An Application of the RAMS/FLUENT System on the Multi-Scale Numerical Simulation of the Urban Surface Layer A Preliminary Study

The Regional Atmospheric Modeling System （RAMS） and the computational fluid dynamics （CFD） codes known as FLUENT are combinatorially applied in a multi-scale numerical simulation of the urban surface layer （USL）. RAMS and FLUENT are combined as a multi-scale numerical modeling system, in which the RAMS simulated data are delivered to the computational model for FLUENT simulation in an offline way. Numerical simulations are performed to present and preliminarily validate the capability of the multi-scale modeling system, and the results show that the modeling system can reasonably provide information on the meteorological elements in an urban area from the urban scale to the city-block scale, especially the details of the turbulent flows within the USL.     

近15年北京夏季城市热岛特征及其演变

根据北京地区20个地面气象观测台站1990-2004年7月的气温资料，分析了最近15年来北京夏季城市热岛的最新特征和变化趋势，也分析了城市热岛与气温，城郊地表温度差与地表温度，气温和地表温度间的关系。结果表明：北京夏季夜间出现了强热岛，郊区城市也出现了热岛现象，但白天城市热岛相对夜间不明显。夜间城市热岛强度呈逐年增强趋势，但白天这种趋势不明显。夜间城市热岛与气温呈正相关，气温高的年份，城市热岛强度相对也大；夜间城郊地表温差与地表温度呈正相关，地表温度越高，城郊地表温差越大；夜间，气温与地表温度呈正相关，气温越高，地表温度也高。白天，这些相关相对夜间来说不那么明显。研究成果对北京城市发展规划和高温灾害的防治有一定的科学参考价值。     

一个非线性近地层模式

1.引言识别和描述空气运动的垂直分量对混合过程影响的尺度,一直是边界层理论的重点。有各种各样的尺度定义,最早、最简单的是经典的Prandtl公式: l=kz 它是联系混合长与边界层中距地高度的关系式。考虑整个边界层为中性层结,Blackad-     

修正WRF次网格地形方案及其对风速模拟的影响

复杂地形区域风场模拟的准确率一直是风能研究领域的难点和重点。WRF模式是目前风能评估领域应用最广泛的天气数值模式之一,但该模式在复杂地形区域存在对平原、山谷风速高估且对山顶风速低估的系统性误差,并有研究建立次网格地形方案以订正误差。而次网格地形方案在不同水平分辨率下常出现错误的修正结果,该文基于高精度地形高程数据分析了方案失效的主要原因,发现其方程组中判断山体形态特征的阈值-20在过低和过高水平分辨率下均失去参考性。针对这一原因,将方案中影响关键参数C_t的地形高度算子与模式水平分辨率进行拟合,形成地形高度算子与水平分辨率相依赖的线性关系,获得不同分辨率下更适合的山体形态阈值。通过与自动气象站10 m风速对比分析了修正前后WRF对低层风速的模拟效果,结果显示:修正后的次网格地形方案能够分别在较低和较高分辨率下,部分矫正原方案错误的订正结果,使低层风速模拟更接近实况。修正后的次网格地形方案可为复杂地形区域开展高分辨率风场模拟提供参考。     

建筑物分布对市区流场及污染物扩散影响的数值模拟

本文运用已建精细城市PBL模式，用拖曳力法考虑城市建筑物的影响，并以北京前三门地段板房为例，通过8个数值试验具体研究了建筑物对气象场的影响。结果表明：前三门地段板房的有无对风速、湍能和NOx浓度的影响较明显。有板房比没有板房时30m处水平总风速减少0．03～0．10m／s，湍能增大O．02～0．14m^2／s^2。板房对水平总风速的影响大于0．01m／s的范围为：迎风向和背风向约400～500m，侧风向约100～200m；垂直方向的影响高度约为150m。在30m高度附近影响最大。对湍流动能的影响范围与风速的类似。对NOx浓度的影响以地面为最大，其影响程度及影响范围和板房与污染源的相对位置以及板房与周围建筑物的距离有关。总之，在高分辨的边界层模式中，用拖曳力法考虑城市建筑物的影响是可行和必要的。     

山地地形对激光雷达湍流测量精度的影响

针对平坦地形和山地地形，通过两次外场测量，研究了激光雷达在湍流测量的精度，并分析讨论了误差的可能来源。结果表明，在平坦地形下，激光雷达与测风塔在风速、湍流动能、湍流强度的相关系数分别为0.995、0.908、0.904，拟合结果分别为y=1.003x+0.241、y=1.192x+0.091、y=1.140x+0.006；在山地地形下，二者的相关系数分别为0.999、0.917、0.900，拟合结果分别为y=0.949x+0.119、y=1.606x+0.167、y=1.131x+0.031。在平坦地形下，激光雷达高估风速2.71%，高估湍流动能28.3%，高估湍流强度17%；在山地地形下，激光雷达低估风速3.91%，高估湍流动能77.3%，高估湍流强度17.85%。本文采用了IEC61400-50-3标准中建议的方法验证了激光光束的湍流测量，激光束对湍流测量精度较高，湍流强度的相关系数为0.93，拟合公式为y=1.003x-0.003。山地地形对于激光雷达风速、湍流均有影响，高估湍流动能和湍流强度，低估风速。     

城市下垫面影响空气污染的机制分析

本文采用RBLM-chem模式,利用杭州市高分辨率城市建筑等资料,定量分析城市动力效应、热力效应以及城市植被、人为热对SO₂、NO₂、O₃、PM_2.5等主要污染物浓度的影响。结果表明,城市化过程使得大部分城区温度上升约1℃,相对湿度下降约6%,风速下降约0.8 m·s^-1,湍流动能增强约0.03 m²·s^-2。城市动力效应主要通过降低城市风速,使得城区污染物浓度升高,SO₂浓度有近5 μg·m^-3的上升,PM_2.5、O₃浓度也有近15 μg·m^-3的上升。城市热力效应主要通过热岛环流使城区污染物向上输送,令地面污染物浓度降低,在城市大部分区域PM_2.5都有大约10 μg·m^-3的浓度下降。城市动力效应大于热力效应,城市的总体作用是使污染物浓度升高。城市下垫面使污染物浓度上升的另外一个机制是代替了自然有植被的下垫面,使污染物干沉降速度下降,但这一作用小于动力学效应。另一方面,人为热对城市主要污染物浓度都起着减小的作用,其中SO₂、NO₂、O₃、PM_2.5浓度降幅分别在2.5、3.0、6.0、10.0 μg·m^-3左右。城市植被可以显著增加污染物干沉降速度,使主要污染物SO₂、NO₂、O₃和PM_2.5的干沉降速度分别上升0.1、0.1、0.03、0.06 m·s^-1左右,相应地使上述污染物浓度分别下降2.5、6.0、4.0、6.0 μg·m^-3左右。