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作者：陈渤黎中国科学院研究生院(寒区旱区环境与工程研究所)

学位级别：硕士

冻土是陆面重要的强迫因子。土壤冻融过程对局地能量与水分循环有重要影响，进而对天气及气候变化起到至关重要的作用。青藏高原大面积的冻土下垫面影响了该地区及周边地区能水循环过程，在高原气候的形成与变化中起到了一定作用。本论... 详细信息

冻土是陆面重要的强迫因子。土壤冻融过程对局地能量与水分循环有重要影响，进而对天气及气候变化起到至关重要的作用。青藏高原大面积的冻土下垫面影响了该地区及周边地区能水循环过程，在高原气候的形成与变化中起到了一定作用。本论文研究了青藏高原单站冻融期的地表水热特征;验证了陆面过程模式CLM3.5在青藏高原的模拟性能;将新的热传导率参数化方案引入耦合了CLM3.5的RegCM4模式中进行了模拟;并进行了有无土壤冻融过程的单点和区域模拟实验。全文研究工作分为以下四个方面：首先，对位于青藏高原东部若尔盖站2010年的观测数据进行了分析，对该站冻融期的地表水热特征有了初步的认识。根据表层土壤日最高最低温度将全年分为完全冻结、消融过程、完全消融、冻结过程4个阶段。分析表明20cm及以上层土壤温度呈正弦型日变化，各层土壤温度和土壤含水量呈现显著年变化。在消融过程阶段，80cm及以上层土壤含水量骤增、土壤温度快速升高;在冻结过程阶段，80cm及以上层土壤含水量骤降、土壤温度快速降低。160cm层已无冻融发生。地表各能量通量日变化、年变化均较显著，其中净辐射、潜热通量呈单峰型年变化;感热通量呈双峰型年变化;地表土壤热通量年变化较复杂，在完全冻结期和冻结过程期从日平均看土壤向大气放热，而在完全消融和消融过程期从日平均看大气向土壤放热。冻融过程对各能量通量有一定影响。冻融期波文比的平均值较完全消融期更大。能量不闭合现象在全年均表现明显，冻融期较完全消融期能量闭合度更小。其次，分别使用CLM3.5和CLM3.0模式对若尔盖站进行了单点模拟实验，通过对比观测值与模拟值验证了模式对高原季节性冻土地区的模拟能力。结果表明CLM3.5能够较好的模拟冻融期土壤温度、土壤含水量、地表各能量通量的变化。CLM3.5中加入了未冻水参数化方案，使模式可以模拟到冻结后土壤中存留的未冻水，冻融期各层土壤含水量的模拟值与观测值较接近，较CLM3.0有了显著改善，同时土壤含冰量的模拟值较CLM3.0减小。在土壤温度的模拟上，CLM3.5较3.0也有一定改进，冻融过程阶段浅层土壤温度日变化的模拟值较CLM3.0减小。由于水与冰热力性质的差异，加入未冻水方案导致冻土热容量的模拟值增大，热导率的模拟值减小，使冻融期土壤温度的模拟较CLM3.0有了一定程度的改善。但模拟中仍然发现了一些问题，如冻融过程阶段土壤含水量骤降骤增的时间均较观测提前;模拟的冻融速率偏大导致冻融过程较真实情况更快完成;模拟的冻结深度较观测显著偏深。然后，针对模拟中出现的问题，发现CLM3.5中土壤基质热导率参数化方案在高原地区计算值显著偏大，由于冻土中冰的高热导率，进一步增大了冻土热导率计算的偏差，故冻融期模拟的偏差较完全消融期更大。将在高原地区计算较为准确的Johansen土壤热导率方案替换模式中原方案并对若尔盖站进行单点模拟实验后发现，新模拟结果较原模拟更好。如显著减小了暖舌冷舌的模拟深度;含水量骤降骤增的时间更加符合观测;冻结期土壤温度模拟值偏低的现象也有一定改善。将Johansen方案引入耦合了CLM3.5的RegCM4模式中，并对整个青藏高原地区进行模拟后发现，80cm及以下深度土壤温度的模拟值出现了明显变化，冬季土壤温度升高，夏季降低，显著减小了土壤温度的年较差。其中土壤温度年较差的减小与观测站点的数据一致。但考虑到模式对气温模拟存在整体冷偏差，这一参数化方案的改进在冬季可以减小土壤温度模拟的偏差，但在夏季却可能增大了模拟的偏差。最后，使用CLM3.5和RegCM4模式分别对若尔盖站和青藏高原进行了有无冻融过程的单点和区域模拟实验。结果表明冻融过程是土壤温度季节变化的缓冲器。冻结过程释放大量相变能量使土壤温度不至太低，减缓了气温降低对陆面的冷却作用;消融过程吸收大量相变能量使土壤温度不至太高，减缓了气温升高对陆面的加热作用。冻融过程使地气系统之间能量交换加强。冻结过程阶段由于相变能量的释放，增大了土壤向大气传输的地表土壤热通量，地表向上辐射、感热潜热通量均增大;消融过程阶段由于吸收相变能量，增大了大气向土壤传输的地表土壤热通量，感热潜热通量均减小。高原地区冻融过程对高低空形势亦有一定影响。高原地区冻结过程增大了高原冬季地表热源，使近地面至高空350hPa温度升高，由于冬季高原处于冷高压控制下，气温升高使位势高度降低;消融过程减小了高原夏季地表热源，使近地面至高空200hPa温度降低，由于夏季高原对流层高层为南亚高压，在高压所在处位势高度增大，故冻融过程对南亚高压的维持可能有一定贡献。在全球变暖的背景下，青藏高原部分多年冻土退化为季节性冻土且活动层厚度增大，冻融过程的区域气候效应随之增大可能会加速冻土的退化。

关键词：青藏高原冻融过程陆面能量气候效应模拟实验 CLM3.5模式 RegCM4模式

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CLM3.5模式对青藏高原玛曲站陆面过程的数值模拟研究

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高原气象 2012年第6期31卷 1511-1522页

作者：陈渤黎吕世华罗斯琼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甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

利用通用陆面过程模式(CLM3.5)和青藏高原玛曲站2010年6月-2011年2月的观测资料进行了9个月的单点数值模拟试验。通过比较辐射通量、能量通量、土壤温度及土壤含水量的模拟值和观测值,结果表明,CLM3.5模式能较成功地模拟玛曲地区的陆面... 详细信息

利用通用陆面过程模式(CLM3.5)和青藏高原玛曲站2010年6月-2011年2月的观测资料进行了9个月的单点数值模拟试验。通过比较辐射通量、能量通量、土壤温度及土壤含水量的模拟值和观测值,结果表明,CLM3.5模式能较成功地模拟玛曲地区的陆面能量与水分特征。该模式对夏季向上短波辐射的模拟较好,冬季整体偏小。向上长波辐射的模拟整体较好,但模拟值稍偏大。净辐射的模拟整体较好,模拟值与观测值的相关系数为0.99,偏差为-1.28 W.m-2。感热通量的模拟较差,整体显著偏高。潜热通量的模拟较好,随季节变化特征明显。土壤热通量的模拟夏季较好,冬季土壤冻结及消融期的偏差较大,主要原因与冬季模拟的积雪偏少有关。土壤温度的模拟夏季较好、冬季较差,6层土壤温度模拟值与观测值的相关系数均在0.98以上,平均偏差为-1.80℃。模式较好地模拟出了冬季土壤冻结后存留的未冻水,冻结后土壤含水量的模拟较该模式以前的版本有了很大的改善,6层土壤含水量模拟值与观测值的平均相关系数为0.94,平均偏差为-0.015m3.m-3。

关键词：青藏高原陆面过程土壤冻融 CLM3 5模式

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陆面模式CLM对若尔盖站冻融期模拟性能的检验与对比

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气候与环境研究 2014年第5期19卷 649-658页

作者：陈渤黎罗斯琼吕世华张宇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 中国科学院大学北京100049

陆面模式CLM(Community Land Model)是目前国际上发展较为完善并被广泛应用的陆面过程模式。本文使用中国科学院寒区旱区环境与工程研究所位于青藏高原东部的若尔盖高原湿地生态系统研究站的观测资料,对CLM3.0版本及CLM4.0版本在上述地... 详细信息

陆面模式CLM(Community Land Model)是目前国际上发展较为完善并被广泛应用的陆面过程模式。本文使用中国科学院寒区旱区环境与工程研究所位于青藏高原东部的若尔盖高原湿地生态系统研究站的观测资料,对CLM3.0版本及CLM4.0版本在上述地区的模拟性能进行了检验与对比。通过比较观测值与模拟值,验证了模式在高原季节性冻土地区的适用性,发现CLM4.0较CLM3.0在模拟结果上有了一定提高。CLM4.0加入了未冻水参数化方案,使模式可以模拟到冬季土壤冻结后存留的未冻水,显著增加了冻融期间土壤含水量的模拟,同时减小了土壤含冰量的模拟值。并因此增大了模拟的冻土热容量,减小了热导率,使冻融期间土壤温度的模拟也有了一定改善。但是模拟中也发现对于较深层土壤,温度模拟值在冻融期间较观测显著偏低。另外,在消融(冻结)过程阶段CLM4.0模拟的土壤含水量骤增(骤降)的时间均较观测提前。消融过程、冻结过程阶段模拟时间偏短,而完全冻结、完全消融阶段模拟时间偏长。因此CLM对于高原冻土地区的模拟仍是其需要重点改进的地方之一。

关键词： CLM模式陆面过程土壤冻融模拟试验

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黄河源区若尔盖站冻融期土壤温、湿度的模拟与改进

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高原气象 2014年第2期33卷 337-345页

作者：陈渤黎罗斯琼吕世华张宇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 中国科学院大学北京100049

利用陆面过程模式CLM3.5对黄河源区若尔盖站进行了一年的数值模拟试验,通过比较土壤温度、土壤含水量的观测值与模拟值,检验了该模式在黄河源季节性冻土地区的模拟能力。结果表明,模式对土壤温度的模拟,非冻结期较好,深层土壤温度稍偏高... 详细信息

利用陆面过程模式CLM3.5对黄河源区若尔盖站进行了一年的数值模拟试验,通过比较土壤温度、土壤含水量的观测值与模拟值,检验了该模式在黄河源季节性冻土地区的模拟能力。结果表明,模式对土壤温度的模拟,非冻结期较好,深层土壤温度稍偏高;冻结期模拟值偏低,冻结深度偏大。对土壤含水量的模拟,在冻融期出现了较大偏差,含水量骤降(冻结)、骤增(消融)的时间均较观测提前。模式土壤热传导参数化方案中的土壤基质热导率计算偏大是造成土壤温、湿度偏差的主要原因。将Johansen土壤基质热导率方案替换了原模式参数化方案后,模拟结果有一定的改进,土壤温度暖舌、冷舌的模拟深度显著减小,冻结期土壤温度模拟偏低的现象也得到了改进,土壤含水量骤降、骤增的时间与观测更为接近。

关键词：黄河源区土壤热导率冻融过程 CLM3.5模式

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4种常用气象作图软件在绘制站点雨量图中的应用

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安徽农业科学 2017年第23期45卷 209-213页

作者：陈渤黎常州市气象局江苏常州213000 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所甘肃兰州730000

使用ArcGIS、Surfer、GrADS、NCL 4种气象常用的作图软件进行了站点雨量图绘制,介绍了其较为详细的操作步骤、部分源程序及所得的图像,并对每种软件在绘制站点雨量图时的优劣进行了比较。结果表明,4种软件在绘图中各有优势,使用者可根... 详细信息

使用ArcGIS、Surfer、GrADS、NCL 4种气象常用的作图软件进行了站点雨量图绘制,介绍了其较为详细的操作步骤、部分源程序及所得的图像,并对每种软件在绘制站点雨量图时的优劣进行了比较。结果表明,4种软件在绘图中各有优势,使用者可根据喜好自行选择。推荐使用NCL和Surfer软件来绘制站点雨量图,这2种软件在站点数据的插值和图像的绘制中相对更为便捷,绘制的图形也极为美观。

关键词：站点雨量图 ArcGIS Surfer GrADS NCL

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基于CLM模式的青藏高原土壤冻融过程陆面特征研究

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冰川冻土 2017年第4期39卷 760-770页

作者：陈渤黎罗斯琼吕世华方雪薇常燕常州市气象局江苏常州213000 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甘肃兰州730000 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 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江苏南京210044

使用位于青藏高原东部若尔盖站的观测数据驱动CLM3.5模式,设计一组去除模式中冻融过程的"退化试验",进行为期一年的模拟研究。通过对比原试验与敏感性试验模拟结果,初步分析冻融过程在土壤温度变化、各能量通量分配中的作用,得到以下结... 详细信息

使用位于青藏高原东部若尔盖站的观测数据驱动CLM3.5模式,设计一组去除模式中冻融过程的"退化试验",进行为期一年的模拟研究。通过对比原试验与敏感性试验模拟结果,初步分析冻融过程在土壤温度变化、各能量通量分配中的作用,得到以下结论:(1)冻融过程是土壤温度变化的"缓冲器",冻结过程向周围环境释放能量减缓了土壤降温的速率,使土壤温度不至降得太低,而消融过程从周围环境吸收能量减缓了土壤升温的速率,使土壤温度不至升高太多;(2)冻融过程改变了地表辐射通量,土壤冻结改变了地表反照率,改变了向上短波辐射,且由于冻结过程减缓了地表温度的下降,改变了地表向上长波辐射,进而改变了净辐射通量;(3)冻融过程显著地改变了陆面能量的分配,通过相变能量的释放和吸收增大了地气间能量的传输,显著地增大了地表土壤热通量,且通过改变地表温度和地表蒸发,改变了感热及潜热通量。在冻结过程及完全冻结阶段,感热及潜热通量均增大,但在消融过程阶段,感热及潜热通量均减小。冻融过程对土壤热通量及感热通量的影响在冻结过程及完全冻结阶段更为显著,而对潜热的影响则是在消融过程阶段更为显著。

关键词：土壤冻融模拟试验陆面过程 CLM3.5

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2012—2014年常州市大气重污染日的气象条件分析

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气象与环境科学 2017年第1期40卷 87-94页

作者：陈渤黎雷正翠董芹蒋骏霍焱常州市气象局江苏常州213000 中科院寒区旱区环境与工程研究所兰州730000

利用常州市环境监测中心的大气污染监测资料、常州市气象局的常规气象观测资料及NCEP/NCAR再分析资料等分析了2012—2014年常州市的大气污染情况,将大气重污染日的地面形势场进行了分型,并重点分析了污染程度极为严重的2013年1月的气象... 详细信息

利用常州市环境监测中心的大气污染监测资料、常州市气象局的常规气象观测资料及NCEP/NCAR再分析资料等分析了2012—2014年常州市的大气污染情况,将大气重污染日的地面形势场进行了分型,并重点分析了污染程度极为严重的2013年1月的气象条件,得到以下结论:1)近3年常州市共计出现大气重污染日54天,冬季为重污染日数最多的季节,首要污染物主要是PM2.5。2)可将重污染日的地面形势场归纳为均压场型、高压底部型、高压后部型、变性高压型和低压型5种类型:均压场型扩散条件差,为大气重污染最常见的地面形势;高压底部型一般伴随有冷空气扩散,往往导致上游污染物的输送;高压后部型、变性高压型分别意味着冷高压移出和变性减弱致使污染物累积导致大气重污染发生;低压型一般易出现降水,若前期污染程度较重或降水较弱,往往导致污染维持。3)2013年1月大气污染极其严重,单月共计出现重污染日14天,降水量异常偏少是本月重污染频发的主要原因之一,高温高湿小风环境则有利于大气重污染的形成。4)秋冬季节多冷空气活动,本地往往经历均压场—高压底部—冷空气—冷高压—均压场的循环过程,冷空气"间歇期"为大气重污染高发时段,故地面形势场对大气重污染的预报预警有着较好的指示作用。

关键词：大气重污染地面形势场气象条件

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CLM模式对青藏高原冻融期的模拟和验证

CLM模式对青藏高原冻融期的模拟和验证

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第33届中国气象学会年会

作者：方雪薇罗斯琼吕世华陈渤黎张宇马迪常燕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中国科学院大学成都信息工程大学常州市气象局

本次研究通过在青藏高原玛多和若尔盖两个站点展开的单点数值模拟实验来验证最新版本的通用陆面模式4.5（CLM4.5）中的关于冻土的土壤水性质参数化方案及冰阻抗函数改进在青藏高原的适用性。同时,通过与观测数据的对比,指出模式对土壤... 详细信息

本次研究通过在青藏高原玛多和若尔盖两个站点展开的单点数值模拟实验来验证最新版本的通用陆面模式4.5（CLM4.5）中的关于冻土的土壤水性质参数化方案及冰阻抗函数改进在青藏高原的适用性。同时,通过与观测数据的对比,指出模式对土壤冻融过程伴随的水热循环及能量变化特征模拟的不足之处,并分析其可能原因。为了合理全面地评估模式中的新的水属性参数化方案,我们开展了敏感性实验。我们将CLM4中的土壤水属性参数化方案替换到CLM4.5中,其他部分保持不变,并用原模式CLM4.5作为参考。模式的输出结果与观测资料的对比显示,由于两观测站点土壤质地的显著差别,新的水属性参数化方案在两个站点的模拟能力存在明显差别。在若尔盖站,新方案有效缓解了模式一直存在的土壤含水量模拟干偏差问题;但是在玛多站,新方案反而加剧了土壤含水量模拟的湿偏差。对玛多站的土壤采样结果表明其土壤质地较粗,土壤中存在大量的砾石。而模式中的土壤水属性参数化方案没有考虑砾石的影响很可能是导致这种湿偏差的重要原因之一。相较之前的版本,CLM4.5模拟的土壤液态水含量增大,由于水的热容量明显大于冰,这也使得模式模拟的土壤温度较暖。此外,CLM4.5中土壤水参数化方案和冰阻抗函数的共同作用导致的土壤液态水含量模拟的改进也使得模式对土壤的冻融循环尤其是融解阶段开始日的模拟更加合理。模式对冻融过程模拟能力的提高同时也改善了湍流通量的模拟。同时,CLM4.5中的积雪参数化方案降低了雪盖及反照率的模拟,因此也增大了地表净辐射的模拟值。未来关于模式水热交换参数化方案的优化工作应将砾石的作用考虑其中。（分会场编号S3）

关键词：青藏高原陆面过程 CLM4.5 季节冻土

来源： cnki会议评论

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2012—2014年常州市空气质量与气象要素关系分析

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气象与减灾研究 2015年第3期38卷 68-74页

作者：陈渤黎吴建秋吴晶璐陈宏波张琳湘常州市气象局江苏常州213000 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所甘肃兰州730000

利用常州市空气质量资料、常规气象观测资料,分析了2012—2014年常州市空气质量与气象要素之间的关系。结果表明:1)近3 a常州市总体空气质量特征以良为主,污染率接近40%,夏季空气质量最好,秋季次之,冬季为空气质量最差的季节。2)风向对... 详细信息

利用常州市空气质量资料、常规气象观测资料,分析了2012—2014年常州市空气质量与气象要素之间的关系。结果表明:1)近3 a常州市总体空气质量特征以良为主,污染率接近40%,夏季空气质量最好,秋季次之,冬季为空气质量最差的季节。2)风向对污染物的输送有重要影响,常州市常年以偏东南风向为主导风向,风带来的海上清洁空气对污染物的稀释有一定作用,当空气达重污染时,西北风分量显著增大,说明上游地区污染物的输送对常州市空气质量有较大影响;风速对污染物的扩散作用明显,风速越大,空气污染率越低。3)降水对空气污染具有显著的净化作用,降水量级增大时,空气质量的优良率增大。4)气温与空气质量直接关系较小,气温低时,大气层结稳定,加之人类供暖致使能耗增大,导致空气污染概率较大,气温高时,大气对流活动较多,易产生降水,空气质量优良率较高;湿度与空气质量关系则较为复杂,当未形成降水时,相对较高的湿度有利于空气重污染的产生。

关键词：空气质量气象要素相关性变化

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2012年-2014年常州市大气污染特征分析研究

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环境科学与管理 2017年第1期42卷 114-119页

作者：陈渤黎吴晶璐刘银峰姚丽娜匡汉祎常州市气象局江苏常州213000 中科院寒区旱区环境与工程研究所甘肃兰州730000

利用2012年-2014年常州市大气污染数据、气象观测数据,通过分析污染物浓度的月变化、季节变化,污染物浓度与能见度及各气象要素间的关系,得到以下结论:风对大气污染物具有较好的扩散、稀释作用,风力越大,污染物浓度越低;降水对大气污染... 详细信息

利用2012年-2014年常州市大气污染数据、气象观测数据,通过分析污染物浓度的月变化、季节变化,污染物浓度与能见度及各气象要素间的关系,得到以下结论:风对大气污染物具有较好的扩散、稀释作用,风力越大,污染物浓度越低;降水对大气污染物具有较好的冲刷、沉降作用,降水量越大,持续时间越长,污染物浓度越低;气温与污染物浓度直接关系较小,但由于夏季污染物浓度较低,表现为气温越高污染物浓度越低;冬季反之,故从整体上看气温与污染物浓度呈反相关关系;相对湿度对各污染物浓度有一定影响,在适宜的湿度条件下,水汽对污染物有较好的吸附作用,有利于颗粒物等的生成和增长。

关键词：大气污染物能见度气象要素

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