中尺度模式中城市复杂下垫面参数化模型研究

制约中尺度数值模式在城市区域预报准确率的一个重要因素是模式对城市的处理较为简单，未细致考虑城市下垫面的复杂性及其产生的动力和热力效应。近年来，探索解决城市的代表性及其动力和热力过程已成为中尺度模式研究的热点之一。本项目针对中尺度精细预报模式中的城市参数化问题，应用多平台、多时相的高空间分辨率遥感数据对城市区域（以北京为例）进行精细土地利用分类，分析相应陆面参数的变化特征，获知城市发展对陆面参数的影响，结合考虑城市人为热等社会经济因素，研究陆面过程中的城市参数化方法，建立和发展反映城市复杂下垫面特征和人为活动的城市参数化模型，并耦合到中尺度精细数值模式（以WRF模式为例）中，选取典型个例检验评估耦合城市参数化模型的中尺度精细数值模式，探讨城市复杂下垫面和人为活动对天气的影响机理（以热岛环流为例）。该项目成果预计能够对城市精细天气预报研究和业务起到积极推动作用。

本项目研究了北京地区中尺度业务数值预报模式中的地表参数，对北京地区的地表参数反演方法和城市精细分类方法进行了研究，分析了北京地区地表参数的时空变化规律，并利用高分辨率卫星遥感数据对北京市业务运行中尺度模式区域中的地表进行土地覆盖、土地利用分类，修正原有数值预报模式中的土地利用和土地覆盖资料，通过遥感反演城市反照率、植被覆盖等陆面参数，改进了中尺度预报模式中的陆面过程参数方案，研究了城市化过程对城市陆面参数的影响，提高了北京地区城市精细天气预报的能力和城市气候研究的水平，为北京地区业务模式的进一步发展提供了良好的基础和借鉴，产生了较为明显的社会经济效益。主要研究成果为：1）北京地区中尺度数值预报业务模式中的反照率、植被覆盖反演方法，各参数与城市化发展的关系与各参数的季节变化规律，为中尺度数值模式的改进提供了事实依据；2）根据陆表参数随城市发展的变化规律，对模式中的陆表城市进行了改进，发现改进陆表参数后模式对城市热岛、城市的污染天气模拟能力都有显著提高；3）项目的研究成果参加了多次国内外会议交流，提高了我国在该研究领域的影响；4）本项目在实施过程中，一批年轻的科研工作者得到了锻炼与提高。通过本研究，提高了他们的项目组织能力，协调能力，科研创新能力和论文的撰写能力，2人通过本项目博士后出站；5）项目组成员发表了论文11篇，其中1篇为SCI收录，6篇为核心期刊，3篇标注本项目资助。