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本文利用ICTP最新推出的第三代区域气候模式RegCM3,首先选取长江中下游流域典型干旱(1985年)与洪涝(1998年)年份分别进行模拟试验,通过对海平面气压场、地表面温度场、500hPa、700hPa和850hPa高度场等的模拟与NCEP再分析资料的比对分析验证模式的模拟性能,重点考察模式对该地区降水的模拟效果。在此基础上,模式又设计了三组试验,分别为农田植被退化为城市下垫面的退化试验、农田植被全部以混合森林代替的绿化试验和农田植被以50%的比例用混合森林均匀代替的过渡试验,研究城市化进程中土地利用方式和下垫面植被分布的改变对局地气候的影响。
通过对长江中下游流域2个典型年份模拟的结果与NCEP再分析资料和降水实况资料的比对分析发现:模式对1985年和1998年的夏季海平面气压场、位势高度场、地表面温度场等具有较强的模拟能力,能够较为成功地模拟出大尺度环流特征、天气系统的基本位置、强度变化及其演变,但对副热带高压系统的强度模拟结果偏弱;对降水的模拟分析来看,模式较好的模拟出了强降水中心的位置,但量级稍有偏差,较实况偏多;对长江中下游流域降水场的季节变化特征有较好的模拟能力,干旱和洪涝年份的模拟效果也较好,证实该模式适合对长江中下游地区进行研究。
在检验和验证模式对长江中下游地区的模拟性能基础上,又对长江中下游地区城市化进程中土地利用的变化引起的地气能量交换和水分收支改变的气候效应进行模拟研究。
结果表明:长江中下游地区的植被类型由农田变为城市下垫面后该地区近地层大气水汽含量减小,气温升高。但增温幅度存在明显的时空差异,总体而言西部高于东部、夏季高于冬季。对影响地表能量平衡的各因子的分析表明,因地表水分蒸发引起的潜热释放减少是地表温度增加最主要的原因。
流场差异场的特点是以试验区域为中心,低层呈气旋性而高层呈反气旋性环流形势,这种结构特征有利于试验区域以外中低层大气以补偿性平流的形式流入试验区,补充大气中因地表蒸发减少引起的水分损失,导致退化试验和控制试验相比低层云水量减少而中高层云水量增加。受环流场和水汽场异常的共同影响,夏季6~8月试验区域西部平均降水减少而东部平均降水增加。
绿化试验和过渡试验结果则表明,当城市绿化面积超过50%时,能够有效地减小城市化进程对局地气候的影响。