下垫面变化对成都气候及暴雨影响的诊断和数值研究

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基于成都市及其所辖13个区(市)县气象站近50年(1960-2008年)气温、降水、相对湿度等气象要素资料和成都市城市环境变化相关资料,分析研究了近50年来城市化进程中成都市气候变化特征。研究结果表明:(1)在20世纪90年代初,成都市气候发生了转折性的变化,出现明显的热岛效应和干旱岛效应;(2)90年代中后期至2008年年降雨量呈明显减少趋势,市区降雨减少量明显大于郊区降雨减少量。(3)在主汛期(6-9月)市区降雨量略大于郊区,暴雨和大暴雨个数均有所减少。分析表明以上变化的可能原因有:城区人类活动频繁,向大气中排放了大量的气溶胶颗粒物,增加了降水的凝结核,也加剧了成都市区的热岛效应。在夏季,水汽条件充沛,市区上空增多的降水凝结核以及相对较高的下垫面温度,更有利于形成降水。   利用NCAR/NCEP全球再分析场资料对发生在成都地区的两次区域性暴雨过程做了诊断分析,并利用新资料GPS PWV对暴雨过程作了特征分析,分析表明:(1)当GPS PWV由谷底缓慢上升或由峰顶缓慢下降时,分别对应实际降水的开始和结束;(2)GPS PWV上升的急剧程度与实际降水强度有较好的对应关系;(3)用PWV小时变量或三小时变量来分析降雨的开始时间、强度和落区等取得了很好的效果。这对于提高成都地区预报暴雨天气的能力有积极的作用。   利用中尺度数值模式WRF对上述两次区域性暴雨过程进行数值模拟及敏感性试验,以期研究城市化过程对成都地区中尺度暴雨过程的影响。模拟结果表明:WRF模式能够较好地模拟出成都地区的这两次暴雨降水过程,降水强度和落区均与实况接近。将最新的城市化后的下垫面资料引入后,两次暴雨过程中降雨量和落区与控制试验相比较变化较小,降雨的初期与控制实验相比提前,降雨点有所增加;盆地东部到西部的温度增加较为明显。分析其可能的原因是:成都地区周边的地形环境是成都中尺度降水总雨量和落区的关键影响因素。将成都地区下垫面全部改为城镇地面,改变了日辐射通量,对成都地区的温度影响较大;并且下垫面资料的改变能够影响陆气之间的相互作用,改变大气的能量平衡。城市化效应白天对边界层大气的增温作用还会影响低层大气的层结结构,使之在午后产生弱的上升运动,容易在市区产生局地降水。
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