MM5在華南地區(qū)模擬的準(zhǔn)確性研究及其在動力與環(huán)境過程研究中的應(yīng)用.pdf

1、氣候和環(huán)境問題已經(jīng)成為人們最關(guān)注的領(lǐng)域之一。隨著社會、科技、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域的迅速發(fā)展,人類活動也對氣候和環(huán)境產(chǎn)生了很大的影響。主要有兩方面:一是下墊面屬性的改變,二是大氣環(huán)境質(zhì)量惡化。華南及珠三角地區(qū)具有較獨(dú)特的大氣邊界層結(jié)構(gòu)。臺風(fēng)、暴雨、強(qiáng)對流天氣等災(zāi)害性天氣對該地區(qū)影響嚴(yán)重,隨著近20年來珠三角地區(qū)工業(yè)化,城市化進(jìn)程的快速發(fā)展,以城鄉(xiāng)布局及森林覆蓋的改變?yōu)樘卣鞯耐恋乩米兓瘜Υ髿膺吔鐚觿恿Y(jié)構(gòu)帶來較大影響,進(jìn)而對該地區(qū)的氣候變遷帶來較長

2、期的影響。高度集中的人類生活及工業(yè)生產(chǎn)排放也惡化了珠三角地區(qū)空氣質(zhì)量。采用中尺度數(shù)值模式對大氣動力及環(huán)境狀況進(jìn)行模擬可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)觀測及統(tǒng)計(jì)等研究方法的缺陷。
　　 論文回顧了近年來國內(nèi)外對中尺度氣象和環(huán)境模式的理論研究、模型發(fā)展成果,總結(jié)了前人采用中尺度模式及與其他海、氣、浪、空氣質(zhì)量模式耦合的應(yīng)用研究。在此基礎(chǔ)上,對不同穩(wěn)定度的大氣邊界層的湍流運(yùn)動、能量及水汽的湍流輸送、邊界層云、輻射特點(diǎn)、邊界層與上層大氣之間的相互作用等進(jìn)行

3、較深入地理解和探討,對華南地區(qū)特別是珠三角(PRD)地區(qū)獨(dú)特的邊界層氣象概念模型進(jìn)行分析。采用第5代的區(qū)域中尺度數(shù)值模式MM5及MM5與海洋模式(POM)的耦合對華南地區(qū)的中尺度氣象及海洋環(huán)流進(jìn)行分析。在動力模擬的基礎(chǔ)上,與空氣質(zhì)量模式SAQM(The SARMAP Air QualityModel)耦合對珠三角地區(qū)的大氣污染過程進(jìn)行分析和探討。
　　 論文為了改進(jìn)MM5模擬的準(zhǔn)確度及適應(yīng)珠三角地區(qū)的實(shí)際情況,利用2001年衛(wèi)星

4、遙感土地類型等數(shù)據(jù),對MM5系統(tǒng)舊的全球25類土地利用數(shù)據(jù)的珠三角區(qū)域進(jìn)行了更新。不同的土地利用類型,有著不同的地表粗糙度,反照率,熱容量,有效濕度等,從而產(chǎn)生不同的模擬地面熱通量及地面水汽通量,并通過垂直方向的湍流輸送,影響到高空氣象場的模擬結(jié)果。采用新的土地利用類型可以較大地提高M(jìn)M5對氣象場模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性,土地利用的城市化趨勢會造成城市密集地區(qū)地表溫度升高,水汽混合率降低。MM5考慮了不同高度層的對流和上升下沉氣流的卷入卷出及補(bǔ)

5、償運(yùn)動浮力能等,低中高空不同高度各層之間有一個(gè)相互影響的過程。通過調(diào)整垂直方向的垂直層分布及增加垂直層數(shù),提高M(jìn)M5對近地面及中高空風(fēng)、溫度等氣象場的模擬準(zhǔn)確度,更好地模擬垂直風(fēng)剖面隨高度的變化情況。特別地,由于模式中2000m以上中高空的垂直層比較稀疏,加密垂直層能比較顯著地改善中高空氣象場的模擬結(jié)果,這對于研究對我國影響較大的西南風(fēng)低空急流和高空急流等氣象現(xiàn)象有較重要的意義。通過MM5地形高度“削平”的敏感性試驗(yàn),比較驗(yàn)證了復(fù)雜地形

6、對珠三角流場及溫度等的影響。流場的改變會引起水平對流及熱量交換,進(jìn)而影響到溫度場和氣壓的變化,然后通過垂直對流及湍流混合影響到垂直剖面的環(huán)流結(jié)構(gòu)。行星邊界層方案對臺風(fēng)強(qiáng)度的模擬有較大影響,特別是海面水汽和潛熱對高空的輸送方式影響到臺風(fēng)的能量補(bǔ)充。通過對各行星邊界層方案、顯式降水方案、積云參數(shù)化方案及模式網(wǎng)格和初始場數(shù)據(jù)分辨率的敏感性測試,總結(jié)出優(yōu)化的方案,改進(jìn)對影響該地區(qū)的臺風(fēng)的模擬。采用全國范圍多個(gè)氣象站的觀察數(shù)據(jù)對模擬的第一猜場數(shù)據(jù)

7、進(jìn)行校準(zhǔn)及Cressman客觀分析,并進(jìn)行四維數(shù)據(jù)同化,從而改善模擬的結(jié)果。
　　 論文在模式優(yōu)化的基礎(chǔ)上,采用MM5對華南地區(qū)冷鋒、穩(wěn)定層結(jié)炎熱天氣及臺風(fēng)等不同天氣系統(tǒng)進(jìn)行了模擬研究,驗(yàn)證了改進(jìn)的MM5系統(tǒng)對華南地區(qū)大氣動力結(jié)構(gòu)模擬的適用性及準(zhǔn)確性。通過對溫度、相當(dāng)位溫、氣壓、水平和垂直風(fēng)場、相對濕度及降水模擬結(jié)果與觀測數(shù)據(jù)比較分析可以知道,MM5的模擬結(jié)果與實(shí)測值均吻合得很好,表明了MM5對PRD地區(qū)天氣系統(tǒng)的模擬結(jié)果是可信