城市热岛效应的卫星遥感分析

利用MODIS资料研究了2004年4月南京城市热岛特征及其影响因子,结合地表覆盖类型分析了植被归一化指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)、地表温度(ts)、地表反照率(α)的城乡差异及其相互关系,探讨了城市热岛(Urban Heat Island,UHI)效应形成的机制.结果表明:南京城区存在着明显的城市热岛效应;城市平均ts比乡村高约10.83%;城市NDVI和α分别比乡村低约为62%和18.75%;NDVI与ts呈负相关,相关系数为-0.73,而NDVI与α之间关系与波段有关;城乡植被覆盖差异是造成UHI的主要原因,其次是地表反照率.     

城镇规划布局对边界层结构影响的数值试验

利用南京大学城市尺度边界层模式(UBLM),对方圆20 km的一个小城镇,以100 m水平格距进行了城市气象环境和边界层结构的数值模拟。结果表明,这种规模的小城镇,其边界层气象场分布与大城市最明显的差异就是城乡温差很小,不论白天还是晚上只有0.1~0.2℃的量值,基本不构成城市热岛现象。在日间层结不稳定情况下,主城区、郊区及居民区三类不同下垫面上的湍能廓线、位温廓线存在较大差异;而在夜间稳定情况下,这些要素的廓线分布几乎显现不出下垫面影响的差异。(1)局部下垫面的变化对模拟域内夜间气象环境的影响较小,差异主要显现在日间,且风速分布的变化强于温度变化。(2)当预留地建成稀疏居民区或稠密主城区时,在试验区下风方向的原有城市下垫面上会有气温升高、水平风速减小,垂直速度增大的现象;而当预留地建成平坦机场或水域时,城市下垫面上会有降温、水平风速增大、垂直速度减小的现象。(3)水域对城市气象环境变化的影响最大,它的存在或扩大会导致下风方向城市湍能、湍流扩散系数的明显减小。(4)备用地变成其它几种下垫面类型都对城市气象环境存在一定影响,但是其影响的程度比变成水域带来的影响程度都要小很多。     

一个描述小尺度深凹地形大气边界层的数值模式及数值模拟试验

文中针对小尺度深凹地形（深凹露天矿）的特点,建立了一个高分辨率的、三维非静力的大气边界层数值模式,模式中采用能量（E-ε）闭合方案。利用该模式对小尺度深凹地形边界层的三维结构进行了较充分的研究,并且有选择地对影响边界层结构的因子进行了数值试验。     

我国东南沿海两次沙尘的化学特征及其源地探讨

通过对１９９２年４月１０￣１４日中常州和１９９８年４月１４￣１７日在西安及南京两次沙尘和天气过程的分析,叙述了沙尘和非沙尘总悬浮颗粒物化学特性的差异。通过与各类土壤化学特性比较以及沙尘发生期的天气背景分析,指出了两次沙尘的可能源地和利用化学元素平衡法定量地求现西北土壤源在沙尘中的贡献率。     

精细PBL模式及其诊断应用

在已建立的一种三维非静力细网格E-ε湍能闭合的动力学框架基础上,作了一些改进的技术处理和试验,包括:(1)利用GIS提供的地形资料,较精确地计算太阳辐射,进而诊断地面温度;(2)引进位势流概念,处理稳定层结条件下初始内插风场的风向变化;(3)引入动力学调整项(αobs-α).在此基础上,就地理信息系统(GIS)提供的一个60km×48km区域作了边界层结构和湍流特征的数值模拟试验,并与实测作了比较,讨论了精细PBL模式的模拟效果,结果表明,新建的PBL模式能较好地模拟表征出复杂下垫面地域的陡峭地形和不规则海岸线对局地风场和湍流场的动力和热力学作用.     

城市气象研究进展

中国数十年来在城市气象研究这一新兴学科领域开展了大量研究并获得了多方面的丰硕成果。文中从城市气象观测网与观测试验、城市气象多尺度模式、城市气象与大气环境相互影响、城市化对天气气候的影响等4个方面论述了城市气象的主要研究进展:中国各大城市已建立或正在完善具有多平台、多变量、多尺度、多重链接、多功能等特点的城市气象综合观测网;北京、南京、上海等地开展了大型城市气象观测科学试验,被世界气象组织列入研究示范项目;成功开展了风洞实验、缩尺度外场实验研究;建立了多尺度城市气象和空气质量预报数值模式,并应用于业务;在城市热岛效应、城市对降水影响、城市气象与城市规划、城市化对区域气候及空气质量的影响、城市气象与大气环境相互作用等研究领域取得长足进展。最后指出,未来需要重点从新观测技术及观测资料同化应用、城市系统模式研究、城市化对天气气候的影响机理、城市化对大气环境和人体健康的影响、城市水文气象气候与环境综合服务等方面开展科学研究与应用,为中国城市化、生态文明建设、防灾减灾和应对气候变化等国家需求提供科技支撑。      

城市热岛效应的卫星遥感分析

利用MODIS资料研究了2004年4月南京城市热岛特征及其影响因子，结合地表覆盖类型分析了植被归一化指数（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）、地表温度（Ts）、地表反照率（α）的城乡差异及其相互关系，探讨了城市热岛（Urban Heat Island，UHI）效应形成的机制。结果表明：南京城区存在着明显的城市热岛效应；城市平均Ts比乡村高约10．83％；城市NDVI和α分别比乡村低约为62％和18.75％；NDVI与Ts呈负相关，相关系数为-0．73，而NDVI与α之间关系与波段有关；城乡植被覆盖差异是造成UHI的主要原因，其次是地表反照率，通过提高植被覆盖率和地表反照率可以减小城市热岛效应。     

应用MODIS资料对城乡地表热通量的估算

为了揭示城市热岛形成机制,基于MODIS资料,结合自动气象站实测的气象资料,利用地表能量参数化方法估算了地表热通量,分析了城乡地表热通量的空间分布及变化特征.结果表明城乡地气热交换差异明显,与相关文献对比证明该方法是可行、有效的.     

高风速相干结构对通量输送影响的实验研究

切变湍流的相干结构是湍流研究中的重大发现,它表明湍流运动并非完全随机,其中具有可检测的有序结构.本文通过处理南京浦口地区大气边界层观测数据,来分析不稳定层结中高风速相干结构特征.本次观测项目包括对场地中央的气象铁塔上2 m和40 m高度上超声风速仪的脉动速度、温度测量以及风廓线雷达对边界层风速廓线的测量.对超声水平风速时间序列数据进行小波变换 (时间尺度400 s),通过阈值来识别这种高风速相干结构.与多普勒风廓线雷达测量结果对比后发现,这种方法确定的相干结构符合常规的认识,具有较长的时间尺度和较大的垂直尺度 (接近边界层厚度).分析三天相干结构特性得到无量纲空间间隔约为6,即每隔6个边界层厚度的水平位置出现一个高速相干结构.通过与垂直风速小波系数的比较,发现高风速相干结构与向下垂直风速之间有较好相关,这与湍流中 “阵风” 现象的研究结论相似.使用四象限分析方法分类得到两种动量通量输送为负的运动:较小水平风速的上扬 (ejection) 运动 (简称为上扬运动) 和较大水平风速的下扫 (sweep) 运动 (简称为下扫运动),这两种运动在整个湍流活动中处于主导地位.高风速相干结构通过促进下扫运动和抑制上扬运动来影响动量通量的输送.     

利用区域边界层模式对杭州市热岛的模拟研究

利用一个三维非静力区域边界层数值模式,对杭州地区城市热岛现象进行了数值模拟。数值模拟结果表明,杭州地区存在明显的城市热岛现象。夏季城市热岛现象较强,春秋季次之,冬季较弱。利用资源卫星遥感资料反演所得的地表温度,以及与地面气象站观测资料和数值模拟结果相比较,数值模拟结果和实测结果吻合得较好。在此基础上,模拟并探讨了人为热源、风速、地面粗糙度等因素对城市热岛强度的影响。