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BCC-CSM模式土壤分层及其冻融砾石参数化集成方案对青藏高原土壤水热输送的模拟研究

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高原气象 2024年

作者：杨发利杨显玉吕世华成都信息工程大学大气科学学院/高原大气与环境四川省重点实验室/成都平原城市气象与环境四川省野外科学观测研究站/四川省气象灾害预报预警工程实验室

本研究旨在通过采用一种新颖的土壤分层及其冻融砾石参数化集成方案，以增强对青藏高原土壤水热过程的模拟精度。鉴于该地区独特的地理形态和复杂的气候条件，传统的数值模式在准确模拟方面面临挑战。新方案结合了土壤冻融参数化方案、... 详细信息

本研究旨在通过采用一种新颖的土壤分层及其冻融砾石参数化集成方案，以增强对青藏高原土壤水热过程的模拟精度。鉴于该地区独特的地理形态和复杂的气候条件，传统的数值模式在准确模拟方面面临挑战。新方案结合了土壤冻融参数化方案、土壤砾石参数化方案以及土壤垂直离散化方案，更全面地考虑了青藏高原土壤的特性和地形的复杂性。为验证所提出方案的有效性，本研究采用国家地球系统模式中心的BCC-CSM大气环流模式对集成方案进行了测试和评估。模拟结果显示，通过耦合土壤冻融和砾石参数化方案，土壤水热分布的模拟效果得到了显著提升，尤其是在冬季和土壤深层效果较明显。在此基础上，对土壤分层进行加密（分别增至20层和30层），进一步优化了青藏高原土壤温度和湿度的模拟结果。结果显示，加密至30层的集成方案模拟效果最佳，20层方案次之。该方案显著降低了土壤温度模拟的偏差和均方根误差，尤其在青藏高原中西部，且冬季模拟效果优于夏季。尽管土壤湿度模拟效果不如温度，但加密方案仍一定程度上减少了误差，且浅层土壤模拟效果更佳。土壤分层加密提高了模拟值与我国第一代全球大气和陆面再分析产品（Chinese Atmospheric Reanalysis，简称CRA）之间的相关系数，增强了模拟与观测的一致性，尤其在青藏高原中部和西部。本研究不仅为深入理解青藏高原土壤水热过程的机理和特性提供了新的视角，而且为未来的气候模拟和预测工作提供了关键的方法论和技术支持。此外，本研究提出的集成方案对于其他高原地区土壤水热过程的模拟也具有参考价值，并有望在更广泛的领域得到应用和推广。

关键词：青藏高原土壤水热模式土壤分层冻融砾石参数化 BCC-CSM模式

2016年冬季四川盆地一次重度灰霾事件形成机制研究

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高原气象 2024年第3期43卷 775-789页

作者：任鑫冰杨显玉文军王式功成都信息工程大学大气科学学院/高原大气与环境四川省重点实验室四川成都610225 成都平原城市气象与环境四川省野外科学观测研究站四川成都610225 中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

深入理解重度灰霾污染事件的形成和演化机制对于区域尺度空气质量的管控以及霾污染防治政策的制定具有重要的意义。本文应用中尺度气象模式WRF和区域空气质量模型CMAQ,结合实际观测数据,研究了2016年12月23日至2017年1月7日发生在四川... 详细信息

深入理解重度灰霾污染事件的形成和演化机制对于区域尺度空气质量的管控以及霾污染防治政策的制定具有重要的意义。本文应用中尺度气象模式WRF和区域空气质量模型CMAQ,结合实际观测数据,研究了2016年12月23日至2017年1月7日发生在四川盆地成都地区的一次重度灰霾事件。主要分析了在此污染期间气象要素场的时间变化,PM_(2.5)浓度和通风系数的时空变化,量化了各个物理化学过程对PM_(2.5)的相对贡献以及污染源区的分布,以研究此次重污染霾事件的形成和演化机制。研究表明:(1)霾事件期间低温和低风速的环境条件为污染物的积累创造了有利条件。(2)盆地北侧的偏北气流和南侧的偏西南气流以及较低的通风系数(大气的湍流扩散能力弱)是污染物积累的主要原因,成都地区PM_(2.5)浓度在东北气流的作用下达到峰值。污染物的消散主要是因为偏北气流的加强和较高的通风系数(大气的湍流扩散能力强)。(3)此次霾事件中气溶胶过程和排放源的正贡献加强,PM_(2.5)的增加主要在夜间(平流过程和扩散过程的负贡献减弱)且增加幅度更大,使得PM_(2.5)总体上逐渐增加。(4)PSCF和CWT分析表明,在此次霾事件期间,致使成都地区PM_(2.5)浓度升高的主要气流为其东北方向和西南方向的气流,潜在的污染源区在总体上呈东北-西南向的分布状态。

关键词：霾事件 CMAQ PM_(2.5) 成都四川盆地

低层通风量及逆温对四川盆地空气质量的影响分析

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环境科学学报 2022年第3期42卷 322-333页

作者：杨旗向卫国陈志航杨显玉成都信息工程大学大气科学学院成都610225

将四川盆地分为西部平原、中部丘陵和东部山地,采用2014—2020年的ERA5再分析资料、生态环保部官网18个站点的每日AQI监测数据,以及4个探空站的探空数据,利用相关系数和显著性检验的方法,讨论通风量及逆温对空气质量的影响.结果表明,四... 详细信息

将四川盆地分为西部平原、中部丘陵和东部山地,采用2014—2020年的ERA5再分析资料、生态环保部官网18个站点的每日AQI监测数据,以及4个探空站的探空数据,利用相关系数和显著性检验的方法,讨论通风量及逆温对空气质量的影响.结果表明,四川盆地空气质量逐年变好,贴地层的通风量等级越大,空气质量越好.总的年均通风量呈先减少后增加的趋势,且越往上层波动越大.各层通风量与各项污染物浓度总体上呈现弱的负相关关系,与NO_(2)的负相关系数最大,与O_(3)的负相关系数最小.盆地大部分地区的贴地层通风量对污染物扩散的影响比低层通风量小.此外,四川盆地贴地逆温对空气质量的影响更显著.贴地逆温厚度、低层逆温强度8:00普遍大于20:00;而贴地逆温强度8:00总体小于20:00,低层逆温厚度两时次相近.四川盆地AQI与逆温特征(层数、厚度和强度)在不同季节的正、负相关性不同,而逆温层数与AQI的相关系数通过90%显著性检验的频率最大.

关键词：各层通风量通风量等级逆温类型逆温特征空气质量相关系数四川盆地

基于风场季节变率的高原季风指数算法的改进及对比

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气象学报 2019年第2期77卷 315-326页

作者：张少波吕世华赵勇杨显玉成都信息工程大学大气科学学院高原大气与环境四川省重点实验室气候与环境变化联合实验室成都610225 中国科学院西北生态环境资源研究院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室兰州730000 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044

关于青藏高原季风,现有研究分别从近地层的热低压、气旋式环流切变以及风场的涡度和散度等角度定义了高原季风指数,但现有指数均更多地关注高原空间场的对比,而没有考虑风场的冬、夏转换特征。因此,在之前的工作中,基于风场季节变率指数... 详细信息

关于青藏高原季风,现有研究分别从近地层的热低压、气旋式环流切变以及风场的涡度和散度等角度定义了高原季风指数,但现有指数均更多地关注高原空间场的对比,而没有考虑风场的冬、夏转换特征。因此,在之前的工作中,基于风场季节变率指数,从高原近地层冬、夏风场对比的角度定义了一种新的高原季风指数,这里对该指数进行改进和简化,以便于其的进一步推广。为了验证改进的效果,使用ERA-interim再分析数据计算高原季风指数,并比较了不同高原季风指数年变化和年际变化的差异及其与夏季降水相关的差异。结果表明:(1)改进后的高原季风指数物理含义清楚,弥补了原指数计算复杂的不足。(2)物理基础的差异使得新指数在8月达到峰值,不同于其他指数在6月达到峰值。整体而言,不同高原季风指数和高原降水的年变化特征均有较高的一致性。(3)新指数能够较好地表征高原季风与高原夏季降水东、西反相的相关系数分布特征,且不同于其他指数在高原一致的相关系数分布特征,对于高原地区降水,尤其是高原东南部人口相对密集地区的降水预测具有较好的指示意义。

关键词：高原季风指数夏季降水指数对比

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中国西南地区干湿年份水汽来源个例对比分析

高原气象 2023年第6期42卷 1504-1517页

作者：朱家宁杨显玉吕雅琼文军陈颖成都信息工程大学大气科学学院/高原大气与环境四川省重点实验室四川成都610225 中国科学院\水利部成都山地灾害与环境研究所四川成都610041

中国西南地区常年气候湿润,但近年来该地频繁发生的干旱灾害造成了诸如农作物减产、森林火灾等巨大经济损失。为了深入探索西南地区干旱年份水汽输送的异常,并为今后西南地区干旱灾害的预警提供参考,本文利用TRMM和APHRODITE两种降水数... 详细信息

中国西南地区常年气候湿润,但近年来该地频繁发生的干旱灾害造成了诸如农作物减产、森林火灾等巨大经济损失。为了深入探索西南地区干旱年份水汽输送的异常,并为今后西南地区干旱灾害的预警提供参考,本文利用TRMM和APHRODITE两种降水数据,分析了1998-2019年西南地区降水的年际变化及各季节降水量的年际变化,选出夏季干旱年(2011年)和秋季干旱年(2009年)以及夏季秋季都较为湿润的2008年,通过拉格朗日输送模型FLEXPART追踪了两个极端干旱季节(2009年秋季和2011年夏季)的水汽输送路径及水汽源地,并分别与湿润年份(2008年)的夏季和秋季做了对比分析。结果表明:(1)干湿年份的水汽输送路径一致,夏季西南地区的水汽输送路径主要可分为3条:西南路径、东南路径和西北路径,其中最主要的是西南路径,故主要的水汽源地为阿拉伯海-孟加拉湾一带;秋季西南地区的水汽输送的主要路径可分为两条:东南路径和西北路径,其中最主要的是东南路径,故主要的水汽源地为我国南海-太平洋西北部一带。(2)干湿年份水汽输送强弱存在差异,夏季西南地区干旱的原因是西南路径对水汽的输送较弱,而秋季西南地区干旱的原因则是东南路径对水汽的输送较弱引起的。

关键词：西南地区降水异常水汽输送水汽来源 FLEXPART

对流解析与对流参数化方案模拟青藏高原夏季降水对比研究

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高原气象 2023年第6期42卷 1429-1443页

作者：陈颖杨显玉吕雅琼文军朱家宁成都信息工程大学大气科学学院/高原大气与环境四川省重点实验室四川成都610225 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所四川成都610041

青藏高原被称为“亚洲水塔”,其水资源的变化对下游的天气气候有重要的影响。降水是水循环的关键环节,因此,准确模拟青藏高原降水对我国水资源安全有重大意义。近年来,一些研究发现对流解析模拟(即当网格尺度小于4 km时关闭对流参数化... 详细信息

青藏高原被称为“亚洲水塔”,其水资源的变化对下游的天气气候有重要的影响。降水是水循环的关键环节,因此,准确模拟青藏高原降水对我国水资源安全有重大意义。近年来,一些研究发现对流解析模拟(即当网格尺度小于4 km时关闭对流参数化方案的模拟)能够提升青藏高原降水的模拟效果,然而,这些研究仅仅选取了1~3种对流参数化方案来进行对比研究,对流解析模拟是否优于任意对流参数化方案仍然未知。本文评估了WRF模式中9种积云对流参数化方案与不使用对流参数化方案的对流解析模拟(Convection-Permitting Modeling,CPM)对2009年夏季青藏高原地区降水的模拟能力。结果表明:模拟总体高估了青藏高原2009年夏季降水,存在0.4~2.0 mm·d^(-1)的误差,对青藏高原CAPE值和潜热通量的模拟过大可能是造成青藏高原降水模拟偏大的原因之一。在所有模拟中,G3积云对流参数化方案对平均降水和日变化的模拟效果最好,能更好地模拟出平均降水的降水强度、空间分布和降水落区以及降水日变化。CPM对降水整体的模拟效果次于G3积云对流参数化方案,不能有效地改善对降水日变化的模拟,但是可以改进对降水频率的模拟。在不同高原生态区内,所有模拟都不能合理地模拟出荒漠区和喜马拉雅南麓的降水,但相较于参数化方案,CPM可以大大地降低荒漠区的误差。在其他区域内,CPM和Tiedtke积云对流参数化方案的表现都较好。综合平均降水和降水频率,CPM、Tiedtke和G3积云对流参数化方案对不同区域、不同强度的降水模拟误差最小。因此我们建议:模拟青藏高原夏季降水时可优先考虑G3和Tiedtke积云对流参数化方案,在计算资源充足时,可以考虑采用高分辨率的对流解析来提高青藏高原降水频率的模拟。

关键词：青藏高原 WRF模式降水积云对流参数化方案对流解析模式

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WRF-Lake模式不同参数化方案对纳木错湖区夏季大气边界层模拟的影响

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高原气象 2024年第6期43卷 1416-1432页

作者：王梓奕杨显玉吕雅琼孟宪红王黎欢成都信息工程大学大气科学学院/高原大气与环境四川省重点实验室四川成都610225 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所四川成都610299 中国科学院西北生态环境资源研究院中国科学院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

采用改进湖泊动力参数模块的WRF-Lake模式(WRF4.4.1),选取6种微物理方案、5种积云对流方案、2种边界层方案,共60种参数化方案组合对纳木错湖区2008年7月5-13日天气进行模拟,通过敏感性试验对比分析不同参数化方案组合对大气边界层内变... 详细信息

采用改进湖泊动力参数模块的WRF-Lake模式(WRF4.4.1),选取6种微物理方案、5种积云对流方案、2种边界层方案,共60种参数化方案组合对纳木错湖区2008年7月5-13日天气进行模拟,通过敏感性试验对比分析不同参数化方案组合对大气边界层内变量的模拟效果,利用“排名方法”对不同参数化方案在纳木错湖区夏季大气边界层的模拟能力进行综合评估。结果表明,模式能较好捕捉纳木错夏季平均2 m温度的总体时空分布特征,但湖上2 m温度模拟值偏高;受积云对流参数化方案和模式性能影响,各试验组对降水的模拟效果差异化显著并对日降水量存在不同程度的高估;模式对纳木错测站潜热通量日平均变化模拟性能最好,感热和风向较好,风速最差。整体而言,综合分析各试验组对纳木错湖夏季大气边界层的模拟能力发现,方案58(SBU-Tiedtke-MYNN3)对纳木错湖夏季2 m温度、日降水量、10 m风场及地表热通量的模拟效果最好。2 m温度RMSE值为2.38℃,日降水量RMSE值为10.48 mm,10 m风速日平均变化的相关系数为-0.41,标准差之比为0.94,10 m风向日平均变化的相关系数为0.59,标准差之比为0.73,感热通量日平均变化的相关系数为0.94,标准差之比为1.89,潜热通量日平均变化的相关系数为0.89,标准差之比为0.91。因此,建议使用以上次网格参数化方案进行纳木错湖区夏季大气边界层模拟。

关键词：纳木错湖 WRF-Lake 参数化方案边界层

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一次甘肃强降水过程的数值模拟与诊断分析

高原气象 2016年第3期35卷 726-733页

作者：杨显玉文军王大勇李江林中国科学院寒区旱区环境与工程研究所寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室兰州730000 高原大气与环境四川省重点实验成都610225 中国科学院大学北京100049 山西省气候中心太原030006

利用WRF模式对2012年5月10-11日甘肃岷县的一次强降水过程进行了数值模拟和诊断分析。结果表明:WRF模式较好地再现了此次暴雨天气过程,在暴雨落区和强度量级上接近实况。四川盆地的西南风从孟加拉湾携带暖湿水汽向北输送,最大值达到16 k... 详细信息

利用WRF模式对2012年5月10-11日甘肃岷县的一次强降水过程进行了数值模拟和诊断分析。结果表明:WRF模式较好地再现了此次暴雨天气过程,在暴雨落区和强度量级上接近实况。四川盆地的西南风从孟加拉湾携带暖湿水汽向北输送,最大值达到16 kg·m^(-1)·s^(-1)·hPa^(-1),为该地区降水提供了水汽条件。在暴雨发生前,大气能量有个累积的阶段,在暴雨发生时能量开始释放,到暴雨结束时能量释放完;在暴雨发生时,降水落区上空整层均为上升气流,中心强度达到0.5 m·s^(-1)。这种强上升运动不仅使得暖湿空气辐合抬升,而且在上升过程中释放潜热,加热大气,使得垂直运动增强,形成正反馈。模拟的CAPE和雷达反射率因子等物理量均对此次降水过程有较好的指示意义。

关键词：暴雨 WRF 诊断分析数值模拟

关于海淀区居民小区社会治安综合治理工作现状的调查与思考

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北京警察学院学报 1996年第5期 1-4页

作者：杨显玉中共北京市委政法委

海淀区是北京市城乡结合的地区,面积有426平方公里,目前有居民小区88个,建有不同规模的居民住宅楼1429栋,住户约有16万户,还有与居民小区相似的机关大院81个,以楼群集中居住形式为主。近年来。

关键词：治安综合治理机关大院治安防范城乡结合社会治安治安工作多发性案件治安管理保安公司自行车棚