人为热对城市边界层结构影响研究

为研究不同人为热源引入方案对城市边界层结构模拟性能的影响，以杭州地区为例，在区域边界层模式（RBLM）中引入一种新人为热源处理方案，即对城市中的人为热排放分层考虑，将低层的人为热源加入地表能量平衡方程，将高层人为热源分布与建筑物高度和密度联系起来，加入热量方程中，同时考虑了人为热源强度的日变化。数值试验结果表明，这是一种比较合理的处理方案。人为热源引入方案对城市边界层结构的影响表现在:气温、湍流动能增加，并通过湍流交换输送到较高层大气；大气不稳定度增加，混合层高度最高抬升了400 m；城市地区上升速度增加，热岛环流加强；白天人为热源一般为太阳辐射的10%～20%，对地气交换的影响较小。夜间没有了太阳辐射能量，对地气交换的影响比日间更明显；冬季低层湍流活动加强，湍能约增加40%，大气层结稳定度降低。     

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。     

城市热岛效应对北京夏季高温的影响

应用1998—2002年北京地区自动气象站观测资料,探讨了城市热岛效应对夏季高温的增幅作用。结果表明:北京地区夏季平均热岛指数随着环境温度的升高呈上升趋势,城市热岛效应对高温强度有明显的增幅作用。并应用中尺度MM5模式,对2000年7月一次典型高温天气过程进行了数值模拟。试验表明:模式对于北京地区夏季高温及城市热岛的范围和强度均有较好的模拟能力。     

人为热源对城市热岛效应影响的数值模拟试验

利用耦合了单层城市冠层模型UCM的中尺度模式WRF,研究了人为热源对上海区域城市气候的影响。冬季地表温度的模拟结果表明,使用新陆面资料的试验效果要好于使用旧的陆面资料,加入人为热源的试验效果要优于没有加入人为热源的试验,这些反映了热岛效应是不断增加的城市面积和人为热源共同决定的。不同试验模拟的2 m高度上气温的模拟情况时,使用新陆面资料并且加入合理人为热源的试验模拟值明显大于其他试验的模拟值。     

北京夏季强热岛分析及数值模拟研究

应用北京地区20个常规地面气象站、2个自动气象站和中国科学院大气物理研究所325m气象铁塔的资料,对北京2003年7月热岛状况进行了统计分析,发现北京夏季夜间存在强热岛效应,夏季夜间存在强热岛效应的天数占到了1/3,强弱热岛天数合计占到了大约4/5。进一步分析7月1日强热岛特征及其气象影响因子,结果表明：夜间存在强热岛时,郊区所有测站的地面气温都要低于主城区地面气温,城市强热岛的高温中心在天安门和白家庄连线的主城区;白天日照充足的晴夜,日落后城区320m以下低层大气存在逆温和弱的风速,城区地面气温下降速率和幅度均远小于郊区,城市强热岛因此得以形成和维持。日出后至正午,北京北部郊区日照时间比城区长,郊区地面大气得到来自太阳辐射的能量多于城区,而太阳辐射的加热作用使城区低层大气逆温消失,大气稳定度减弱,并使郊区地面气温上升速率和幅度大于城区,最终导致夜间出现的强热岛减弱、消失。此外,应用MM5模式对强热岛进行了初步数值模拟研究,发现在MM5中考虑城市人为热和热储存,可以改善模式对热岛的数值模拟,表明城市人为热和热储存在夏季强热岛的形成中有重要作用。     

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。     

中国区域人为热释放的气候强迫

研究了1978～2008年中国地区及各省、市、自治区、特别行政区人为热释放造成的气候强迫与不同地区间的人口、能源消费状况和人为热释放的气候强迫的关系,并试图对未来人为热释放的气候强迫做出预估.结果表明,近30年中国地区平均人为热释放造成的气候强迫迅速增加,1978年其值约为0.07 W·m-2,但2008年则增至0.28 W·m-2.另外,中国人为热释放的气候强迫呈典型地域分布特征,华北、华东、华中和华南等经济发达地区明显高于周围其他地区,而西北地区整体上来说则很小,地区分布很不均匀.这种不均匀分布的特征,可能对区域气候、甚至全球气候造成影响.     

人为热源和城市绿化对冬季山谷城市边界层结构影响的数值模拟

为了探讨人为热源和城市绿化对城市边界层的影响,本文在RAMS模式中引入周期性日变化的人为热源和人工改变下垫面状况,初步模拟分析了人为热源和城市绿化对城市边界层结构的影响.结果表明:人为热源具有明显的增温效应,增强了城市的湍流交换,白天增加了大气不稳定度,促进了混合层的发展,夜间降低了大气稳定度,减弱了城市夜间逆温.城市绿化减小了地表反照率,增加了到达地面的净辐射,模拟期间土壤冻结,增加的净辐射其中一部分以感热的形式来加热大气;绿化后地气之间的湍流交换增强,增加了大气不稳定度,减弱了白天高空逆温;本文还讨论了不同绿化布局对白天高空逆温的影响以及人为热源和城市绿化之间的非线性相互作用.     

从不同的陆面资料看城市化对北京强降水的影响

2004年7月10日,北京地区出现了一次强降水过程.该次过程主要是由中尺度对流云团的活动造成的,整个大环流形势给暴雨的发展提供了水汽条件.分析近地面的特征场发现,在降水发生前1-2 h,北京城区存在一个暖中心,其温度比周边地区高出2-3 ℃,存在明显的热岛现象.该城市热岛现象的出现,使得城区的气压相对较低,郊区有较冷空气向城区辐合,有利于城区产生上升运动,形成对流降水.另外,对该次过程的数值模拟结果表明,使用了最新的陆面资料的模拟结果明显好于没有使用最新的陆面资料的模拟结果.这在一定程度上说明了城市热岛效应对该次强降水具有一定的影响.     

人为热排放的引入对北京地区精细模拟的改进

将人为热排放纳入到已耦合城市模块Urban Canopy Model(UCM)的中尺度气象模式Weather Research and Forecasting(WRF)中,探讨了人为热排放对于北京地区精细化模拟的重要意义,其影响主要体现在以下几个方面:1)可有效改善气象要素的模拟效果,特别是对于大气边界层高度的显著性改善,该变量是控制空气质量模式中污染物垂直扩散的关键因子;2)可较好地再现城区流场及温度场,使热岛强度和中心配置更接近实况;3)可明显改善数值模式对于污染物垂直分布特征的模拟。     

北京"城市热岛"效应现状及特征

利用2002年北京自动气象站资料,对北京“城市热岛”效应现状进行了分析。为了与20世纪70年代的结果相比较,选择城区代表站为天安门广场站,城郊代表站为朝阳气象站站。与20世纪70年代相比,目前北京的“城市热岛”表现出一些新特点:1)利用城区与城郊日均温差表示的“城市热岛”强度的统计结果表明,现在北京的“城市热岛”效应在夏季最强,秋、冬季次之,春季最弱,2)除夏季“城市热岛”整天存在(午后的平均强度在2℃左右)以外,其他季节的午后,天安门广场地区经常出现“城市冷岛”现象。3)北京“城市热岛”消失的极限风速没有发生系统性变化,当风速>3级时,北京“城市热岛”基本上消失。作者还研究了北京“城市热岛”形成和消失的日变化特征,以及“城市热岛”强度对风速等气象要素变化的响应特征。值得指出的是,对强“城市热岛”的个案分析显示,冬季夜晚“城市热岛”强度经常表现出较大的波动性,与此相伴随,城郊地面风出现风向突变和风速的阵性现象。     

基于TM影响的不同季节北京城市热环境研究

利用2005～2006年4景北京Landsat TM影像,通过热红外波段反演地表温度,揭示不同季节城市热环境分布特征及其空间差异。分别利用遥感反演的地面温度和地面气象站观测的气温数据,计算地表热岛强度和空气热岛强度,并分析其季节变化,结果表明：城区相对近郊区,热岛效应在夏季显著;城区相对于乡村,四季都存在较强的热岛效应。     

城市地表热环境遥感监测指标研究及应用

遥感已成为城市热环境监测的重要手段,但仅依靠城市地表温度（或亮温）仍难以定量分析城市热环境的时空变化。文章提出了城市热环境遥感监测的3个指标：热岛强度、热场强度指数和热岛比例指数,并利用2年的MODIS地表温度产品与FY-3A/MERSI卫星资料对北京地区进行了热环境遥感监测应用与分析。结果表明：上述3个热环境遥感监测指标在城市热岛监测中具有指示意义,能有效监测北京城市热岛的强弱和变化,对开展城市热环境监测气象业务具有积极意义。     

北京城市热岛效应对冬夏季降水的影响研究

利用北京地区20个气象观测站最近30年（1975～2004年）冬季（12～2月）、夏季（6～8月）平均气温、降水量和降水日数资料,研究了城市热岛效应的年代际变化及其对降水的影响。结果表明:（1）最近30年来,北京城区与北部山区之间的温度梯度在明显加大,其中,冬季温度梯度的平均增幅为0.6℃/10 a,夏季约为0.2℃/10 a。（2）在北京城区南北两侧,冬季和夏季的降水日数、降水量的相对变化趋势明显不同:相对区域平均而言,在城区及南部近郊区,冬季降水日数和降水量都在明显增加;夏季,城区北侧的降水日数呈加速增长趋势,尽管南部平原郊区的相对降水日数变化不大,但降水量在相对减少。（3）城市热岛效应对不同季节降水分布的影响,可能是城乡温度梯度与盛行风相互作用的结果,就北京地区而言,地形的存在,强化了城区与北部郊区之间的温度梯度:冬季盛行北风气流,在北部郊区,热岛效应强迫产生的边界层下沉运动有可能造成局地降水天气过程相对减少,城区及其南侧则相反;夏季盛行南风气流,随着城市热岛效应的增强, 发生在北部近郊区的弱降水天气过程趋于增多。     

城市热岛强度变化对安徽省气温序列的影响

根据安徽省81个气象台站的资料研究了其气温序列特点,并选取了其中46个台站,划分为城市站、乡村站、国家基本/基准站等类别,对1966～2005年期间平均、最高、最低气温的年、季变化进行了分析比较.结果表明:两个时段各类型台站3项气温的增温率、热岛增温率、热岛增温贡献率均表现为城市站最大,国家基本/基准站次之,乡村站最小...     

北京地区城市热岛的时空分布特征

应用自动气象站逐时气温观测资料分析了北京城市热岛的时空分布特征。结果表明，无论冬、夏季，北京的城市热岛在空间分布上均表现出多中心结构。热岛强度冬季大于夏季、夜间大于白天，热岛中心随时间存在漂移现象，日变化幅度冬季大于夏季。城市热岛在时间域上呈多尺度结构，冬、夏季均以20-30h所对应的日变化和120-270h的周变化为主，周变化振荡的波谷主要出现在周六至周一，波峰出现在周三至周五，变化趋势冬季比夏季明显。     

南京城市热岛效应研究

利用4个气象站1961～2005年气温资料,对南京市的城市热岛效应进行了全面、细致的研究。结果表明：1）平均而言,南京市的热岛强度基本在0.5 ℃左右,热岛强度的高值体现在最低气温上,极端情况可能达到6 ℃左右;2）南京城市热岛效应具有明显的季节变化和日变化特征,夏半年要强于冬半年,夜间强于白天;3）随着城市规模的发展,南京市的城市热岛效应为增强趋势,用年平均气温计算获得的热岛强度增幅为0.109 ℃·(10 a)-1。     

珠江三角洲都市群城市热岛效应初步研究

近十年来 ,珠江三角洲都市群热岛效应全面形成 ,年平均热岛强度由 1 983年前的 0 1℃上升到 1 993年的 0 5℃。珠江三角洲都市群热岛强度呈明显的季节变化和日变化 ,1 1月份热岛强度最强 ,4月份最弱 ,就年平均而言 ,夜间的热岛强度大于白天。珠江三角洲都市群热岛强度空间分布呈中间强周围弱的分布格局 ,与各地的经济活动密切相关 ,热岛强度强的地方均为广东经济活动最活跃的地区。