太湖对局地气象环境影响的模拟研究

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太湖微气候条件及局地气象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。为了更准确的模拟太湖湖气交换,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观测站观测的数据,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局地气象环境的影响。  本文的主要研究结果有:  (1)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。三种陆面过程方案在2m气温的模拟值也存在一定的差异。CLM4-LISSS方案与CLM4.5方案以及Noah默认方案计算所得湖上2m气温的模拟值与观测值的均方根误差分别为1.80℃、2.16以及2.22℃,相关系数分别为0.88、0.85以及0.84。三种方案模拟10m风速的均方根误差分别为1.93m/s(CLM4-LISSS)、2.73m/s(CLM4.5)以及2.13m/s(Noah),相关系数为0.72(CLM4-LISSS)、0.68(CLM4.5)、0.68(Noah)。  (2)太湖对周边气象环境存在明显的影响。2015年4、8月昼间太湖对周边及下风向地区近地层降温最高达0.5~0.7℃,影响范围可达60km。夜间升温最高可达0.3~0.5℃,范围约50km。11月昼间太湖对周边地区近地层降温最高为0.3℃,影响范围约30km。夜间升温作用微弱。1月昼间太湖对近地层的降温范围达50km左右,使近地层降温幅度达0.5-0.7℃。夜间增温范围约10km,增温幅度约为0.2℃。湖风带来的冷空气抑制了城市热岛的垂直发展,在1、4、8以及11月份均会使苏州、无锡、常州城市地区昼间边界层下降。在高温天气下使得苏州、无锡、常州城市地区昼间边界层下降高度可达300m、400m、100m。无锡地区边界层内气温最高降幅可达0.5-0.7℃。  (3)通过选取无锡地区2015年4月22日,8月28日,11月2日以及1月8日晴天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。结果表明在4、8月份湖风能够瓦解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,并影响到整个无锡地区。11月湖风环流尺度较小,只能影响到无锡部分地区。1月无明显湖风环流产生。  太湖流域局地热力环流的变化对于局地气象环境以及污染物质的输送与扩散可能产生重要影响,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都存在重要意义。
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