5.1　试验设计

本章利用耦合了单层城市冠层 （UCM et al.，2001）的WRF-Chem 模式对长三角地区近5年的气候特征进行了数值模拟（2006—2010年），模式中包含了城市化所造成的土地利用/土地覆盖的变化、人为热的排放以及污染物的排放 （Chen et al.，2001；Grell et al.，2005；Qian et al.，2010）。本章研究所采用的水平分辨率为3km，模拟区域中心点设在东经120.50°、北纬31.00°。模式总共50层，模式层顶为50hPa，最低的10层不超过1km，用于描述大气边界层特征。所有模拟均采用6h一次的1°×1°NCEP再分析资料提供初始条件和侧边界条件。化学边界条件由准全球WRF-Chem 模拟资料提供，包含了气溶胶从外界向模拟区域的传送过程 （Zhao et al.，2013）。为了描述真实的下垫面土地利用情形，长三角地区土地利用依据U.S.Geological Survey （USGS）资料，包含了24种土地类型。在USGS资料的基础上，利用1km 分辨率的夜间灯光资料将该地区的城市与乡村进行区分。具体区分方法如下，将夜间灯光数据为25～50的格点归为低密度城市（LIR），50～58的格点归为高密度城市 （HIR），＞58的格点归为商业区 （CIT）。图5.1（a）和（b）分别给出了模拟区域1970年和2006年土地覆盖类型，其中人为热（AH）在低密度城区、高密度城区和商业区分别设为20W/m2、50W/m2 和90W/m2。模式给出的AH 存在日变化特征，在08：00和17：00为极值。

图5.1　站点观测与LU06E06试验模拟的年平均2m 温度和年平均日降水率

为了描述长三角城市群污染物的分布，本章利用了Zhang等 （2009）水平分辨率为0.5°的2006年亚洲地区排放清单。但是BC、OM 以及硫化物的分布采用的是Lu 等（2011）水平分辨率为0.1°时间分辨率为一个月的2008年中国地区排放清单。污染物的高值区分别位于以下四个城市群：南京—镇江—扬州、苏州—无锡—常州、上海及杭州。生物质排放利用的是水平分辨率为0.5°、时间分辨率为1个月的全球排放资料（Global Fire Emissions Database version3）。海盐和粉尘排放利用的是Zhao等 （2013）的资料，且模式中不包含生物活动引起的排放。模式物理参数化方案的选择见表5.1。

表5.1　模式物理参数化方案(https://www.daowen.com)

为了研究土地利用/土地覆盖的变化，以及气溶胶的浓度增加对该地区气候特征的影响，本书共设计了三组试验，见表5.2。所有的试验均采用了同样的初始条件、边界条件以及参数化方案，各组试验的区别在于土地类型和人为污染物的排放。其中LU06E06为控制试验，包含了2006年真实的土地类型与人为污染物的排放。LU70E06采用了2006年人为污染物的排放以及1970年的土地覆盖类型。而在LU70E70中，土地类型和污染物都采用了1970年的数据。因此，LU06E06-LU70E06，LU70E06-LU70E70，以及LU06E06-LU70E70分别表示城市土地覆盖、气溶胶的作用以及两者的共同作用对气候的影响。模式的初始时间分别为2005—2009年的12月15日，分别进行了5个1年模拟，主要分析的模式结果为2006—2010年的1月1日至12月30日。

表5.2　三组试验名称和对应的城市土地类型及人为排放污染物 （年份）