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北京冬季城市边界层结构形成机制的初步数值研究 总被引：6，自引：1，他引：6
利用耦合了城市冠层参数化方案的MM5模式对2001年冬季北京地区一次典型的城市边界层过程进行成功模拟的基础上,对北京城市化作用、周边地形以及城市化进程发展对城市边界层结构的影响等问题进行了一系列的数值模拟试验。城市化作用的因子分离试验发现,城市化的总体作用即城市下垫面结构对大气热力及动力的综合影响导致了北京冬季城市边界层结构主要特征的形成。此外,揭示了城市结构的不同影响因子———动力因子、热力因子和热动力因子间的相互作用在北京冬季城市边界层结构形成和演变过程中的不同作用。在夜间,城市结构的动力因子对于城市边界层主要特征如市区悬浮逆温、近地层中小的风速及较强的湍流动能等的形成起着主导作用;在白天,城市结构的热力因子则成为影响市区混合层强度以及湍流运动特征等边界层结构的主导因素;热、动力因子间的相互作用对城市边界层结构的形成和演变也有着重要作用,但其影响特征比较复杂。北京周边地形作用的敏感性试验的结果表明,北京周边的特殊地形条件对城市边界层热力结构特征如悬浮逆温层及城市热岛等的结构及分布特征的形成也有着明显的影响,使其具有特殊的局地化特征,同时,它也是北京地区近地层主要气流特征的强迫源。不同城市化程度的敏感性试验结果揭示,随着北京城市建筑高度和密度的增加,市区风速将减小、湍流动能将加强,夜间城市悬浮逆温层底的高度会有所提高,城市热岛的强度也将加强,并可能在白天出现比较明显的城市热岛效应。 相似文献
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边界层参数化方案对暴雨数值模拟的影响 总被引：16，自引：1，他引：16
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。 相似文献
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城市边界层数值模式研究以及在香港地区复杂地形下的应用 总被引：10，自引：2，他引：8
由于城市表面复杂的下垫面的影响,使得城市边界层风温场结构较其他下垫面有很大不同.作者通过将城市中500 m网格内的各种地表类型,按照各自在网格中所占的百分比及各自的地表参数加权平均,得到此网格的平均的地表参数,以此准确反映下垫面的情况,建立分辨率为500 m的城市边界层能量平衡模式,将此城市边界层能量平衡模式嵌入动力学框架,并用中尺度模式MM5作为初始条件和边界条件,建立一个既考虑中尺度背景场又详细考虑城市下垫面复杂性与多样性的城市边界层模式系统.将模式系统运用于香港复杂地形下的边界层特点的模拟研究.通过与观测值的比较,模式能够较准确的模拟出海陆风、城市热岛等热力过程,及气流过山引起的绕流等动力过程,并且通过对边界层高度的模拟预测污染扩散的条件等.说明模式系统具有模拟在中尺度的背景场的控制下海陆风环流、过山堆积和绕流及城市热力影响的能力. 相似文献
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该文在多尺度湍流理论的研究成果基础上, 将边界层湍流风谱与平均量的梯度相联系, 建立了边界层多尺度湍流参数化子模式, 之后放入MM5模式中进行了个例模拟研究, 并与MM5模式附带的M RF边界层参数化、Blackadar高分辨率边界层参数化的模拟结果进行比较和分析。结果表明, 多尺度湍流理论能够反映出实际大气边界层中热量垂直输送的规律, 将其用于中尺度数值预报模式的边界层物理过程参数化是可行的; 多尺度湍流参数化在地表层和边界层内各个层次上都着重考虑含能量最大的涡的作用以及水平热力不均匀性的影响, 因此在地形和下垫面比较复杂的区域, 对中尺度天气系统的模拟有进一步发展的前景。 相似文献
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本文在引入成都市精细化下垫面资料后将G rapes与城市冠层方案相耦合,并在此基础上进行数值试验。初步试验结果表明:该耦合模式能基本表现城市冠层的特征的作用,即能够较好地模拟出城市热岛效应。城市冠层参数化方案及精细化下垫面资料的引入能够影响陆气之间的相互作用,改变大气的能量平衡,致使向上长波辐射增强,感热通量增加,潜热通量减少。城市化效应白天对边界层大气的增温作用还会影响低层大气的层结结构,使之在午后产生弱的上升运动。 相似文献
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本文在引入成都市精细化下垫面资料后将Grapes与城市冠层方案相耦合，并在此基础上进行数值试验。初步试验结果表明：该耦合模式能基本表现城市冠层的特征的作用，即能够较好地模拟出城市热岛效应。城市冠层参数化方案及精细化下垫面资料的引入能够影响陆气之间的相互作用，改变大气的能量平衡，致使向上长波辐射增强，感热通量增加，潜热通量减少。城市化效应白天对边界层大气的增温作用还会影响低层大气的层结结构，使之在午后产生弱的上升运动。 相似文献
8.
总结了水平非均匀下垫面的大气边界层研究，指出干旱区的绿洲具有明显的“冷湿岛效应”，并可形成边缘逆湿和区域环流，而植被和水域的分布则显著改变了大气边界层结构．阐述了复杂地形下垫面对局地风场和小尺度环流产生的影响、城市热岛效应的产生及特点和城市中绿地和水体的微气候效应．比较分析了不同陆面参数化方案以及边界层气候模式，提出未来在热力与动力非均匀的结合、湿地下垫面的数值模拟、城市复杂下垫面参数化以及气候模式的耦合等方面尚需进行深入的研究． 相似文献
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物理过程参数化方案对中尺度暴雨数值模拟影响的研究 总被引：48，自引：5，他引：43
利用中尺度非静力MM 5模式和中国 2 0 0 1年 8月的 4个暴雨个例 ,研究了非绝热物理过程对中国暴雨动力和热力场预报的影响 ,深入分析了对流参数化方案在中尺度暴雨预报中的作用 ,讨论了利用模式扰动方法开展中国暴雨集合预报的可行性。结果表明 ,在短期数值预报中 ,非绝热物理过程对高度场预报影响较小 ,但边界层方案和对流参数化方案对产生暴雨的 3个基本条件即水汽通量散度、垂直速度、不稳定层结的影响很明显。不同对流参数化方案所预报的中尺度热力、动力场离差的结构特征与所预报降水的离差特征相似 ,且主要是在模式积分初期迅速增加 ,其后即趋于稳定。对中国热力场较均匀的暴雨过程 ,可以通过扰动模式的边界层和对流参数化方案 ,构造集合预报模式 相似文献
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城市冠层过程的研究与进展 总被引：5，自引：1，他引：5
介绍了城市冠层过程研究的概况和历史,概括了城市冠层的特征及其作用于局地气候和中尺度系统的主要方式,总结了城市冠层参数化方案或模式的研究进展.比较了几种参数化方法和模式的特点,提出目前存在的一些问题.认为：现有的参数化方案和模式尚未能完整体现城市下垫面特征、准确反映人类活动影响,二者的发展有赖于对城市下垫面建筑特征更合理、细致地描述,对人为热量、水汽影响更准确的估计与刻划.与局地因素密切相关的城市冠层模式还需要更多地在模式中引入局地差异影响.同时指出,要提高耦合城市过程的中尺度模式预报水平,需要相应改进包括云、降水、次网格地形及边界层动力学等的参数化. 相似文献
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Based on some advanced urban parameterization schemes for mesoscale model,a new urban canopy parameterization (UCP) for MM5 is developed.The UCP takes into account the impacts of urban infrastructure and anthropogenic activity on the dynamic,thermal structures of urban surface layer and the urban surface energy budget in a more rational way according to conformation of MMS.The UCP is implemented in MM5 and validated by IOP data in 2001 winter BECAPEX and automatic meteorological station data in Beijing area.The results illustrate that UCP versus traditional urban parameterization in MM5,it can make MM5 reproduce main characteristics of winter UBL in Beijing,which include urban heat island and its diurnal evolvement,nocturnal elavated inversion in downtown area,and some dynamic stuctures such as TKE peak at the top of urban canopy,lower wind speed in urban surface layer and so on. 相似文献
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Numerical Study of Winter Urban Boundary Layer Structure over Beijing Area 总被引：1，自引：0，他引：1 
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下载免费PDF全文 1. Introduction The urban canopy layer (UCL) (Roth, 2000) is defined as a layer in the vertical structure of urban boundary layer (UBL) ranging from the surface to the top of buildings. The urban infrastructures within UCL, such as buildings with different heights, the het- erogeneity of urban land cover and the anthropogenic activity, all directly influence the thermal and dynam- ical structures of atmosphere and net radiation budget at the surface, meanwhile, affect the structure of ur- … 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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Urban canopy parameterizations (UCPs) are necessary in mesoscale modelling to take into account the effects of buildings on
wind and turbulent structures. This study is focused on the dynamical part of UCPs. The main objective is twofold: first,
computing important UCP input parameters (turbulent length scales and the sectional drag coefficient) by means of Reynolds-averaged
Navier–Stokes (RANS) simulations of turbulent flow; and second, comparing UCP variables with spatially-averaged properties
obtained from RANS simulations for the same configurations. The results show the importance of using a suitable parameterization
of the drag force for different packing densities. An urban canopy parameterization that is a compromise between simplicity
and accuracy is proposed. This scheme accounts for the variation of drag coefficients with packing densities, and has a parameterization
of turbulent length scales. The technique adopted ensures that, at least for the simple configurations studied, the urban
canopy parameterization gives values of spatially-averaged variables similar to those computed from a more complex simulation,
such as RANS that resolves explicitly the flow around buildings. 相似文献
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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。 相似文献
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Simulation of Meteorological Fields Within and Above Urban and Rural Canopies with a Mesoscale Model 总被引：3，自引：4，他引：3
Accurate simulation of air quality at neighbourhood scales (on order of 1-km horizontal grid spacing) requires detailed meteorological fields inside the roughness sub-layer (RSL). Since the assumptions of the roughness approach, used by most of the mesoscale models, are unsatisfactory at this scale, a detailed urban and rural canopy parameterisation, called DA-SM2-U, is developed inside the Penn State/NCAR Mesoscale Model (MM5) to simulate the meteorological fields within and above the urban and rural canopies. DA-SM2-U uses the drag-force approach to represent the dynamic and turbulent effects of the buildings and vegetation, and a modified version of the soil model SM2-U, called SM2-U(3D), to represent the thermodynamic effects of the canopy elements. The turbulence length scale is also modified inside the canopies. SM2-U(3D) assesses the sensible and latent heat fluxes from rural and urban surfaces in each of the computational layers inside the canopies by considering the shadowing effect, the radiative trapping by the street canyons, and the storage heat flux by the artificial surfaces. DA-SM2-U is tested during one simulated day above the city of Philadelphia, U.S.A. It is shown that DA-SM2-U is capable of simulating the important features observed in the urban and rural RSL, as seen in the vertical profiles of the shear stress, turbulent kinetic energy budget components, eddy diffusivity, potential air temperature, and specific humidity. Within the canopies, DA-SM2-U simulates the decrease of the wind speed inside the dense canopies, the skirting of the flow around the canopy blocks, warmer air inside the vegetation canopy than above open areas during the night and conversely during the day, and constantly warmer air inside the urban canopy. The comparison with measurements shows that the surface air temperature above rural and urban areas is better simulated by DA-SM2-U than by the `standard version' of MM5. 相似文献
17.
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。 相似文献
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Valéry Masson 《Boundary-Layer Meteorology》2000,94(3):357-397
An urban surface scheme for atmospheric mesoscale models ispresented. A generalization of local canyon geometry isdefined instead of the usual bare soil formulation currently usedto represent cities in atmospheric models. This allows refinement ofthe radiative budgets as well as momentum, turbulent heat and ground fluxes.The scheme is aimed to be as general as possible, in order to representany city in the world, for any time or weather condition(heat island cooling by night, urban wake, water evaporation after rainfalland snow effects).Two main parts of the scheme are validated against published data.Firstly, it is shown that the evolution of the model-predictedfluxes during a night with calm winds is satisfactory, considering both the longwave budget and the surface temperatures. Secondly, the original shortwave scheme is tested off-line and compared to the effective albedoof a canyon scale model. These two validations show that the radiative energy input to the urban surface model is realistic.Sensitivity tests of the model are performed for one-yearsimulation periods, for both oceanic and continental climates. The scheme has the ability to retrieve, without ad hoc assumptions, the diurnal hysteresis between the turbulent heat flux and ground heat flux. It reproduces the damping of the daytime turbulent heat flux by the heat storage flux observed in city centres. The latent heat flux is negligible on average,but can be large when short time scales are considered (especially afterrainfall). It also suggests that in densely built areas, domesticheating can overwhelm the net radiation, and supply a continuous turbulentheat flux towards the atmosphere. This becomes very important inwinter for continental climates. Finally, a comparison with a vegetation scheme shows that the suburban environment can be represented with a bare soil formulation for large temporal or spatial averages (typical of globalclimatic studies), but that a surface scheme dedicated to the urban surface is necessary when smaller scales are considered: town meteorological forecasts, mesoscale or local studies. 相似文献