青海湖的冷湖效应使湖面产生下沉辐散气流,抑制对流的发展和水汽的扩散,导致湖泊降水效应减弱,而夜间青海湖的暖湖效应使湖面产生辐合上升气流,促进对流的发展和水汽的扩散,导致湖泊降水效应增强。

摘要：基于3期土地利用和植被覆盖度资料、高分辨率的驱动场、马赛克的土地利用处理方式,采用区域气候天气研究与预报模式,设计两类试验研究中国土地利用和植被覆盖度变化对区域气候的影响.结果表明:在土地利用试验中,反照率、叶面积指数、发射率和低空云量等影响地表能量及分配,导致土地利用变化对夏季潜热、感热和2 m气温等陆面物理量的影响显著.由于城市地表的不透水性导致城市潜热明显减少,感热和气温增加.土地利用变化对冬季的影响比夏季弱,主要是反照率起作用,尤其是在积雪变化较大的区域.在植被覆盖度试验中,植被覆盖度与叶面积指数一致,后者直接影响植被蒸腾作用和夏季潜热,潜热的变化与植被覆盖度的变化具有较好的空间一致性,感热和气温基本上与潜热变化相反.土地利用和植被覆盖度变化通过改变垂直层温度,影响位势高度,引起风场的异常和降水的变化.

摘要：观测资料匮乏是制约青藏高原地球科学问题深入研究的关键因素。中国气象局国家气象信息中心联合中国气象科学研究院、中国科学院青藏高原研究所和西北生态环境资源研究院对近几十年来我国青藏高原区域的地气系统的大气和陆面观测资料及相关分析产品进行了整合集成,获得了高原区域长年代、多要素的地气系统综合气象数据,研发了综合气象数据库及其数据共享平台。本文系统介绍了相关科学数据的观测及数据情况,包括中国气象局长期业务观测数据、历次青藏高原大气科学试验数据、中国科学院部分野外台站长期观测试验数据和一些科学研究项目的产出数据成果,描述了多种数据的标准化集成技术和成果,设计并发布了青藏高原地气系统多源信息共享平台,为研究和解决青藏高原地球科学问题提供宝贵的数据资源。

摘要：使用位于青藏高原东部若尔盖站的观测数据驱动CLM3.5模式,设计一组去除模式中冻融过程的"退化试验",进行为期一年的模拟研究。通过对比原试验与敏感性试验模拟结果,初步分析冻融过程在土壤温度变化、各能量通量分配中的作用,得到以下结论:(1)冻融过程是土壤温度变化的"缓冲器",冻结过程向周围环境释放能量减缓了土壤降温的速率,使土壤温度不至降得太低,而消融过程从周围环境吸收能量减缓了土壤升温的速率,使土壤温度不至升高太多;(2)冻融过程改变了地表辐射通量,土壤冻结改变了地表反照率,改变了向上短波辐射,且由于冻结过程减缓了地表温度的下降,改变了地表向上长波辐射,进而改变了净辐射通量;(3)冻融过程显著地改变了陆面能量的分配,通过相变能量的释放和吸收增大了地气间能量的传输,显著地增大了地表土壤热通量,且通过改变地表温度和地表蒸发,改变了感热及潜热通量。在冻结过程及完全冻结阶段,感热及潜热通量均增大,但在消融过程阶段,感热及潜热通量均减小。冻融过程对土壤热通量及感热通量的影响在冻结过程及完全冻结阶段更为显著,而对潜热的影响则是在消融过程阶段更为显著。

摘要：利用WRF模式设计敏感性试验并结合CTP-HI_(low)框架(对流触发潜能-低层大气湿度指数)研究了青藏高原土壤湿度变化对午后对流触发和抑制的影响。结果表明,WRF模式对青藏高原降水空间分布体现出了较好的模拟效果,且当土壤湿度减少时,对青藏高原西部降水的模拟有一定的改进。从整体上看,青藏高原地区夏季降水主要受大尺度环流控制,其比例占60%~90%,在高原中部、西南部地区以及东北部区域土壤湿度对降水的影响相对较大。模拟结果显示,当土壤湿度变干时,正反馈作用发生的情况多于负反馈,也就是说更多的情况下是变干的土壤抑制午后对流降水的发生,但也有一部分区域表现为变干的土壤触发午后对流降水的发生,即负反馈。高原西北部较干旱地区由于负反馈所引发的对流降水占总降水的比例较高原其他地区大,最大的影响可达总降水量的80%以上,其机理主要是由于变干的土壤影响地表通量的分配,增加了地表加热大气的感热通量,进一步使大气边界层快速发展,到达自由对流高度后,发生降水。通过对比控制试验和敏感性试验的CTP和HIlow的值可以发现不同年份对应的CTP和HI_(low)的阈值存在一定的差异,表明土壤湿度是通过同时对地表能量和大气湿度状况协同影响,从而对午后对流触发产生作用。