城市大气边界层的数值研究

本文利用能量闭合的二维非线性、非定常模式,结合地面热量平衡方程,研究了城市热岛和城市热岛环流以及其它相关的城市边界层参量的发展演变规律;同时探讨了在城市污染面源的情况下,污染物的扩散、输送问题.模拟结果得到了天津市城市热岛观测资料的证实.     

2003-2006年南宁市热岛强度变化特征

分析了2003-2006年南宁市区和郊区的10个自动气象观测站气象资料,结果表明,南宁市区的热岛强度（UHI）具有明显的日、月和季节变化。一般来说,南宁市UHI夜间＞UHI白天;UHI干季（9月至翌年1月）＞UHI雨季（2-8月）;UHI秋季＞UHI夏季。用不同的温度指标计算出的UHI略有不同：UHI最低气温为1.43℃、UHI平均气温为0.94℃、UHI最高气温为0.28℃。利用灰色关联度分析法分析了影响南宁城市热岛效应的主要气象因子,发现在风速小、相对湿度小的时候热岛效应强。     

Simulation of a Summer Urban Breeze Over Paris

Numerical simulations for an anticyclonic summer episode in the Paris area have been performed at the meso- scale for a 48-hour period, and compared to observations from a dense operational observational network. The meteorological stations have been classified, according to the extent of urbanization of their surroundings, into four classes (central Paris, urban, suburban, and rural). The atmospheric model, coupled with an urban surface scheme, correctly reproduces the temperature (within 1 K from the observations) and humidity. The intense urban heat island during the night is also well represented.Following the validation, the model is used to quantify atmospheric effects of Paris on the boundary layer, through a comparison with a purely rural simulation. At night, the model simulates a neutral or even slightly unstable boundary layer to a depth of 200 m over the city. In contrast, a very stable layer formed in the countryside. During the day, the boundary layer was more turbulent and 500 m deeper over Paris; vertical velocities of up to 1 m s^-1 were created over the city. This leads to an urban breeze with convergence at low levels (with winds around 5 to 7 m s^-1), and divergence at the boundary-layer top (with similar wind speeds). The horizontal extent of the breeze reaches for more than 50 km from the city centre, and could have an important impact on pollutant diffusion in the area for calm days.Finally, three other spring cases are presented briefly. These show that an urban breeze develops if the synoptic wind is weak enough or disorganized; an urban plume develops otherwise.     

Numerical Studies on Urban Heat Island Associated with Urbanization in Yangtze Delta Region

ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｔｕｄｉｅｓｏｎＵｒｂａｎＨｅａｔＩｓｌａｎｄＡｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈＵｒｂａｎｉｚａｔｉｏｎｉｎＹａｎｇｔｚｅＤｅｌｔａＲｅｇｉｏｎ①ＴａｎｇＹｏｕｈｕａ（唐有华）ＬＡＰＣ,ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＰｈｙｓ...     

A Monte Carlo Model Of The Nocturnal Surface Temperatures In Urban Canyons

A model for the urban canyon is formulated for meteorologicalconditions of weak winds at night time. Thermal radiation, conductivity and convection are simulated by means of the Monte Carlo method. These are the main physical processesof energy transfer that give rise to the characteristic temperaturedistribution in these systems. The model has been satisfactory tested under ideal conditions for which analytical solutions exist.The predictions of the model under morerealistic conditions accurately reproduce the observationalresults. A strong temperature gradient across streets, with the canyon corners up to 4 °C warmer than the canyon centre, is found for the deepest canyons. This theoretical predictionhas been successfully verified with measurementstaken in a number of streets of the city of Granada in Spain.     

广州市2005年热岛强度变化特征

分析2005年广州市市区和郊区的8个自动气象观测站气象资料得出,热岛强度（UHI）具有明显的日、月和季节变化。一般来说,广州市UHI夜间〉UHI白天;UHI干（10月-次年5月）〉UHI雨事（6-8月份）;UHI春季〉UHI夏季。用不同的温度指标计算出的UHI略有不同：UHI最低气温为1．50℃、UHI平均气温为1．16℃、UHI最高气温为0．61℃。     

城市植被对冬季气象要素影响的数值模拟研究

为认识并量化城市地区自然植被对城市气象特征的综合影响及其在不同季节的变化趋势,本文基于区域边界层模式(Regional Boundary Layer Model,RBLM),利用敏感性数值试验的方法量化评估了冬季背景下,城市植被对苏州地区气象要素的综合影响,及其在不同绿化情境下的变化特征。研究结果表明:冬季城市植被会导致气温及城市热岛强度的下降,下降幅度随着植被覆盖率的提高而增大,当市区树木覆盖率分别为0、20%和40%时,日平均城市热岛强度分别为1. 8、1. 4和1. 0℃。与苏州市真实绿化情境相比,市区树木覆盖率分别为20%和40%的理想试验方案,可以导致市区日平均气温分别下降约0. 23℃和0. 84℃。城市植被还会通过叶面及土壤表面的蒸发蒸腾作用,增加空气中的水汽含量,当市区树木覆盖率分别为0、20%和40%时,中午时空气比湿分别为2. 46、2. 61和2. 78 g·kg~(-1)。相同覆盖率条件下,草地绿化方案对气温和空气湿度的影响要明显弱于树木。城市植被会对区域地表能量平衡过程产生明显影响,使到达地面的太阳辐射减少,地面温度降低。当树木覆盖率分别为0、20%和40%时,中午地表净辐射通量最大值分别为433、382和332 W·m~(-2)。地面温度的下降以及植被、土壤的蒸发蒸腾作用,使感热减少,潜热增加。自然植被对城市气象要素的影响在冬季要明显弱于夏季。     

昆明城市热岛效应变化特征研究

利用昆明周边多个自动气象站观测的2004~2012年温度序列,研究了昆明城市热岛效应的日、季节和年际变化特征,并分析了昆明城市热岛水平分布和变化趋势。昆明城市热岛强度具有明显的日变化,夜间较强,白天较弱。城市热岛强度一般在早上08:00(北京时间,下同)达到最大值,在午后14:00减弱或消失。城市热岛强度在冬季最强,春、秋季次之,夏季最弱。昆明城市热岛强度多年平均值为1.27°C,在2004~2009年期间表现为逐年递减的趋势,其年际变化的主要影响因子是云量。2004~2007年昆明城市热岛中心主要分布在主城区。2008年以后,由于中小城镇经济和人口的迅速发展,昆明城市热岛面积不断扩大,并出现热岛中心向呈贡、石林一带偏移的现象。     

湖陆风对滨湖夏季气温和岳阳市城市热岛强度的影响

利用逐日逐时气象资料对岳阳市主城区近年夏季城市热岛强度进行了评估,探讨了东洞庭湖湖陆风对滨湖夏季气温以及城市热岛强度的影响。结果表明：平均气温郊区较城区、滨湖低1.47、1.11 ℃,最低气温郊区较城区、滨湖低1.89、2.03 ℃,最高气温城区较郊区高0.61 ℃、郊区较滨湖高0.63 ℃。白天城区气温高于郊区,郊区气温高于滨湖;夜间城区气温与滨湖基本相当,且明显高于郊区。各区逐时气温变率郊区最大,城区次之,滨湖最小,三者在23:00—次日6:00基本相当且变化较小。城区平均、最高、最低气温分别比郊区高1.47、0.61、1.89 ℃,对应城市热岛强度分别为弱、弱、中等。8:00—19:00城市热岛强度为弱,20:00—次日7:00为中等。滨湖9:00—18:00湖风强,19:00—次日8:00陆风弱。湖陆风与各区气温以及城市热岛强度均极显著相关。夜间城市热岛效应强于白天湖泊冷效应,白天城市热岛效应和夜间湖泊热效应随着站点与滨湖和郊区的距离远近影响强度不同,离滨湖越近的城市站白天受城市热岛效应影响越小,夜间受城市热岛效应影响越大。     

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。     

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...     

天津城市热岛效应对海风(锋)环流影响的数值模拟试验

利用中尺度数值天气模式TJ-WRF,通过对发生在天津城区的局地雷暴天气个例进行模拟,重点通过改变模式中下垫面土地利用类型进行敏感性模拟试验,研究天津城市热岛对海风(锋)环流强度及移动速度等的影响。结果表明:不同土地利用类型城市下垫面造成的城市热岛效应不同,当城市周边郊区下垫面土地类型改为城市建筑用地时,城市热岛效应更加明显且影响范围明显扩大;当城市下垫面改为旱作农地和牧场时,天津城区附近没有出现城市热岛效应。当海风(锋)环流向城区方向移动还未到城区附近时,城市热岛对其有明显加强和加速作用,城市热岛效应越明显其对海风(锋)环流的加强和加速作用越明显,海风(锋)环流移动加快的速度比没有城市热岛时快9.3km·h~(-1)。当海风(锋)环流移动到城区附近时与城市热岛环流相遇,海风(锋)环流受到城市热岛环流阻挡其移速又迅速减慢,其后侧气流南、北分支绕流和向上爬升现象变得明显,两环流相遇叠加后辐合上升运动也明显加强;城市热岛效应越明显其对海风(锋)环流的阻挡作用越明显,海风(锋)环流的移动速度减慢得越多,两环流相遇叠加后的辐合上升运动就越强。另外在向城区移动过程中,海风(锋)环流会使其经过地区低层空气增湿降温,但其后侧湿空气层厚度会因城市热岛效应的存在而明显减小;城市热岛效应越明显,海风(锋)环流后侧湿空气层厚度减小得越明显。     

基于气温日较差的城市热岛强度指标初探

选取1951—2004年中国东部地区9个大城市和较近距离的9个小城市,对城市逐月平均最高、最低和平均气温资料进行不同季节的城市热岛效应分析,对描述热岛效应的热岛强度指标进行研究,并提出一种基于气温日较差的新的热岛强度指标。结果表明,1980年以后,无论大、小城市,城市化的热岛影响均有所加强。大城市年热岛强度10a约增加0．20～0．34℃,小城市约增加0．14～0．20℃。大城市的热岛强度无论季节或年增加幅度均比小城市大,特别是冬、秋季,而小城市则主要表现在夏、秋季。     

北京夏季城市热岛现状及楔形绿地规划对缓解城市热岛的作用

通过遥感技术与地面测定相结合的方法，对北京城市热岛现状作观测研究，得到北京城市地面的温度分布特点。使用北京大学城市边界层模式从气象观点就“楔形绿地”规划对北京城市气候的影响进行研究和评价，模式通过对城市地表复杂性和多样性的特征进行细致描述，建立了一个细致模拟城市特点的城市边界层能量平衡模式，并用此能量平衡模式得到的地面温度作为下边界条件，中尺度气象模式MM5做初始场和侧边界条件，建立一个最小分辨率为500 m的城市边界层模式系统，来研究城市边界层在中尺度背景场作用下的精细结构。通过个例模拟，模式能够较准确地模拟城市边界层的风温场分布情况，可以用来对楔形绿地规划进行模拟试验。通过对规划后的气象场在特定的气象条件下进行模拟，结果显示，建造大型的楔形绿地后，绿地区域及绿地周围约1 km以内的地区温度有所降低，降低的程度由规划前后的地表类型改变的剧烈程度、风速大小及与绿地的距离决定，但是这种规划方案却会因城市的下风方向的风速减小而导致通风不畅。     

基于均值-标准差改进的滨州市多时相热岛强度变化分析

为探究山东省滨州市热岛强度的时空分布及其变化特征,通过2001、2009和2018年夏季的3期Landsat数据实现地表温度反演,并基于热岛强度定义对传统的均值—标准差分级法进行改进,能够较好地消除因背景数据不一致而导致不同时期热岛强度数据难于对比的问题.在此基础之上,分析热岛效应及其变化的时空分布特征,并结合土地利用...     

昆明地区城市热岛效应的再分析

在对地面气温资料进行均一性检验和订正的基础上,分析了1971—2008年昆明地区(包括城区、郊县和太华山)气温序列的变化趋势,研究了城市化对气温序列的可能影响,揭示了在城市化快速推进和低纬高原复杂地形条件下城市热岛效应的特殊性和复杂性。结果表明,昆明地区的平均气温总体呈上升趋势,上升速率大小依次为昆明城区>郊县>太华山。其中,昆明城区和郊县气温具有相似的变化规律,主要表现为冬、春季最低气温显著升高和气温日较差明显减小;太华山气温的变化则明显不同,主要表现为最低气温全年少变,冬、秋季最高气温小幅上升,而气温日较差有增大趋势。20世纪80年代中后期以来,昆明城区与郊县气温,特别是最低气温的显著上升可能受到城市化的严重影响,因此以往以郊县为对比乡村站的研究在很大程度上低估了城市化对昆明气温序列的影响。而在此之前,昆明最低和最高气温均会因对比乡村站选取的不同而表现出"城市冷岛"特征。     

珠三角城市集群化发展对热岛强度的影响

利用珠三角城市发展资料及珠三角地区近28年的气温资料,研究了珠三角城市集群化发展指标与城市热岛效应之间的关系。认为:(1)珠三角城市集群化发展指标在2000年前发展缓慢,2000年后,珠三角城市集群化发展指标增长率比2000年前增长了5~9倍;(2)热岛强度增温率2000年前为0.34℃·(10a)~(-1),而2000年后热岛强度增温率为0.69℃·(10a)~(-1),热岛强度增温率增加了1倍。(3)珠三角地区城市热岛强度逐年增强,年内热岛强度雨季和干季变化明显,雨季热岛强度弱而干季热岛强度强,最弱热岛出现在降水充沛的7月,最强热岛出现在天气干燥的12月。(4)采用灰色关联度分析结果显示:城市建成区面积、工业总产值、全年总用电量和常住人口等指标对气温和热岛强度影响明显;根据城市发展指标对气温和热岛强度的关联度,采用灰色模型拟合了城市集群化发展指标对气温和热岛强度的平均拟合相对误差分别为2.7%和7.0%,说明该模型可以较好地拟合城市集群化发展指标对气温和热岛强度的影响。     

武汉市城市热岛强度非对称性变化

利用武汉市区气象站及其周边4个县气象站1960-2005年的气温资料,计算了46 a及分时段的季节和年平均气温、平均最高和最低气温倾向率,城市热岛强度倾向率及其贡献率。结果表明：46 a来,城区和郊区的平均气温均以上升趋势为主,最低气温增幅最大,最高气温增幅最小,甚至下降;冬季增幅最快,夏季增幅最慢,甚至下降,这是第一类非对称性。 城市热岛效应也存在增强趋势,以年平均、最低和最高气温表示的城市热岛强度倾向率分别为0.235℃/10 a、0.425℃/10 a和0.034℃/10 a,热岛效应贡献率分别达到60.4%、67.7%和21.8%,这是第二类非对称性。 46 a来的增温和城市热岛强度加强主要是最近23 a快速增温所致,进入本世纪增温进一步加剧。 摘要 计算了武汉市气象站、周边4县气象站平均的1960～2005年间以及前后两半时段四季和年平均、最高、最低气温倾向率,城市热岛强度倾向率和贡献率。结果表明：1）46年来,城区和郊区的平均气温均以增趋势为主,平均气温倾向率为正,最低气温增幅最大,最高气温增幅最小甚至下降,冬季增幅最快,夏季增幅最慢甚至下降,这是第一类非对称性;2）城市热岛效应也存在增趋势,以年平均、最低、最高气温表示的城市热岛强度倾向率分别为0.235、0.425、0.034 ℃/10a,热岛效应贡献率分别达到60.4%、67.7%、21.8%,这是第二类非对称性,3）46年来的增温和城市热岛强度加强主要是后23年快速增温所致,前23年气温变化不明显。武汉市气象站气温资料严重地保留着城市化影响,建议尽快迁站。 关键词 城市热岛强度 最高气温 最低气温 非对称性变化     

气象卫星与城市气象环境模拟研究

利用徐敏等人建立的具有广泛用途的区域边界层模式 (NJU RBLM) ,对北京城市区域的气象环境特征做了比较细致的模拟研究 ;然后 ,再利用NOAA AVHRR气象卫星遥感资料 ,采用修正的Ulivieri分裂窗方法反演得到北京城市区域地表温度场 ,将其结果与同样区域范围的数值模拟结果进行对比分析 ,以此进一步检验数值模式的模拟效果和卫星观测资料处理方案的可行性。分析表明 :采用NJU RBLM模拟得到的地面热力场分布及其变化总体趋势与晴空条件下的卫星反演结果基本一致 ,卫星反演的地表热力场分布和强度要较模式模拟的结果更为细致 ;两者都能较好地反映夜间的城市热岛效应和春夏秋季白天的弱冷岛现象 ,夜间的城市高温区以及由山区向城市平原地区风速渐小的辐合过渡带高温区都比较明显 ,午后城市地区温度略低于周边东南地区。     

Numerical studies on urban heat island associated with urbanization in yangtze delta region

The impact of modifications of the surface characteristics on local climate is simulated with a numerical mesoscale model in the Yangtze delta region, east of China. The simulated reference case with the current surface properties shows that there is urban heat island in Shanghai city which is located in the center of this region. The mod-ifications of surface characteristics due to the urbanization around Shanghai will lead to the change of local air circu-lation and redistribution of surface temperature. Simulation for this case shows that the urbanization around Shanghai has little effect on Shanghai, but will extend the area of heat island. Another case is assumed that the area of grassland is kept as 50% while the urban areas are extended. Compared with the case of pure urbanization, the max-imum reduction of surface air temperature is 2.0oC in the daytime and 2.3oC at night.