下垫面空气动力学参数的估算

基于上海市奉贤、青浦和宝山三座梯度观测铁塔半径1 000 m区域的下垫面粗糙元几何形态参数,使用四种形态学方法（Rt,Ra,Ma,Ka）进行空气动力学参数估算,分析各方法计算结果及其对计算参数的敏感性,并以基于铁塔梯度观测数据的动力学计算方法（Lw）结果为参考,进行对比分析。结果表明：（1）在本文研究区域内,形态学方法与动力学方法计算结果在数值和分布趋势上都有差异。其中,形态学方法的零平面位移显著小于动力学方法,Ka方法结果最大,与动力学方法也最为接近;动力学与形态学方法的粗糙度差异相对较小,Ma和Ka与动力学方法结果较为接近。（2）通过对四种形态学方法对计算参数的敏感性的对比,Ka方法对建筑高度及其变化率、建筑排列方式等最敏感。首先,Ka方法计算结果与z_Hmax、σ_H和z_H的相关性均较高,其中z_d对建筑高度的非均匀分布更敏感,z₀则与z_H的相关关系更显著。其次,在本文研究区域中,Ka方法随λ_F和λ_P变化最显著,即对建筑排列方式最敏感。（3）通过与动力学方法的对比,认为Ka方法的方案一最适用于以本文研究区域为代表的、上海典型城市下垫面的动力学参数估算。此外,在观测资料、形态学数据较少的情况下,Rt方法可作替代方案进行计算和分析。

     

非单一水平均匀下垫面空气动力学参数的确定

文章介绍了一种利用单一高度风速、温度湍流资料确定空气动力学参数的方法。该方法无须进行风速廓线的测量，可以应用于非单一水平均匀下垫面和非中性层结，避免了主观性。用该方法计算了北京城市北部边缘325 m气象塔附近的零值位移d和地表粗糙 z0。结果表明:该处下垫面零值位移d和地表粗糙度z0与风向有很强的依赖关系，与气象塔周围的城市建设相对应。     

城市下垫面空气动力学参数的估算

为了定量描述北京城市下垫面的空气动力学特征,为模式提供准确的下垫面参数.利用气象塔大气湍流观测资料,结合Martano(2000)由单层超声风速、温度资料估算非均匀下垫面空气动力学参数的方法,计算了中国科学院大气物理研究所气象塔附近的下垫面空气动力粗糙度z0和零平面位移d,即z0为1.75 m和d为40.12 m.该结果与前人研究成果的比较结果表明最近的8年内,该处的零平面位移和空气动力粗糙度明显增大,这与该塔周围城市建设状况吻合.     

形态学方法在上海城市下垫面空气动力学参数估算中的适用性分析

基于上海市奉贤、青浦和宝山三座梯度观测铁塔半径1 000 m区域的下垫面粗糙元几何形态参数,使用四种形态学方法(Rt, Ra, Ma, Ka)进行空气动力学参数估算,分析各方法计算结果及其对计算参数的敏感性,并以基于铁塔梯度观测数据的动力学计算方法(Lw)结果为参考,进行对比分析。结果表明:(1)在本文研究区域内,形态学方法与动力学方法计算结果在数值和分布趋势上都有差异。其中,形态学方法的零平面位移显著小于动力学方法,Ka方法结果最大,与动力学方法也最为接近;动力学与形态学方法的粗糙度差异相对较小,Ma和Ka与动力学方法结果较为接近。(2)通过对四种形态学方法对计算参数的敏感性的对比,Ka方法对建筑高度及其变化率、建筑排列方式等最敏感。首先,Ka方法计算结果与zH max、σH和z H的相关性均较高,其中zd对建筑高度的非均匀分布更敏感,z0则与zH的相关关系更显著。其次,在本文研究区域中,Ka方法随λF和λP变化最显著,即对建筑排列方式最敏感。(3)通过与动力学方法的对比,认为Ka方法的方案一最适用于以本文研究区域为代表的、上海典型城市下垫面的动力学参数估算。此外,在观测资料、形态学数据较少的情况下,Rt方法可作替代方案进行计算和分析。     

城市下垫面空气动力学参数的确定

分析近10年北京325m气象塔常年观测资料,研究城市化发展对城市大气边界层动力学结构和特征的影响.结果表明,空气动力学粗糙度和零平面位移总体是逐年递增的.气象塔西南方向的高层建筑群是20世纪90年代初期逐渐建成,在SW方向,空气动力学粗糙度和零平面位移在90年代增加明显,增加的幅度1997年和1999年之间较大,这一点与气象塔西南方向城市化的加快相符合.而在NE、SE和NW方向,从1987年到1994年空气动力学粗糙度和零平面位移增加明显,1994年以后变化较小.     

城市下垫面空气动力学参数确定方法研究综述

地表粗糙度和零平面位移是2个重要的空气动力学参数,对于城市下垫面,粗糙元的形态非常复杂,空间分布上存在较大的非均匀性,如何确定城市下垫面地表粗糙度和零平面位移目前尚无最佳方案。概述了这2个参数适用于城市非均匀下垫面的参数化方法,包括风温观测方法和粗糙元形态学方法。探讨了各自在应用过程中存在的问题及进一步的研究工作,并且提出,通过数学模型的改进和卫星遥感技术的引入,粗糙元形态学方法会有更好的发展前景。     

城市下垫面空气动力学参数确定方法综述

地表粗糙度和零平面位移是2个重要的空气动力学参数,对于城市下垫面,粗糙元的形态非常复杂,空间分布上存在较大的非均匀性,如何确定城市下垫面地表粗糙度和零平面位移目前尚无最佳方案。概述了这2个参数适用于城市非均匀下垫面的参数化方法,包括风温观测方法和粗糙元形态学方法。探讨了各自在应用过程中存在的问题及进一步的研究工作,并且提出,通过数学模型的改进和卫星遥感技术的引入,粗糙元形态学方法会有更好的发展前景：     

典型特大城市下垫面空气动力学特征参数的计算与分析研究

基于2012年12月—2013年11月上海徐家汇气象铁塔风和湍流观测资料及铁塔周边500m半径范围(平均建筑高度为39.5 m)下垫面信息,分别利用温度方差方法、风速标准差方法、涡度相关法和形态学方法计算典型特大城市下垫面零平面位移和动力学粗糙度。结果表明,温度脉动方差法计算的零平面位移与建筑物高度分布存在差异,但在58~208°方向与建筑顶面积系数呈现正相关(相关系数0.73),计算公式的经验参数、稳定度阈值和风速对计算结果影响较为显著;涡度相关方法和风速标准差方法计算的动力学粗糙度随风向分布趋势相似(相关系数0.94),并与零平面位移呈负相关关系。形态学方法与动力学方法之间数值和随风向的变化趋势均存在差异,风温观测仪器源区和形态学方法分析区域具有显著影响。     

城市边界层湍流和下垫面空气动力学参数观测研究

城市大气边界层中的湍流交换和下垫面空气动力学参数的观测研究是城市环境气象研究的重要内容。文章概述了城市大气边界层中湍流的观测方法和计算城市下垫面空气动力学参数的可行性方案。对城市湍流的基本特性和城市边界层的垂直结构、城市边界层观测的历史、城市下垫面空气动力学参数的估算以及存在的问题进行了讨论。     

西北地区典型下垫面空气动力学阻抗估算方法改进及其验证

利用2010年古浪近地层野外观测试验取得的干旱区典型下垫面（荒滩、沙漠和农田）的观测资料,对常用的3种空气动力学阻抗算法——Verma—R算法、Liu算法、Thom算法进行了适用性检验,并通过分离Thom算法中的动量和热量粗糙度对其进行改进（下称Thom-2算法）。对比不同下垫面空气动力学阻抗估算结果发现：在沙漠和荒滩下垫面,动力因素较热力因素影响大,空气动力学阻抗与风速的指数关系较农田下垫面明显;与其他3种算法相比,考虑了热量粗糙度的Thom-2算法在各种典型下垫面上的估算结果与观测值相比偏差最小,且在较为均匀的荒滩和沙漠下垫面上估算的空气动力学阻抗精度较农田高;通过比较4种算法估算干旱区不同典型下垫面空气动力学阻抗结果,说明干旱区空气动力学阻抗的估算应考虑热力粗糙度的影响。     

Study of Aerodynamic Parameters on Different Underling Surfaces

Aerodynamic parameters including the zero-plane displacement (d), roughness length (20), and friction velocity (u*) on the different underlying surfaces of heavy-grazing site, medium-grazing site, light-grazing site, no-grazing site, dune, inter-dune, grassland, rice paddy site, wheat site, soybean site, and maize site have been computed based on the Monin-Obukhov similarity theory by utilizing the micrometeorologically observed data of dune and vegetation in the semi-arid area at Naiman, Inner Mongolia of China, conducted jointly by the Institute of Desert Research, Chinese Academy of Sciences and the National Institute of Agro-Environmental Sciences of Japan in 1990-1994. And their relationships between wind speed and Richardson number are analyzed. The aerodynamic characteristics of different man-made disturbed grassland ecosystems are also compared. Result shows that the vegetation coverage and the above-ground biomass decrease with the increase in man-made stress of the grassland. The roughness length for different underlying surfaces is closely related to vegetation height, above-ground biomass, and ground surface undulation, and Richardson number Ri is also its influencing factor. The friction velocity varies largely on different underlying surfaces, and it is positively proportional to wind speed and roughness length. The aerodynamic parameters of various times on the same underlying surface are different, too. Above results indicate that grassland and vegetation are of significance in preventing desertification, especially in the arid and semi-arid land ecosystems. And the results of this paper are also important for constructing the land surface physical process as well as regional climate model.     

应用压力中心法确定农田空气动力参数

利用小麦、水稻、大豆及玉米作物叶面积密度和冠层内外风廓线等的实测资料,作者首先在大田条件下根据压力中心法计算了上述农田的空气动力参数,并导出了一个计算零平面位移(d)的物理模式。通过与实测资料的比较得出,压力中心法不仅完全可以用于野外的大田作物,而且结果的稳定性基本上不受大气层结的影响,精度在非中性层结下通常高于常用的对数廓线法和拽力系数法。本文结果还表明,通常情况下d,Z0与作物高度(h)之比值是随作物群体结构和大气层结、湍流状况等的不同而变化的,而不是人们所普遍接受的常数值。随群体中最大密度层的相对分布高度和风速递减指数的增大,d/h增大。只有对于矮杆的大田作物,在其群体处于中等密度时,以下关系d≈0.64h,Z0≈0.08h才较稳定。对于高杆作物或密度稀疏的群体,土壤表面湍流通量的增加以及叶子的拽力系数随风速的变化指数的选取都对压力中心法的结果产生一定的影响。     

4种城市下垫面地表温度年变化特征及其模拟分析

利用对沥青、水泥、裸地和草地等4种城市下垫面地表温度的2年观测资料,系统分析了4种城市下垫面地表温度年变化特征及其影响因素,建立了地表温度模拟模型.主要结果:(1)4种城市下垫面日平均温度、日最高温度、日最低温度的年变化特征总体与气温一致,不同下垫面间温度差异在夏半年均大于冬半年.(2)沥青、水泥、裸地和草地的日平均温...     

不同下垫面上近地层湍流的多尺度属性研究

文中利用统计和多尺度分析方法分析了几种复杂下垫面情况下的风、温湍流脉动观测资料 ,结果表明 :下垫面结构的差异明显地影响湍流量 ,如 :戈壁地区的热力作用明显大于雪面和城郊面 ,表现在湍流时间尺度上也明显地大于雪面和城郊面。但复杂下垫面下的湍谱在惯性区仍满足“- 23”次律 ;多尺度方法研究湍流 ,可以更简捷地分析湍流的多尺度结构及其在湍流输送中的作用。由此可看出 ,多尺度方法是发展湍流统计理论的一种有效工具。     

异模式嵌套作中期数值预报的试验

利用一个全球谱模式和一个有限区域细网格模式，作了异模式嵌套的初步试验。对异模式嵌套的方案流程，细网格模式边界值晚新的时间间隔及细网格模式的起步时间作了初步研究，发现无论采用物理量本身还是其倾向值作衔接，效果均不错，边界值更值的时间间隔既不宜太长，也不宜太短，粗细网格同时起步或用粗网格模式１２小时的预报场作为细网格模式匠初始场，两者预报的结果基本一致。     

云间屏蔽对块状云阵短波辐射参数的影响

本文使用短波辐射传输方程建立分析模式研究规则排列块状云阵的短波辐射参数。模式中考虑了云对地表的遮光、邻近云对地表反射光的遮挡以及云侧面之间、云侧与地表之间的散射与吸收。本模式最大特色是加入了云体间相互屏蔽。这点由于其复杂性而多为以前的研究者所忽略。与不考虑此效应的Ｂｒａｄｌｅｙ模式所得结果比较，本模式在太阳天顶角较大时对云阵辐射参数有较大修正。     

城市区域内不同下垫面的有效辐射特征

本文以低高原城市昆明市为厂家对象，利用城市区域内上气候观测资料，定量地分析了城市区域内不同下垫面的有效辐射特征、变化规律，得到了一些有益的结果，中可为探讨城市区域辐射状况，城市气候形成机制及城市气候的深入研究提供依据。并可为其它地区的研究提供参考。     

地面热红外发射率的天顶角变化效应

文中着重研究了自然地表面的红外辐射的方向特征 ,实地测量了发射率随观测天顶角的变化 ,分别对卫星资料反演地面温度和地面辐射测量作出红外发射率的观测天顶角修正 ,两者比较的结果表明 ,发射观测天顶角修正在精确地面温度的反演计算中不可忽视 ,尤其在大角度观测情况下 ,对某些地物发射率方向特征的修正比发射率本身的修正更重要。