区域气候模式论文:区域气候模式数值模拟对比分析
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基于 ENVI-met的城市微气候模拟在乌鲁木齐地区适用性分析摘要:在快速的城市化进程中,城市道路的增加,和各类建筑物的建设,改变了原始的城市地表的基本特征,从而引起了城市微气候的变化。
随着热红外遥感技术的发展,热红外遥感技术应用于城市热环境的研究取得了大量成果。
然而,由于热红外遥感图像的空间分辨率较低,在面对复杂的城市结构,或者在需要相对精细的分析时,很难获得城市地表热环境的特征,因此很难全面、准确地揭示城市复杂结构的热环境,无法满足块体等微观尺度热环境的研究。
因此,本研究利用微气候模拟软件ENVI-met对乌鲁木齐市某小区的微气候热环境进行模拟,利用选定区域内周边气象自动站数据对ENVI-met微气候数值模拟软件进行初始化数据输入,在数值模拟的同时,结合现场实际测量的气象数据对数值模拟软件ENVI-met的可靠性进行验证,这既推动了微气候热环境影响的理论研究,也将验证在乌鲁木齐区域的环境内ENVI-met微气候数值模拟软件的适用性。
关键词:城市微气候;数值模拟;ENVI-met快速城市化改变了城市原有自然地表,取而代之的是沥青柏油等不透水面,全球气候变化和更加聚集的人类活动使区域气候与环境发生改变,尤其是城市热岛效应,从而加剧城市能源消耗和影响城市环境安全以及居民生活健康。
缓解城市热岛效应,不仅有利于协调城市环境可持续发展,而且是在局部尺度缓解全球问题的有效途径[1]。
因此研究城市微气候热环境的影响机制、协调城市发展与城市环境之间关系、改善城市热环境、居民生活环境、从而为城市规划及环境部门提供决策和参考。
城市热环境不仅与人居环境质量和居民健康息息相关,还对城市能源消耗、生态系统等有深远的影响,因此城市热环境的质量成为当前衡量城市生态环境的重要评价指标之一[2]。
目前来看,利用遥感数据研究城市地表热环境已取得了大量成果,但研究尺度还不足以精确区分城市内部区域的热环境的分布。
微气候热环境的研究能更好的揭示不同下垫面及其建筑物布局对热环境的影响机制,其研究能更好的精确指导城市规划和建设,提高城市微气候热环境质量,同时微气候热环境的模拟研究是改善城市化进程中热环境的重要措施,为城市改扩建、商业街小规模调整等方面可提供改善策略和建议,因为其较低的投入和较为可靠的模拟计算,将为各类方案提供直观的表达[3]。
第21卷第4期2006年4月地球科学进展A DVANCE S I N E AR TH S C I ENC EV o l.21 N o.4A pr.,2006文章编号:1001-8166(2006)04-0401-08中国近500年来的气候模拟与重建资料对比*刘 健1,陈 星2,H ans v on S t o r ch3,E dua r do Z o r it a3,王苏民1(1.中国科学院南京地理与湖泊研究所,江苏 南京 210008;2.南京大学大气科学系,江苏 南京 210093;3.G K SS研究中心海岸研究所,D-21502G ee s t h ac ht,德国)摘 要:介绍了利用全球海气耦合气候模式E C H O-G进行的小冰期以来的长时间积分气候模拟试验,并与中国区域温度重建资料作对比。
共做了2个模拟试验:控制试验和真实强迫试验。
首先将模拟结果与器测资料作对比,验证该模式模拟中国气候的能力;然后将模拟结果与中国10个区域重建的500年温度序列进行比较分析。
均值、方差及E O F分析表明,对于1550年至今的时段,除了东北、新疆、西南地区外,其它地区模拟与重建序列的相关性尚好,相关的置信度超过90%;而对于1760年以来的时期,除了华南、西北、西南地区外,其它地区二者较为一致,相关的置信度均超过90%,表明气候模式E C H O-G能捕捉到中国大部分地区温度的趋势及低频变化特征,也说明上述强迫条件是近500年来气候变化的主要控制因子。
然而模拟的温度距平的空间差异性比重建资料的小,对于年代际、年际等短时间尺度的温度变化模拟与重建结果的吻合度较差。
误差来自于重建和模拟两个方面。
在重建资料方面,需要提高代用资料的代表性、精确性和可靠性;在模拟方面,应提高各强迫条件序列的精确性,同时应引入更多的强迫因子,如下垫面植被及工业气溶胶等。
这样从两方面努力,才能更深入地刻划和认识中国历史气候演变及其成因机制问题。
21个气候模式对东亚夏季环流模拟的评估Ⅰ:气候态张宏芳;陈海山【期刊名称】《气象科学》【年(卷),期】2011(031)002【摘要】Based on European Center for Medium range Weather Forecasting (ECMWF) 40 a reanalysis data ( ERA40), the capabilities of 21 Coupled Ocean-Atmosphere General Circulation Models (CGCMs) from Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Fourth Assessment Report (AR4) to simulate the climatology of summer atmospheric general circulations in East Asia have been evaluated.Results show that: ( 1 ) Despite large differences among 21 models, the basic spatial patterns of the climatology of SLP, U, Ⅴ wind and 500 hPa geopotential height are well simulated. On the whole, the simulation of 500 hPa potential height is the best, but the simulation of SLP is relatively poor; (2) The simulated SLP exhibits evident deficiency. Most of models can simulate 850 hPa U, Ⅴ wind very well, on the average , the correlation coefficient of U with ERA40 is better than that of Ⅴ. There are no obvious differences in the simulated 500 hPa geopotential height; (3) On the whole, the simulated climatology of the main circulation systems is weaker than ERA40, and the simulated western Pacific subtropical high is systematically weaker than the observation.%利用欧洲中期天气预报中心的40 a再分析资料(ERA40),评估了参与政府间气候变化专门委员会第四次评估报告(IPCC AR4)的21个全球海气耦合模式对东亚地区夏季大气环流气候态的模拟能力.结果表明:(1)尽管各模式模拟性能差异较大,但模式对东亚地区海平面气压场(SLP)、850 hPa风场及500 hPa位势高度场的气候态均有较好模拟;整体来说,500 hPa位势高度场模拟效果最好,SLP场模拟相对较差;(2)SLP在高原上模拟存在明显不足;多数模式能较好模拟850 hPa纬向、经向风场的基本特征;500 hPa位势高度场各模式模拟偏差一致性的区域性差异不明显;(3)模式对东亚地区夏季两大环流系统模拟整体偏弱,西太平洋副热带高压模拟明显偏弱.【总页数】10页(P119-128)【作者】张宏芳;陈海山【作者单位】南京信息工程大学,气象灾害省部共建教育部重点实验室,南京,210044;安康市气象局,陕西安康,725000;南京信息工程大学,气象灾害省部共建教育部重点实验室,南京,210044【正文语种】中文【中图分类】P435.2【相关文献】1.利用大气环流模式讨论舍入误差对东亚和西北太平洋夏季气候模拟的影响 [J], 黄刚;胡开明2.CMIP5气候模式对东亚夏季平均环流场模拟能力的评估 [J], 田亮;江志红;陈威霖3.变网格模式LMDZ对东亚夏季气候平均态的模拟能力评估 [J], 胡亚南;郭慕萍;李肇新;张国宏;李智才4.21个气候模式对东亚夏季环流模拟的评估Ⅱ:年际变化 [J], 张宏芳;陈海山5.全球模式NCAR CESM和CAS ESM对亚洲东部夏季气候的模拟性能评估:气候平均态和降水日变化分析 [J], 李星雨;毕训强;张贺因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
区域气候模式RIEMS对中国气候的模拟吴琼;延晓冬;熊喆【期刊名称】《江西农业大学学报》【年(卷),期】2009(031)005【摘要】利用区域环境集成系统模式(RIEMS)对我国进行2005年4月1日~2006年10月1日18个月的积分试验,重点考察区域气候模式对我国区域气候平均状况的模拟能力.结果表明:(1)RIEMS模式能够较好地模拟出温度的空间分布及时间变化;同时模式模拟的季和平均大气温度与NCEP之间偏差大约1~2 ℃ ,模式还能够较好地模拟出辐射、感热、潜热、位势高度、风场等气象要素场的空间分布以及时间演变,并且越到高空模拟效果越好.(2)对温度、辐射、感热、潜热、位势高度、风场等气象要素场模拟的时间演变接近NCEP的演变,但对于不同季节,不同变量模拟的结果有所差异,一般来说,秋季的效果最好,夏、冬季效果稍差一些.【总页数】7页(P950-956)【作者】吴琼;延晓冬;熊喆【作者单位】中国科学院,大气物理研究所,北京,100029;中国科学院,大气物理研究所,北京,100029;中国科学院,大气物理研究所,北京,100029【正文语种】中文【中图分类】P468.0【相关文献】1.RegCM3区域气候模式对中国气候的模拟 [J], 张冬峰;高学杰;赵宗慈;Jeremy S.PAL;Filippo GIORGI2.区域气候模式RIEMS对东亚气候的模拟 [J], 熊喆3.区域气候模式PRECIS对中国气候的长期数值模拟试验 [J], 王芳栋;许吟隆;李涛4.区域气候模式对温室效应引起的中国西北地区气候变化的数值模拟 [J], 高学杰;赵宗慈;丁一汇5.区域气候模式和大气化学模式对中国地区气候变化和对流层臭氧分布的模拟 [J], 吴涧;蒋维楣;刘红年;汤剑平因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
【关键词】区域气候模式数值模拟对比分析【英文关键词】regional climate model numerical simulation comparative analysis区域气候模式论文:RegCM3.0与RegCM4.0对中国区域气候模拟的对比分析【中文摘要】与全球环流模式相比,高分辨率的区域气候模式不仅可以更好描述物理过程及其参数化,同时又可以获取更小尺度的强迫信息,对于区域与局地气候的描述可以更精确。
中国地处东亚季风区,地形复杂,气候多变,全球模式对中国气候的模拟经常出现明显的偏差,使得区域气候模式在这一区域的的应用更加重要,RegCM系列模式是目前应用最广的区域气候模式之一,2010年6月RegCM的最新版本4.0发行,在很多物理过程上进行了改进,但其在我国气候模拟中目前还没有得到应用,因此检验其在我国的实用性并与上一版本作比较是十分必要的。
本文采用RegCM3及RegCM系列最新版本RegCM4,利用美国国家环境预测中心(NCEP)再分析数据Ⅱ及NOAA的周平均海温资料,对我国4个典型多雨年(1998年,2003年,2007年和20110年)及从1982-2010近30年的夏季气候进行模拟试验,将得到的结果与中国743站降水、温度资料通过诊断和统计检验进行对比分析,并初步探讨不同版本模式对中国区域陆面过程的模拟的差异及其对气候模拟的影响,主要结论如下:(1)从多年平均看,RegCM3、RegCM4-BATS、RegCM4-CLM3.5基本能模拟出中国地区的降水空间型态和主要雨带,但模拟的雨带位置与观测存在一定的偏差,位置整体偏南。
相对而言,RegCM4-BATS模拟的雨带位置与观测更接近,尤其是对东南沿海强降水带的模拟,其他两个方案模拟的强降水范围较小,量值也较低。
(2)三种方案模拟的全国夏季平均降水较观测存在不同程度的偏少。
相对而言,RegCM4-BATS模拟的降水较其他两个方案大,更接近观测,对降水空间分布型态的模拟也较好。
总体而言,三个方案在对湿润区降水的模拟偏少,尤其是RegCM3和RegCM4-CLM3.5,其中在江淮和江南较为突出;对干旱半干旱、半湿润区降水的模拟则偏多,尤其是在东北和高原东部地区。
(3) RegCM3、RegCM4-BATS、RegCM4-CLM3.5三种方案都能够模拟出位于东南沿海及新疆沙漠地带的温度高值区。
RegCM3在东南沿海模拟的温度值较低,另外两种方案模拟的东南沿海温度高值区量值与观测更为接近,但位置略偏北。
三种方案都模拟出了青藏高原冷区的存在,但模拟的冷区范围比观测偏大,并且冷中心的温度也比观测低。
此外,三种方案在天山地区模拟的温度也出现了不同程度的偏低。
(4)三种方案模拟的全国近29年夏季平均温度都小于观测值,三种方案的模拟均存在冷偏差。
RegCM3模拟的夏季平均温度在全国范围偏低较多,相对而言,RegCM4-BATS模拟的夏季平均温度空间分布型态与实际最为接近。
同时RegCM4-BAT在温度年际变化趋势的模拟上与观测较为一致;RegCM4的两种方案相对夏季平均温度长期变化趋势的模拟均优于比RegCM3.0。
(5)模式模拟的感热与温度呈较好的正相关关系,无论是典型年还是多年平均的感热在江淮和华南RegCM4-CLM3.5模拟都较大,而同时其在江淮和华南模拟的温度过高,由此可见陆面过程模拟的准确性对大气过程有较大影响。
三种方案模拟的全国夏季土壤湿度分布较为符合实际。
土壤湿度和降水也有着很好的正相关关系,虽然土壤湿度并不是影响降水的唯一因子,但土壤湿度的量值和分布对降水的模拟有很大影响。
RegCM4-BATS模拟的土壤湿度相对准确,其模拟的降水也总体较好。
【英文摘要】Compare to the global general circulation model (GCM), high resolution regional climate model can not only describe physical processes and their parameterization better, but also get more detailed imformation in smaller scale. Just for such a reason, regional climate model can describe the regional and local climate better than GCM. Climate simulation over China given by GCMs always shows evident bias, because of the complex terrain and changeable climate. Sothe application of regional climate model in China is very important. RegCM is one of most widely used regional climate models. Its latest version RegCM4.0with a lot of improvement in physical process have been issueded in June.2010. Testing its suitable in our country and comparing it to RegCM3is necessary due to no usein China.In this paper, by using RegCM3and RegCM4of NCAR and U.S. National Centers for Environmental Prediction renalysis II and weekly sea temperature of NOAA, we simulated to four typical raininess year(1998,2003,2007,2010) and the summer near thities years from1982to2010. The conclusion from the simulation have been compared to the national observation precipitation and temperature data from743stations throughing diagnosis and statistical test.At the same time, we preliminary analyze the effect of simulations on land surface processes to atmospheric variables. The main conclusions are as follows:(1) From the years on average precipitation, RegCM3, RegCM4-BATS, RegCM4-CLM3.5all can basically simulate precipitation spatial patterns and primary rainbands in China, but there is a certain deviation between simulated rainbands and oberservation rainbands, the overall southerly. Comparatively speaking, the RegCM4-BATS, simulat rain belts with observations closer, especially with the simulation of heavy precipitation belts along the southeast coast, the other two programs simulate smaller scope of the heavy precipitation area and the value is lower.(2) National average summer precipitation values simulated by the three projects are smaller than the oberservedvalue. Seen from the view of the national area, the three projects simulate precipitation less than normal. Relatively speaking, the precipitation values simulated by RegCM4-BATS which is closer to the observed value and have a better precipitation distribution patterns is larger than the other two projects. The three projects, especially RegCM3and RegCM4-CLM3.5, simulate too few in the humid area, which is more prominent in the south of the Yangtze Rive and the area near the Huai River.In the semi-arid and semi-humid area, especially in the northeast and eastern plateau, they all simulate long bias. (3) The three projects of RegCM3, RegCM4-BATS, RegCM4-CLM3.5are all able to simulate the temperature of the high value areas which are located along the southeast coast and the desert in Xinjiang. RegCM3simulate the low value temperature in the area of southeast coast, the other two projects simulate the same value to the oberservation temperature in the area of southeast coast which have high value of temperature, but the location is northerly. The three projects simulate the existence of the cooling zone of the Qinghai-Tibet Plateau.The simulated cold area is large than the observation and the cold center temperature is lower than theobservation, below5℃. In addition, due to topographic effects, the simulated temperature is low.(4) the average summer temperature between1982-2010simulated by the three projects is less than the observed values. Seen from the view of the national area, the simulation of the three are cold bias.The summer average temperature simulated by RegCM3is lower more across our country. Relatively speaking, the average summer temperature distribution pattern and the value which simulate by RegCM4-BATS is best. The temperature interannual variability of the trend simulated by RegCM4-BAT is more consistent with the observations. The two kinds of programs of RegCM4is better to compared RegCM3.0on the long-term trend in the average summer temperature simulation(5) There is a good positive correlation between the simulated sensible heat flux and temperature.Whether it is a typical year or the average sensible heat of29years, in the south of the Yangtze Rive and the South China RegCM4-CLM3.5simulate larger.Contrast to temperature distribution shows that RegCM4-CLM3.5simulate high temperature at these areas.we can see that the accuracy of the land surface process simulation have a significant impact on simulation of atmospheric processes, and vice versa.The national summer soil moisture distribution simulated by the three projects is more realistic.There is also a good positive correlation between soil moisture and precipitation. although the soil moisture is not the only factor to affect the precipitation, the magnitude and distribution of soil moisture has a great influence on the precipitation simulation. The soil moisture simulated by RegCM4-BATS is relatively accurate, so it is best to simulate precipitation..【目录】RegCM3.0与RegCM4.0对中国区域气候模拟的对比分析摘要6-8Abstract8-9第一章绪论10-17 1.1 研究背景10 1.2 国内外研究现状10-14 1.3 存在的问题和拟解决的关键问题14-15 1.4 本文的主要研究内容和章节安排15-17第二章模式介绍和数据说明17-24 2.1 模式介绍17-22 2.2 资料和试验设计22-24第三章 REGCM3.0和REGCM4.0对中国夏季典型多雨年气候模拟的对比研究24-46 3.1 模式对降水的模拟对比24-35 3.2 模式对温度的模拟对比35-45 3.3 本章小结45-46第四章 REGCM3.0和REGCM4.0对中国区域近30年夏季气候模拟的对比研究46-59 4.1 模式对降水的模拟对比46-51 4.2 模式对温度的模拟对比51-57 4.3 本章小结57-59第五章模式对地表能量通量及水文过程的模拟比较59-79 5.1 感热和潜热的模拟比较59-70 5.2 土壤湿度的模拟比较70-77 5.3 本章小结77-79第六章结论与讨论79-82 6.1 全文总结79-81 6.2 不足与展望81-82参考文献82-87致谢87。