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文中将建筑物动力冠层方案引入到城市边界层精细模式中,该方案描叙了城市地Ⅸ建筑物对气流的拖曳作用以及建筑物形态对城市地区湍流活动动量输送的影响.采用建筑物拖曳法和建筑物动力冠层方案两种不同建筑物动力学处理方法对北京地区东南部进行模拟,通过城市地区水平风速的模拟结果与自动气象站实测资料对比发现模拟结果与实测相当吻合,建筑物动力冠层方案的引入能够更好地实施对城市地区的水平风速分布的数值模拟.分别采用建筑物拖曳法与建筑物动力冠层方案对一个实际小规模城市进行模拟试验,分析表明引入建筑物动力冠层方案可以模拟出小规模城市地区水平风速偏低的现象;还可以模拟出城市地区建筑物动力作用对湍流活动的影响;对湍流动能模拟结果表明比较符合实际分布情形.采用建筑物动力冠层方案对小规模城市地区建筑物高度变化对城市地区的流场及湍流活动的影响进行模拟分析,结果表明:城市地区建筑物高度增加,风速变小,但是高大建筑物底部风速略高于低矮建筑物底部;城市地区大气湍能增加,高大建筑物底部湍能较小,冠层高度内湍能随高度增加而增加;同时城市地Ⅸ的垂直扩散系数也随建筑物高度增加而增加;城市地区污染物排放高度处污染物浓度较低,下游乡村地区地面污染物浓度较低,但高空污染物浓度却较高. 相似文献
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城市建筑动力学效应对对流边界层影响的敏感性试验 总被引：3，自引：1，他引：2
本文将大涡模拟应用于城市对流边界层(CBL)湍流结构和流场特征的研究,在大涡模式中,拖曳系数取与建筑物高度及建筑物高度标准差有关的表达式以考虑次网格建筑物对风速和湍流动能(TKE)的面积平均影响.模拟结果表明,由于城市建筑物对气流的拖曳作用,使建筑物冠层及整个CBL内风速大幅度减小,城市冠层内部风速减小尤为明显,在夹卷层内,风速有一明显的跃变.在边界层中部对流运动已经发展成为较强的热泡,城市建筑物的动力学效应使热泡的水平尺度增大,CBL内平均上升气流速度和下沉气流速度减小,同时使CBL中上升气流所占比例比平坦地面增大.城市建筑物使CBL低层热通量、动量通量、速度方差和位温方差明显增大,但对近地层高度以上的湍流量影响不大. 相似文献
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多层城市冠层模式的建立及数值试验研究 总被引：4，自引：1，他引：3
为在城市气象数值模拟中更好地体现由城市发展引起的下垫面土地利用改变及人为活动对大气过程的影响,建立了基于建筑物三维分布的多层城市冠层模式,冠层内动力方程组考虑了建筑物冠层拖曳力的作用及雷诺应力的影响,通过引入建筑物宽度、间距以及垂直分布密度指数等建筑物形态特征参数,以更好地体现城市复杂地表对大气温度、湿度及动量方程的影响.同时,该模式分屋顶、4个侧壤及地面分别考虑辐射及能量平衡求解表面温度,计算各表面与大气的通量交换,并考虑辐射阴影效应、冠层内部各个面之间的可视因子、以及与冠层内建筑物密度指数、可视因子等相关的多重反射辐射导致的辐射截陷作用.模式的离线检验结果表明:(1)冠层模式计算风廓线与风洞实验测量数据吻合良好;(2)离线冠层模式能够模拟实际小区的风速、温度垂直廓线,并能够较好地体现小区内气温日变化.冠层模式与区域边界层模式耦合检验结果表明:(1)耦合模拟的近地面(2 m处)气温及地表温度的结果明显优于传统的水泥平板方案,尤其是在夜间,水泥平板方案与实测气温最大偏差4 K左右,耦合模拟方案为1-2 K;(2)耦合模拟方案考虑了建筑物对冠层之上的拖曳力影响以及建筑物形态结构对雷诺应力的影响,风速(10 m处)计算结果与观测值相差约在1 m/s,水泥平板方案偏差3 m/s左右. 相似文献
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城市冠层内风场的准确模拟或预报是突发性大气污染应急响应措施制定和实施的重要前提和基础。为了合理反映城市冠层的影响, 并满足应急响应时效性的要求, 将MacDonald(2000)提出的城市冠层内风廓线参数化方法耦合于中尺度气象模式MM5, 并利用2010年7月18日至8月6日北京325 m气象塔垂直观测资料进行验证。试验结果表明:(1)城市冠层参数化方法能够较好的模拟各种稳定度条件下冠层内风速廓线垂直变化, 中性、稳定和不稳定层结时的标准平均偏差分别为78%、12%、4%, 标准平均误差分别为78%、52%、21%。(2)城市冠层参数化方法能够较好的模拟冠层内实际风速变化情况, 虽然随高度增加模拟偏差增大, 但8、15、32、47 m高度的模拟风速与观测值依然十分接近, 标准平均偏差分别为2%、-26%、25%、60%, 标准平均误差分别为54%、46%、52%、73%。(3)与传统的Monin-Obukhov相似性边界层参数化方法相比, 城市冠层参数化方法明显提高了冠层风速的模拟能力。中性、稳定、不稳定层结时, Monin-Obukhov相似性边界层参数化方法的标准平均误差高达420%、176%、184%, 城市冠层参数化方法的标准平均误差减小至78%、52%、21%;冠层内8、15、32、47 m高度, Monin-Obukhov相似性边界层参数化方法的标准平均误差分别为283%、184%、227%、167%, 城市冠层参数化方法的标准平均误差减小至54%、46%、52%、73%。 相似文献
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应用城市冠层模式研究建筑物形态对城市边界层的影响 总被引：5，自引：1，他引：4
文中将城市冠层模式耦合到南京大学城市尺度边界层模式中,通过模拟对比发现,耦合模式对城市地区气温模拟结果更接近于观测值,尤其是对城市地区夜间气温模拟的改进.运用改进耦合模式通过多个敏感性试验的模拟,从城市面积扩张、建筑物高度增加、建筑物分布密度变化等角度研究城市建筑物三维几何形态变化对城市边界层及城市气象环境的影响,试验结果表明:(1)城市面积扩张使得城市下垫面的热通量增大,热力湍流活动增强,动量通量输送增强,城市湍能增大,湍流扩散系数变大,城市气温升高,且对不同时刻城市区域大气层结稳定度均有不同程度的影响.(2)建筑物高度增加增大了城市下垫面的粗糙度和零平面位移.同时也增大了城市街渠高宽比.城市建筑物越高,白天城市地区地表热通量越小,城市上空大气温度越低,平均风速减小,湍能减小;夜间由于高大建筑物释放储热比低矮建筑物要多,其热力湍流相对活跃,地表热通量增大,使得城市区域气温较高.(3)建筑物密度增大,会减小城市下垫面的粗糙度同时增强街渠对辐射的影响.建筑物密度增大在白天会减小地表热通量和动量通量,使城市气温降低,平均风速增大,城市湍流活动能力减弱;夜间城市释放较多储热使得气温较高. 相似文献
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本文将农田微气象模式与冬小麦冠层光合模式进行耦合，建立了一个具有较强机理的冬小麦冠层CO2分布廓线模式，冠层光合模式中考虑了气孔对叶片光合的调节作用，具有明确的生物学意义，实测资料验证表明，模式可以较准确地模拟拔节期冬小麦冠层CO2分布状况，平均相对误差为6．47％，数值分析表明：当冬小麦冠层风速为1m/s时，CO2廓线弯曲最为明显，随着风速加大，CO2廓线弯曲程度变小，CO2浓度升高后风速对廓线影响的基本规律没有发生改变，但是冠层中CO2浓度差将进一步加大。 相似文献
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基于是否耦合有城市冠层模式的3个对比试验(无城市冠层模式:W-NUR;单层冠层模式:W-UCM;多层冠层模式:W-BEP),应用WRF模式模拟了珠江三角洲(简称珠三角)地区发生于2011年6月21日午后的一次强降水过程,发现W-UCM、W-BEP试验模拟结果均优于W-NUR试验,但降水落区与实际观测相比仍有差异。为此应用前期10天(2011年6月11—20日)的模拟结果,通过对珠三角城市群6个站点基本气象要素模拟效果的评估,重点考察了W-NUR及W-UCM试验结果的差异,并对模拟降水存在差异形成的原因进行分析。评估结果表明:无论是W-NUR还是W-UCM,模拟的10 m高度风速普遍偏强,其中W-NUR模拟的平均风速与观测对比偏强1.61 m/s,W-UCM偏强1.58 m/s;W-NUR模拟的2 m高度温度及温度露点差均较观测偏低,温度平均偏差为-1.28 ℃,温度露点差平均偏差达-1.39 ℃,而W-UCM模拟的温度及温度露点差较观测偏高,温度平均偏差略高0.14 ℃,温度露点差平均偏差1.12 ℃。平均偏差及均方根误差分析反映出,温度模拟的误差最小,其次为温度露点差,风速误差最大,而且模拟温度和温度露点差与观测相关性更好,相关系数分别达到了0.60和0.50以上,通过0.001显著性水平检验,而风速的相关性则相对较弱。总体来看,尽管耦合冠层模式后WRF对地面气象要素的预报有所改善,但模拟的10 m高度风速仍然偏强。就21日强降水过程的模拟来说,由于偏北风偏强造成了切变线南压,可能是模拟降水落区偏南的一个原因。 相似文献
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利用内蒙古锡林浩特2009年1月至2010年12月通量观测系统资料,用涡动相关法计算分析了湍流交换参数变化特征.结果表明,草原下垫面动量输送系数(Cd)和热量输送系数(Ch)存在相同的季节变化和不同的日变化特征,夏季最大,冬季最小,Cd的日变化为单峰型,而Ch多为双峰型;Cd随高度增加而减小,Ch仅在夏季随高度增加而减小;Cd和Ch在不稳定情况下均随风速增大而减小,而在稳定情况下,Ch随风速无明显变化,Cd先随风速增大而减小,当风速大于6 m/s时随风速增大而增大并趋于常值.逆温条件下,Cd和Ch随温差的减小而增大,反之,Cd随温差增大而增大,Ch与温差呈明显反比例变化特征. 相似文献
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使用湍流和SO2通量梯度测试资料，对植被冠层内物质交换特征进行了详细研究，揭示了一些有意义的结果: 植物的生物过程对物质的吸收作用非常明显； 在冠层内物质通量是随冠层深度加大而明显减小；对高的植被，上层沉积速度(Vgu)大于下层 (Vgd)； 冠层内的沉积速度(Vg) 表现出明显的日变化，冠层内物质的生物吸收作用与太阳总辐射量有直接联系；冠层的Vg与速度尺度V＊和平均风成正变关系；森林的Vg比麦地小；新的Vg理论公式能更好地预测重庆森林和麦地的结果。 相似文献
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A coupling model between the canopy layer (CL) and atmospheric boundary layer (ABL) for the study of dry deposition velocity is developed. The model consists of six parts: chemical species conservation equation including absorptive factor; the species uptake action including detailed vertical variation of absorptive element in CL; momen-tum exchange in CL which is represented by a first-order closure momentum equation with an additional larger-scale diffusive term; momentum exchange in ABL which is described by a complete set of the ABL turbulent statistic parameters; absorptivity (or solubility or reflection) at the surface including effects of the physical and chemi-cal characters of the species, land type, seasonal and diurnal variations of the meteorological variables; and deposition velocity derived by distributions of the species with height in CL. Variational rules of the concentration and deposi-tion velocity with both height and time are simulated with the model for both corn and forest canopies. Results pre-dicted with the bulk deposition velocity derived in the paper consist well with experimental data. 相似文献
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A bulk model for the atmospheric planetary boundary layer 总被引：1，自引：0，他引：1
Mohamed S. Smeda 《Boundary-Layer Meteorology》1979,17(4):411-427
The integrated momentum and thermodynamic equations through the planetary boundary layer (PBL) are solved numerically to predict the mean changes of wind and potential temperature from which surface fluxes are computed using bulk transfer coefficients of momentum and heat. The second part of the study involves a formulation and testing of a PBL height model based on the turbulent energy budget equation where turbulent fluxes of wind and heat are considered as the source of energy. The model exhibits capability of predicting the PBL height development for both stable and unstable regimes of observed conditions. Results of the model agree favourably with those of Deardorff's (1974a) and Tennekes' (1973) models in convective conditions.Contribution number 396. 相似文献
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德国VDI3784的S/P模式为三维流体动力学积分模式,其方程主要描述了无穷小体积元素的质量、动量、静态污染物质量浓度及能量的守恒。利用德国模式进行了冷却塔烟气排放不同参数、不同大气条件下烟气抬升高度的敏感性试验。结果表明：在影响烟气抬升高度的3个气象要素（风速,气温和湿度）中,风速和气温的变化对结果影响较大,而湿度影响较小。在D类稳定度,当环境风速从0.1 m/s增加到15.0 m/s时,抬升高度将从711.7 m变为38.5 m。随着环境温度的升高,抬升高度明显单调变小;当稳定度为A类,环境温度从10℃升到40℃时,烟气抬升最大高度从688.9 m降低到45.1 m,降低了14倍多。而环境湿度的变化,对抬升高度的影响不是很明显。对于E和F类,当环境湿度从20 %增加到70 %,最大抬升高度分别从115.3 m和84.6m降到112.9 m和81.7m,分别降低了3.43 %和2.08 %。在影响烟气抬升高度的其他3个因素（凉水塔直径,烟气出口速度和混合气体温度）中,混合气体温度的变化对结果影响较大,而凉水塔直径和烟气出口速度的影响较小。在各类稳定度条件下,当出口温度从20 ℃变到90 ℃时,烟气抬升高度增加1.2-13.3倍;在各类稳定度条件下,当凉水塔直径从30 m变到90 m,烟气抬升高度仅增加0.63-1.40倍;在各类稳定度条件下,当出口速度从2.5 m/s变到8 m/s,烟气抬升高度增加0.24-0.74倍。 相似文献
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The turning of wind with height and the related cross-isobaric (ageostrophic) flow in the thermally stable stratified boundary
layer is analysed from a variety of model results acquired in the first Global Energy and Water Cycle Experiment (GEWEX) Atmospheric
Boundary Layer Study (GABLS1). From the governing equations in this particular simple case it becomes clear that the cross-isobaric
flow is solely determined by the surface turbulent stress in the direction of the geostrophic wind for the quasi-steady state
conditions under consideration. Most models indeed seem to approach this relationship but for very different absolute values.
Because turbulence closures used in operational models typically tend to give too deep a boundary layer, the integrated total
cross-isobaric mass flux is up to three times that given by research numerical models and large-eddy simulation. In addition,
the angle between the surface and the geostrophic wind is typically too low, which has important implications for the representation
of the larger-scale flow. It appears that some models provide inconsistent results for the surface angle and the momentum
flux profile, and when the results from these models are removed from the analysis, the remaining ten models do show a unique
relationship between the boundary-layer depth and the surface angle, consistent with the theory given. The present results
also imply that it is beneficial to locate the first model level rather close to the surface for a proper representation of
the turning of wind with height in the stable boundary layer. 相似文献
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In southern China,cold air is a common weather process during the winter season;it can cause strong wind,sharp temperature decreases,and even the snow or freezing rain events.However,the features of the atmospheric boundary layer during cold air passage are not clearly understood due to the lack of comprehensive observation data,especially regarding turbulence.In this study,four-layer gradient meteorological observation data and one-layer,10-Hz ultrasonic anemometer-thermometer monitoring data from the northern side of Poyang Lake were employed to study the main features of the surface boundary layer during a strong cold-air passage over southern China.The results show that,with the passage of a cold air front,the wind speed exhibits low-frequency variations and that the wind systematically descends.During the strong wind period,the wind speed increases with height in the surface layer.Regular gust packets are superimposed on the basic strong wind flow.Before the passage of cold air,the wind gusts exhibit a coherent structure.The wind and turbulent momentum fluxes are small,although the gusty wind momentum flux is slightly larger than the turbulent momentum flux.However,during the invasion of cold air,both the gusty wind and turbulent momentum fluxes increase rapidly with wind speed,and the turbulent momentum flux is larger than the gusty wind momentum flux during the strong wind period.After the cold air invasion,this structure almost disappears. 相似文献
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Large eddy simulation and study of the urban boundary layer 总被引：7，自引：1，他引：6
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雷暴大风过程中对流层中低层动量通量和动能通量输送特征研究 总被引：2，自引：0，他引：2
2014年5月31日北京发生一次雷暴大风过程。以雷达资料同化结果为初始场,对此次过程进行高分辨率数值模拟。采用非静力平衡和非地转平衡的经向动量方程和质量权重动能方程,利用模拟资料,对雷暴大风过程中经向动量和质量权重动能进行收支分析,以此来研究雷暴过程中对流层中低层动量通量和动能通量输送特征,讨论地面大风的可能成因。分析结果表明,在对流层中低层,经向动量通量散度是影响经向动量局地变化的主要强迫项。雷暴系统后部的入流把中低层的经向动量倾斜向下输送,系统前部对流云区中低层的下沉气流也向下输送经向动量。这两支下传动量通量先后与近地面经向动量的水平通量汇合,向系统前沿输送经向动量。在北京西北部地形阻挡作用下,经向动量通量在系统前端近地面辐合,促进那里的经向动量局地增长,有利于增强那里的南风。质量动能收支的特征与经向动量收支类似,在近地面层质量动能的局地变化主要是由质量动能通量散度引起的。系统后部入流把中层质量动能向下传输到近地面层,然后与近地面质量动能的水平通量汇合,向系统前沿输送质量动能。相对来说,近地面层经向动量和质量动能的水平通量比下传通量更重要,这主要与低层较强的东南急流有关。 相似文献
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In this paper, Wu and Blumen’s boundary layer geostrophic momentum approximation model (Wu and Blumen, 1982) is applied to baroclinic and non-neutral PBL, the motion equations for the PBL under the geostrophic momentum approximation are solved, in which the eddy transfer coefficient is a function of the distributions of the wind and temperature. The results are compared with those in barotropic and neutral conditions with the geostrophic momentum approximation. It is found that in the baroclinic condition, the wind distribution has both the characteristics of a steady, homogeneous and baroclinic PBL and those caused by the geostrophic momentum approximation. Those in non-neutral conditions show that they retain the intrinsic characteristics for the wind in non-neutral PBL, at the same time, the effects of the large-scale advection and local variation are also included. We can predict the wind in the non-neutral and baroclinic PBL by use of the geostrophic mo-mentum approximation when the temporal and spatial distributions of the geostrophic wind, as well as the po-tential temperatures and their variation rates at the upper and lower boundary of the PBL are given by large-scale model. Finally, the model is extended to the case over sea surface. 相似文献