西北干旱区绿洲内斑块效应的数值研究

绿洲是西北地区人民赖以生存和经济发展的基础，同时绿洲又是一种极为脆弱的生态系统。在全球变暖及人口增长的压力下，绿洲正面临着巨大的考验，如何保护绿洲成为当前一个亟待解决的科学问题。研究绿洲系统的小气候及水热循环特征等有助于阐明绿洲的维持、退化机制和认识绿洲系统演化过程。本项目拟通过将新近发展的WRF-CLM模式应用到我国西北干旱区绿洲系统的研究中，丰富我国该领域的研究；评价WRF-CLM、WRF-Noah、MM5-Noah在该地区的模拟性能，进一步加深对绿洲系统大气和陆面过程的认识；选取最优模式组合，得到高分辨率的时空连续资料。在此基础上对绿洲内非均匀下垫面斑块效应进行研究，分析绿洲内城镇及荒漠斑块对绿洲效应的影响，探讨在保护绿洲前提下如何合理发展城镇及在现实条件下如何最大程度减小荒漠斑块对绿洲效应的负面影响，指出有利于保护绿洲的方向，为绿洲生态农业的发展和环境保护提供理论支撑。

本项目评价了融合遥感资料后的WRF-CLM、WRF-Noah及MM5-Noah模式对我国西北干旱、半干旱地区绿洲系统的模拟能力，并研究了绿洲内城镇及荒漠斑块对绿洲效应的影响。研究结果表明：利用遥感观测的植被和土壤温、湿度初始化模式后， WRF-CLM、WRF-Noah、MM5-Noah三种模式都能较好的模拟绿洲的小气候效应；植被和土壤湿度初始化的影响远大于不同模式之间的差异。西北干旱区局地气候主要受大尺度环流的影响，但植被变化和灌溉过程的影响也不能忽视。灌溉导致的强蒸发可冷却地表，减缓当地气候变暖的趋势,增加区域平均降水,减缓西北干旱区灌溉用水的压力。绿洲内荒漠斑块的存在将导致绿洲内出现暖干中心、风场辐合中心及上升气流，从而破坏绿洲冷岛、湿岛效应的整体性，削弱绿洲的稳定性。绿洲内远离绿洲中心的实际城镇的存在对绿洲效应的影响较小；当城镇位于绿洲中心时，将比实际存在的城镇进一步减弱绿洲的冷岛效应，减小低层湿度，增大城镇高层的湿度，使绿洲上的边界层高度升高，受影响的范围增大。在规划绿洲城镇建设时，从有利于绿洲发展的角度出发，应尽量将城镇设置在绿洲边缘，但从居住舒适度来讲城镇位于绿洲中心较好。当城镇范围较大时，城镇对绿洲效应的影响变得明显，城镇的增大将不利于绿洲的良性发展，也不利于增加城镇的居住舒适度。绿洲内的城镇增加相同的面积，横风向扩展城镇试验中城镇对绿洲冷岛效应的破坏强于城镇沿顺风向扩展。总的来说，本项目进一步丰富了绿洲效应的研究手段，加深了对绿洲系统大气和陆面过程的认识，为绿洲生态农业的发展和环境保护提供一定的理论依据；本项目已有3篇SCI文章发表，3篇CSCD文章发表，正在修改1篇中文文章，另有1篇中文文章已完成，达到了项目的预期目标。