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本文的总体目标是应用WRF/UCM模式研究城市化的两个方面(土地利用变化和人为热释放)对中国地区和京津冀、长江三角洲、珠江三角洲城市群气象要素的影响及其季节和年际变化特征。通过模拟和对比分析,不仅对城市化的气候效应有一个整体的认识,而且具体分析和量化不同季节、年际和地区,城市化的不同方面对气候的影响程度。该研究对于认识城市化对区域陆面过程、辐射传输、天气和气候的影响具有重要的科学意义。
首先利用WRF模式对2006年中国地区四个季节进行模拟。并利用通榆、榆中和上海站的观测资料与模式结果进行对比分析,结果显示,WRF模式能够较好的模拟出各站气温、气压、风速、湿度、入射短波辐射、感热通量、潜热通量等气象要素的日变化和季节变化。综合其它研究者对WRF的应用,可以认为,WRF模式能比较好的模拟出中国地区各个季节的环流形势和气象要素变化,但对不同季节、地区和下垫面类型,模拟效果会有一些差异。
利用WRF/UCM模式研究城市化的气候效应及其季节变化特征,结果表明:
(1)在夏季,城市范围扩展使京津冀、长江三角洲、珠江三角洲三个城市群温度上升,分别为0.84℃、1.09℃、1.39℃;风速降低;比湿降低,分别为-0.53g/kg、-1.03g/kg、-1.33g/kg;感热通量增加;潜热通量降低;降水在京津冀和珠江三角洲城市群增加,增加量为0.1mm/day,1.44mm/day。人为热释放(100W/m2)使三个城市群温度上升,分别为0.78℃、0.35℃、0.47℃;风速降低;比湿降低,分别为-0.04g/kg、-0.13g/kg、-0.09kg;感热通量增加;潜热通量小幅增加;降水增加,分别为1.02mm/day、2.48mm/day、5.72mm/day。
(2)在冬季,城市范围扩展使三个城市群温度小幅增加,分别为0.40℃、0.05℃、0.07℃;风速降低;比湿降低,分别为-0.04g/kg、-0.11g/kg、-0.12g/kg;感热通量在部分地区小幅增加;潜热通量小幅降低;降水在长江三角洲城市群增加,增加量为0.17mm/day。人为热释放(100W/m2)使三个城市群温度上升,分别为2.12℃、1.22℃、1.02℃的,人为热释放对增温的贡献占总增温的84.2%、95.9%、93.4%;风速降低;比湿小幅增加,分别为0.02g/kg、0.03g/kg、0.09kg;感热通量增加;潜热通量小幅增加;长江三角洲城市群降水增加,为0.07mm/day,其它地区降水变化较小。
对比2003年(弱季风年)和2006年(强季风年)城市化的气候效应,可以得到如下结论:
(3)在2003年和2006年,城市范围扩展和人为热释放使三个城市群2m气温升高,其中人为热释放对2m气温的影响在强季风年大于弱季风年,城市范围扩展则相反,在弱季风年的影响较大;城市范围扩展和人为热释放使3个城市群及其周围地区比湿降低,在强季风年,比湿降低的更为剧烈;城市范围扩展和人为热释放使三个城市群感热通量增加,城市范围扩展使三个城市群潜热通量降低,人为热释放使三个城市群潜热通量增加,季风强弱对感热通量和潜热通量的影响不显著;城市范围扩展和人为热释放使三个城市群降水增加,在强季风年,降水的增加量更大。