《城市群复杂下垫面边界层过程及精细气象预报关键技术研究与应用》

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研究目的:

针对中国城市群快速发展背景下日趋精细的城市气象预报和服务需求,通过超大城市群复杂下垫面能量平衡特征的观测与特征分析,提高对城市冠层及边界层过程的认识,发展新一代城市陆面模式系统;研究建立典型城市和城市群土地利用分类流程和下垫面参数提取方法,获取中国典型城市群区域的城市基础数据集;改进精细数值天气预报业务系统,提高城市群精细数值预报系统的预报能力和服务水平;建立城市环境气象应急响应系统,为城市防灾减灾提供技术保障和支撑。

主要技术创新点:

1)揭示了中国典型城市地表能量平衡随站点、高度和时间的变化特征,分析了城市边界层湍流结构特征。

2)确立了典型城市和城市群土地利用分类流程和下垫面参数提取方法,建立了京津冀、长三角、珠三角区域的城市基础数据集。

3)发展了城市地表潜热通量数值模拟方法,改进了城市冠层模式,有效提高了模式对城市边界层特征的模拟能力;

4)揭示了城市热岛与边界层结构特征,城市热岛环流与山谷风(海陆风)的相互作用过程,城市下垫面热力、动力过程对降水的影响;

5)建立了城市规划气象环境影响多尺度评估技术体系,开展了气象与城市规划基础研究,发展了城市气候图系统,有效推动了中国气象在城市规划中应用的开展。

6)研发了基于精细数值预报系统的城市环境气象应急响应系统,实现了城市污染的快速预报。

成果产生的价值:

1)研究成果应用于中国三大城市群地区的气象和环境气象精细预报业务系统中,有效提高了预报效果。例如,下垫面参数集应用于华北、华东区域环境气象数值预报业务系统中,提高了NOX等排放清单的分辨率,为生物排放模型MEGAN提供基础数据,提高了模式对PM2.5及O3的预报能力。

2)发展的城市陆面模式,作为新一代WRF/Urban模式系统国际联合研发项目的重要组成部分,已多次加入到公开发布的WRF模式中,被国内外100多家机构采用。

3)研发的基于精细数值预报系统的城市环境气象应急响应系统,应用于国家环境气象应急响应中,发挥了重要作用。

项目发展的城市小尺度环境气象应急响应模式被国家气象中心采纳,集成到十二五重点工程“核及危险化学品泄漏气象紧急响应系统”中,业务运行,全国应用。

项目发展的城市环境气象应急响应系统应用到北京区域气候中心的应急业务中,承担新中国成立60周年庆祝活动、北京反恐演练的应急气象服务保障,针对可能发生的化学袭击提供污染危害气体的快速预测等。

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