城市效应对华南暖区暴雨的影响

发布时间：2020-06-14 13:05

【摘要】：城市化效应对天气和气候有着重要的影响。本论文使用再分析资料,通过天气诊断以及中尺度数值模式WRF耦合SLUCM等方法,分别对2012年6月23日以及2014年5月8日的华南暖区暴雨进行了研究和分析,得到以下结论:较成功的模拟了2014年5月8日和2012年6月23日的华南暖区暴雨过程个例。并得出适合本地化的城市冠层和参数调配方案;1)为探讨人为热(AH)对华南暖区暴雨的影响,利用WRF-SLUCM模式并考虑适当的AH释放,对2014年5月8日发生在珠江三角洲(PRD)的暖区暴雨进行了数值模拟。有无AH效应的模拟结果分析表明,降水对AH的影响敏感,AH效应使得城区总降水量减少约10%。影响的可能机制为:AH增加导致的热力场和流场再分布,使得局地辐合向PRD边界区域转移增强城乡边界的对流和降水;PRD城区内更为均质的城市热环境减小了热力对比削弱了辐合,从而降低了城区降水。2)既然华南暖区暴雨对AH的影响敏感,为探讨与城市化(Urban)效应(融合了城市下垫面和城市冠层方案)的相对贡献,通过对比评估,发现暴雨对单一AH、单一Urban要素、综合AH和Urban要素的改变均有响应,但前两者的单一效应对综合效应对降水改变的贡献不同。通过对比分析,发现Urban效应使得珠三角城区总降水增加10.2%,且在降水增幅对Urban效应的响应过程中,区域性差异显著,特别是下风向城区的增幅效应尤为明显,增量达12.6%;Urban和AH效应对降水的作用呈反位相分布,较之Urban效应,人为热使得城区降水减少7.8%。由此可见,就城区降水量级的改变来说,Urban效应的贡献更大。但就降水分布模态来讲,相关分析表明AH较之Urban效应对降水分布模态的影响贡献更大。通过对比分析Urban和AH效应对城市近地面和边界层气象要素的改变,以及与降水改变的协同变化,发现行星边界层高度、近地层湿度和温度是决定Urban对华南暖区暴雨的分布模态影响贡献较大的主导因子,而AH效应对降水的影响,则主要与近地面温湿和地面气压有关。通过对三个实验方案大气温湿分层和稳定性的分析,发现城市的降水强弱很大程度受到大气低层的对流不稳定影响,先考虑Urban效应继而增加AH效应后,由于地表城市热通量的递增而城市下垫面的水汽递减,体现了温湿综合效应的湿静力能垂直廓线在低边界层内随城市要素的增加呈现先增后减的演变趋势,导致对流不稳定随之而改变,城市区域最终触发的降水也出现先增幅后减少的演变。3)综合考虑主导风向和上游、下游城市化效应,发现降水增加主要集中在上风向的城乡边界邻近区域。近地层温差(T2)及其向上传输效应造成的PBLH分布,在城乡交界处形成较大的城市化梯度,此边界效应导致质量堆积和局地辐合增强从而产生对流上升,使得上风向的城乡交界处降水增幅,城区内部降水减少。以上这些研究,不但有助于深入理解华南暖区暴雨的发生发展的机理,而且为改进模拟和预报提高了参考依据。
【学位授予单位】：成都信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P461
【图文】：

微物理,累积降水,控制模拟,单位

成都信息工程大学硕士学位论文本研究中的模式使用的是 Weather Research and Forecasting (WRF)model3.6.1 版，同时耦合一个先进的城市冠状层模式(UCM) (WRF-UCM)[37]来研究一次华南暖区暴雨的过程。WRF 模式为完全可压缩以及非静力模式，垂直方向则采用地形跟随质量坐标。WRF 模式在时间积分方面采用三阶或者四阶的Runge-Kutta 算法。WRF 模式不仅可以用于真实天气的个案模拟，也可以用其包含的模块组作为基本物理过程探讨的理论根据。其中 WRF-SLUCM 模式中内部参数如表 2-1。2.2 WRF-SLUCM 设置

土地类型,嵌套,方框,红色

成都信息工程大学硕士学位论文第 11页共 62 页图2-2 (a) WRF 配置的区域嵌套和PRD所在位置 (红色方框). (b) WRF中城市区域的地面土地类型。2.3 数值实验的描述不应被忽视的AH释放[50]，特别是对在PRD地区热力因素主导的暖区降水模拟，很少被考虑作为一个独立的影响因素。缺乏准确和普遍标准化的AH排放量清单可能是造成这一问题的主要原因。为了解决这些限制，最近由根据朱宽广等人(2017)[55]估计出广州地区的AH通量最大值约为50 W m-2。为了以实例来说明AH对降水量的定量影响，我们基于以上的峰值，用一个固定的(常数)AH日廓线作为基准(记为下面的实验1.0AH)。然后，在SLUCM模式下尝试不同的AH值，探究其对暖区暴雨模拟的不同效果。因此在实验中，仅仅是AHR(AH释放值)作为独立因素来影响降水

【参考文献】