非均匀下垫面近地层风动力降尺度研究

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1、StudiesontheLow—LevelsWindsObtainedbyDynamicalDownscalingoverHeterogeneousSurfacesLUYixiongADissertationAtmosphericSciencesSubmittedtotheSchoolofAtmosphericSciencesofNanjingUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDOCTOR0FPHILOSOPHYMay2011IIIIIIUUlIIUlUUIY

2、2372280致谢即将告别生活了九年的南大和南京，回首既往，自己一生最宝贵的时光能在这里度过，实是荣幸之极。在此首先要特别感谢我的导师王元教授。王老师给我们营造了一个和谐严谨的学术氛围，使我们的视野不断开拓。王老师对学生无私的帮助扣爱护，使我倍受温暖和鼓励。在王老师的熏陶和教诲下，自己得到了长足的进步。王老师对科学研究的热情和严谨的治学态度深深感染了我，为我树立了今后做人、做事的榜样。感谢汤剑平副教授，本论文是在汤老师的精心指导下完成的，凝聚了汤老师大量心血。多年来自己的一点点进步离不开汤老师如兄长般无微不至的关怀。他开朗的性格、睿智的思维、严谨

3、求实的态度教会了我怎样去生活和工作。在此，对汤老师表示衷心的感谢!在此还要感谢指导过我的老师，感谢伍荣生院士、赵呜教授、谈哲敏教授、潘益农副教授、方娟教授、袁慧玲教授、赵坤教授、陈宝君副教授，感谢张少宝老师、郭传江老师、张录军老师、王其伟老师、张熠老师、储可宽老师、李思佳老师，感谢师姐舒守娟、李艳、王文兰、白莉娜、韩珏靖、潘玉洁，师兄明杰、宋金杰、唐晓文，师弟唐健、徐昕，师妹杜予罡、杨程、权婉晴、陈纾扬、万夫敬，能在众多学富五车、才华横溢的老师同学们的熏陶下学习，受益匪浅。感谢室友冯雷、李唐棣、刘富宏、周洋、向洋，是他们给我的生活增添了无限乐趣。

4、感谢实验室同学吴钲、陈启智、束宇，他们是我艰苦求学历程中一道欢乐靓丽的风景线。最后，谨以此文献给我的父母、妹妹和女友，是他们在背后默默的支持使我能顺利地完成学业。路屹雄2011年5月于南京大学毕业论文题目：韭垫刍王垫垂丝些星丛盘左隆墨廛盟塞盘氢銎堂专业巡级博士生姓名：整堕笙指导教师(姓名、职称)：至垂耋丝塑剑±到塾撞摘要全球模式能够较好地表征大尺度环流状况，但由于分辨率较低，难以捕捉到与非均匀下垫面局地强迫有关的中小尺度系统过程。动力降尺度指利用高分辨率有限区域模式来实现全球模式结果和局地强迫之间的非线性相互作用，以获取区域或局地的大气变化信息。

5、目前动力降尺度在地面气温和降水区域气候模拟和气候变化预估方面得到了广泛研究，然而对近地层风的研究还不够深入和完整。本文首先分别从城市群和沿海复杂地形近地层风模拟的角度出发，重点讨论了下垫面动力和热力性质不均一分布对近地层风日变化特征的影响，然后对中国区域地面风速气候变化进行预估。主要研究内容和结论如下：1．利用较新的MODIS陆面类型资料以及WRF／Noah／UCM耦合模拟系统对珠江三角洲地区2008年近地层风场进行1-km分辨率的模拟，并将模拟结果与风廓线雷达和地面站观测数据进行了比较分析，研究发现：地面风速具有明显的日变化特征，白天大、夜间小

6、；上层风速则表现为白天小、夜间大。模拟风速日变化与观测基本一致，较准确地再现上、下层风速反相变化特征。模拟风速值在1000m以内存在正偏差；在1000m以上存在负偏差。另外，通过将珠三角地区城市改为农田并进行敏感性试验，发现城市化使该地区地表能量收支结构发生了明显的改变，城市化使自天潜热通量减少，地面热通量增加，更多的热量存储于地面中并于夜间释放出来，夜间感热通量变大。相应地，城市化使地面风速白天减小、夜间则增大(冬季除9b)，夏季夜间地面风速增大尤为显著，约为1m／s。上述结果表明，WRF／Noah／UCM系统对于城市下垫面近地层风速变化具有较

7、好的模拟性能，利用该系统研究城市气候效应对局地环流的影响具有一定的可靠性。2．海陵岛位于中国南部沿海地区，受东亚季风和海陆风环流的共同影响，岛上分布有多座小山，局地风况较为复杂。首先利用中尺度模式WRF对该地区环流系统进行了模拟，并与测风塔观测数据进行了对比，分析表明经向风模拟值相关系数为0．75—0．85，纬向风模拟值相关系数为0．5．0．75，WRF模式能够较好地再现该地区环流系统的时间变化特征。对于季节平均风场和海陆风的变化与观测基本一致。然而在地形起伏的小范围内(东西约25km，南北约18km)，1-km分辨率WRF模拟风场分布趋于均匀。

8、为此，引入边界层诊断模式CALMET对WRF结果进一步进行调整得到100．m分辨率风场精细结构，较为合理的反映出起伏地形对风场分布的影响