杭州市化工园区选址的气象环境与评估的数值模拟研究

城市化是国家社会发展的必然趋势，为了在新一轮城市总体规划中能保证杭州市的大气环境质量，优化不同空间尺度的城市规划，协调城市发展与保护环境的关系，本文利用一个三维非静力区域边界层数值模式，对一些典型天气条件下杭州地区的风场和气温的空间分布特征进行模拟分析，并以此为依据，给出选取化工园区的位置的评估意见。模拟结果表明，化工园区的选址宜考虑在杭州市的西南方向。     

北京地区气象环境数值模拟试验

用区域边界层模式RBLM模拟北京地区气象环境特征.数值模拟结果表明(1)北京地区的气象环境很复杂,其主要特点是受昼夜循环的山谷风气流、城市热岛环流以及大尺度系统共同影响.(2)北京市区冬季地面风的日变化较小,主要是偏北气流,城市上游方向在市区的北边,而春夏季地面风的日变化比较明显,市区的进出口气流方向变化很大.(3)北京市城市热岛强度在夏季较强,城市热岛环流明显,城市中心近地面气温比郊区近地面气温高5～6℃左右.(4)数值模拟结果能较好地反映北京地区流场的日变化,与实际观测结果吻合较好.     

北京地区气象环境数据模拟试验

用区域边界层模式RBLM模拟北京地区气象环境特征。数值模拟结果表明：（1）北京地区的气象环境很复杂，其主要特点是受昼夜循环的山谷风气流、城市热岛环流及大尺度系统共同影响。（2）北京市区季地面风的日变化较小，主要是偏北气流，城市上游方向在市区的北边，而春夏季地面风的日变化比较明显，市区的进出口气流方向变化很大。（3）北京市城市热岛强度在夏季较强，城市热岛环流明显，城市中心近地面气温比郊区近地面气温高5－6℃左右。（4）数值模拟结果能较好地反映北京地区流场的日变化，与实际观测结果吻合较好。     

巢湖对周边城市热环境影响的模拟研究

应用WRF模式,耦合考虑室内外大气能量交换的多层城市冠层模式BEP+BEM(building effects parameterization and building energy model),对2016年7月24—26日巢湖地区的一次夏季高温过程进行模拟。结果表明:巢湖表面的日间气温较周围陆地低4~5℃,巢湖的存在使合肥、巢湖两地日间平均近地面气温分别下降了0.18℃和0.28℃;巢湖对城市热岛的垂直发展有日变化特征,日间随着湖陆温差的增大与减弱,城市热岛得以发展与削弱,夜间有无巢湖的影响趋于减弱;巢湖的存在使合肥边界层高度最多下降约200 m,巢湖市下降约310 m。     

北京海淀地区大气边界层的数值模拟研究

采用北京大学的三维复杂地形中尺度数值模式,利用Landsat-TM卫星影像图得到的地表状况计算陆气之间的能量平衡过程,模拟了北京海淀地区大气边界层的风、温场结构以及污染物浓度分布,进而模拟了由于汽车尾气的排放而转化成的气溶胶的浓度分布.模拟表明城郊之间存在热岛效应,边界层风场受到热岛的热力作用以及地形的动力作用影响.污染物及气溶胶浓度也存在城乡差别,最大浓度出现在城区的下风方向.     

利用WRF对兰州冬季大气边界层的数值模拟

本文介绍了WRF中尺度模式的有关概况,分析了模式的物理结构,并利用WRF中尺度模式对河谷城市兰州冬季大气边界层的风场和温度场进行了数值模拟研究。模拟结果与观测事实基本一致,表明WRF模式具有良好的稳定性能。     

利用激光雷达资料模拟沙尘气溶胶边界层响应

利用后向散射激光雷达的探测资料,通过WRF(Weather Research and Forecasting)模式与包含气溶胶辐射效应的大气边界层数值模式嵌套起来的数值模拟平台(WRF-ABL),对2006年6月17日出现的浮尘天气沙尘气溶胶长波辐射效应及大气边界层的响应进行了模拟计算和分析。夜间沙尘气溶胶作用使低空沙尘气溶胶所在层冷却,整个沙尘过程4小时地面层温度减小0.28 K,地面至2 500 m高度温度减小约0.23～0.43 K,降温最大值在2 100～2 300 m高度层内,最大降温0.43 K;相应夜间沙尘气溶胶所在层风速增大。      

海面对流边界层垂直结构的数值模拟

冬季冷空气爆发进入暖海面时,海面边界层属与典型的对流边界层。此情况下,一般而言梯度输送理论(即一阶K闭合方法)是无能为力的。Wgnsaard(1984)提出了被动保守标量场的底直向上(bottom-up)和顶直向下(top-down)湍流交换模型。本文将它推广应用到风场相温度场,并用它模拟了冷气团入海期间海面边界层的结构。与实测资料比较,两者能吻合较好。     

边界层参数化方案对暴雨数值模拟的影响

选取2003年7月4-5日南京暴雨个例，采用非静力中尺度模式MM5进行模拟，着重研究了不同边界层参数化方案对雨量中心强度、雨区分布的影响。结果表明：对于不同的边界层参数化方案，垂直速度场、水汽通量散度场、涡度场、水平风场的散度以及θse场都表现出不同的特征；合理边界层方案的引入对预报效果有明显的改进；结合边界层和自由大气的动力、热力结构进行了综合分析，给出了边界层作用与自由大气动力、热力结构的配置情况。说明这种配置对暴雨的形成是至关重要的。     

北京城市边界层热岛的日变化周期模拟

用非静力平衡的中尺度模式MM5来模拟北京冬季的热岛。模式采用三重嵌套网格,最高水平分辨率为3 km。在模式中加入分辨率为200 m×200 m的实测北京建筑物高度和地表利用资料,并将下垫面的城市人为热源分为常数部分和日周期变化部分。数值模拟结果显示:MM5模式对这次北京的热岛及热岛环流具有较好的模拟能力。考虑了日周期变化的人为热源作用的数值试验模拟出的热岛的日变化比将热源单纯考虑为常数与实况更接近,这表明加入与实际情况相符的人为热对模拟有改善。     

Urban Heat Island and Boundary Layer Structures under Hot Weather Synoptic Conditions: A Case Study of Suzhou City, China

A strong urban heat island (UHI) appeared in a hot weather episode in Suzhou City during the period from 25 July to 1 August 2007. This paper analyzes the urban heat island characteristics of Suzhou City under this hot weather episode. Both meteorological station observations and MODIS satellite observations show a strong urban heat island in this area. The maximum UHI intensity in this hot weather episode is 2.2℃, which is much greater than the summer average of 1.0℃ in this year and the 37-year (from 1970 to 2006) average of 0.35℃. The Weather Research and Forecasting (WRF) model simulation results demonstrate that the rapid urbanization processes in this area will enhance the UHI in intensity, horizontal distribution, and vertical extension. The UHI spatial distribution expands as the urban size increases. The vertical extension of UHI in the afternoon increases about 50 m higher under the year 2006 urban land cover than that under the 1986 urban land cover. The conversion from rural land use to urban land type also strengthens the local lake-land breeze circulations in this area and modifies the vertical wind speed field.     

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。     

冷空气爆发时陆地边界层的数值模拟

本文建立了一个三维中尺度模式,分别模拟了平坦地形及规则山地情形下冷空气爆发过程,并模拟了无冷空气时天气演变过程作为比较.模拟结果合理地给出了冷空气爆发后边界层内诸要素的变化规律,如大风的出现、风向的改变、动量通量的增大、气压的升高等.     

盆地绿洲边界层特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V3．5非静力平衡模式,通过三重嵌套的降尺度方法,没计理想化的圆形盆地地形和绿洲,模拟研究了盆地绿洲环流及边界层特征。发现盆地感热随地形高度而变化潜热随地形高度没有变化,仅与下垫面特征有关。盆地绿洲感热小,潜热大,绿洲气候效应明显。盆地绿洲形成的环流与地形环流一致,这有利于加强地形环流。但地形形成的环流强度比绿洲环流要弱得多。盆地绿洲对大气边界层的湿度影响很明显。绿洲的水汽输送通过地形下沉气流加强,使山谷绿洲的气候效应得到加强。结果表明,盆地绿洲由于其地形环流与绿洲环流一致,故使绿洲效应加强。     

一个对流边界层大涡模式的建立与调试

本文介绍一个适合于对流边界层的大涡模式的建立及其调试结果。该大涡模式建立过程中注重于计算的节省，同时也强调原理与方法的简单和合理性。模式的调试表明，对于平坦均一地形的情况，模拟可以获得合理的结果。调试同时显示了模式对较低水平分辨率的适用条件，以及模式应用于模拟较大水平范围问题的可能性。     

沙漠-绿洲大气边界层结构的数值模拟

利用美国NCAR新版中尺度MM5V3．6非静力平衡模式,采用三重嵌套的模拟方法,模拟研究了沙漠绿洲的环流及边界层特征。结果表明：在没有西风气流背景的影响下,绿洲沙漠环流和大气边界层结构是对称的。沙漠绿洲改变了原有沙漠地区环流结构及温、湿场的分布,绿洲上空大气下沉,沙漠上空大气上升,从而产生了绿洲上空大气冷干,沙漠上空大气暖湿的边界层特征。绿洲边缘形成了由干到湿的强湿度梯度带围绕着绿洲,起到了保护绿洲的作用。在有西风背景气流的影响下,绿洲沙漠环流和大气边界层结构是非对称的。但是,西风背景气流的存在可以破坏绿洲系统对称的环流结构,不利于绿洲系统的稳定发展。     

城市热岛影响因子的数值模拟与统计分析研究

利用数值模拟和统计分析方法,分析研究了苏州城市热岛的影响因子。结果表明:随着城市化进程的不断进行,苏州城区与郊区平均气温差不断增大;苏州现有人为热对城市热岛强度的贡献率不是很大,当人为热增加到实际的2倍时,人为热对城市热岛贡献率也相应增加;假设太湖水体为农田时,模拟得到的热岛强度比太湖为真实水体时计算得到的值要大。统计分析表明苏州站与郊区平均气温差ΔT1.5℃时对应的风速一般较小;平均气温差ΔT较小时对应的风向比较一致;平均气温差ΔT1.5℃的现象基本出现在高温时期,云量较多时也易出现ΔT0.5℃的现象。     

边界层参数化对“雅安天漏” 降水数值模拟的影响

选取了2001年7月3个"雅安天漏"个例,采用非静力中尺度数值模式MM5V3进行模拟,着重研究了MRF边界层参数化方案对雨量中心强度和雨区分布的影响,结果发现MRF方案的总体预报效果较好,并能很好地刻画雅安暴雨时的纬向垂直环流结构;在复杂地形条件下,特别是降水有明显日变化的地区,边界层的作用非常重要.