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1.
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。 相似文献
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本文利用美国NCAR流体非表力平衡中尺度数值模式MM5V3版，数值模拟研究大范围改变兰州市周围山体的地表植被状况，区域大气的温湿场的变化。模拟结果表明，绿化后，大气稳定度总体趋势是减小，尤其夜间减小幅度很大。因此，绿化后，随着大气稳定度的变小，冬季逆温，尤其是夜间逆温的情况会有所减弱。绿化后，夜间地表温度增大，从而削弱了皋兰山体夜间下滑冷空气的强度，山谷城市冷湖效应造成的逆温强度也应有所减弱；绿化后，白天午后山峰的感热减小，地表温度降低，山峰加热效应减弱，从而也减弱了由于山峰加热效应造成的逆温。另外，绿化后，近地面及对流层下部相对湿度的增加比较明显，以及随着相对湿度地增大，大气中污染物湿沉降过程的可能性也有增大的可能。 相似文献
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通过分析2010—2018年天津气象塔风、温度资料,对近年来天津城市边界层粗糙度、大气稳定度和逆温特征进行研究。结果表明:随着城市发展,气象塔周边各方向粗糙度和零平面位移明显增高,气象塔周边建筑物对80 m高度以下风场的影响较为明显。受湍流强度日变化影响,各季节中气象塔高层和低层风速日变化特征差异明显。通过温差-风速法计算大气稳定度发现稳定类层结多出现在秋冬季的夜间,稳定层结条件下逆温情况多发,其逆温强度、逆温层厚度和贴地逆温比例也明显高于不稳定和中性层结。天津城市热岛强度的时间分布表现出夜间强于白天,秋冬季强于春夏季的特征。城市热岛强度与大气稳定度时间分布具有一定相关性。 相似文献
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城市建筑物对边界层结构影响的数值试验研究 总被引：5，自引：5，他引：5
在区域边界层模式的数值模拟中引入建筑物的影响,与实际观测的对比表明,模拟结果能较好地体现建筑物对城市风场的影响,提高了模拟性能。本研究根据城市形态特征,设计不同建筑物高度和密度的敏感性试验,结果表明:建筑物一般会使城市地区风速减小,风速最大可减小1.6 m/s,易引起低层气流的辐合。湍流动能中的机械产生作用增加,湍流交换加强,大气层结的不稳定性增大,混合层高度增加。地表和大气之间动量交换被削弱;日间热量交换减弱,夜间热量交换增强。这些变化表明,建筑物对城市气流及边界层结构的影响十分明显,尤其在风速较大的时候。 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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应用城市地表能量平衡方案研究城市冠层结构对城市热岛的热力影响 总被引：4，自引：0，他引：4
用南京大学区域边界层模式NJU-RBLM, 通过对一组理想试验的模拟, 研究了TEB方案 (town energy balance) 和SVAT方案 (soil－vegetation－atmosphere transfer) 模拟城市热岛现象的差异及本质原因, 发现TEB方案对城市热岛 (UHI) 尤其是夜间UHI模拟效果更优, 这是由于TEB方案具备较强模拟城市储热项的能力形成的。此外, 深入探讨UHI对大气边界层热力结构的影响, 发现UHI现象使城市和郊区的近地层位温廓线在清晨和傍晚都存在明显差异, 同时使城市区域气温全天高于郊区, 且日间城乡温差能达到的高度明显高于夜间。分析人为热源和建筑物冠层对UHI的影响时发现: 人为热源对UHI的影响在夜间强于白天, 而建筑物对白天城市湍能的影响强于人为热源的作用。 相似文献
7.
夜间城市大气边界层和气溶胶的相互作用 总被引：5，自引：1，他引：5
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，研究了夜间城市边界层和气溶胶的相互作用问题。结果表明:气溶胶在夜间对大气低层起保温作用，对大气上层起冷却作用；使大气低层稳定度减小，上层稳定度增加；此外，气溶胶还能够削弱贴地逆温强度。在正常城市气溶胶污染情况下，气溶胶对城市热岛强度影响不大，但可使城市热岛环流稍有增加。夜间城市边界层对气溶胶的反馈作用使大气下层气溶胶浓度减小，上层气溶胶浓度增加。上述部分结论得到了在天津取得的城市热岛观测资料的直接验证。 相似文献
8.
北京秋季城市热岛效应及其气象影响因子 总被引：7，自引：1，他引：6
应用北京地区地面气象观测台1990～2004年10月的气温资料,分析了近15年来北京秋季城市热岛的特征,结果表明,北京秋季夜间城市热岛要强于白天.此外,对比分析了一个强热岛和一个弱热岛的特征及其气象影响因子,结果表明,北京秋季夜间特定条件下存在强热岛,白天城市强热岛会减弱消失,城市强热岛的日变化非常明显.夜间城市强热岛形成和维持是多个因子综合作用的结果.白天日照充足的晴夜,北京城郊地面风场很弱(≤1.0 m·s-1),同时城区垂直方向47 m以下大气风场持续很弱(≤1.0 m·s-1),城区320 m以下大气持续存在强逆温.日落后郊区地面大气降温速率和幅度远大于城区,促使夜间强热岛的形成和维持.白天日出后太阳辐射的加热作用所引起的郊区地面大气升温速率和幅度大于城区,城区大气稳定度的减弱以及城区大气逆温的消失是夜间强热岛减弱并最终消失的重要原因. 相似文献
9.
兰州市冬季大气边界层结构特征的观测和数值模拟研究 总被引：7，自引：1，他引：7
本文利用甘肃省政府和中国科学院的科技合作项目"兰州市大气污染及对策研究"所获得的系留气球探空资料,并且结合数值模拟方法,对兰州市冬季大气边界层温度场特征进行了对比分析,结果表明:在没有特殊天气过程的典型冬季代表性时段,山谷城市兰州逆温边界层结构无论白天或夜间都存在,而且经常出现多层逆温和白天的脱地逆温情况,只有当冷空气过境时,逆温现象才减弱或消失;与观测结果相比较可以看出,数值模拟结果基本上反应了温度场的主要特征。 相似文献
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《干旱气象》2016,(4)
利用DICE试验的4个大气模式(UM、GEM、LMD和WRF)模拟结果,结合探空资料,对比分析了不同模式对1999年10月23—26日美国中部草原白天对流边界层和夜间稳定边界层的模拟效果。结果表明:对于白天对流边界层,不同模式之间存在明显差异,这与各自的边界层参数化方案密切相关。其中,UM和LMD模式中,边界层和自由大气之间强的卷夹作用导致了偏强的湍流混合,进而使模拟的混合层高度高于观测值;GEM模式模拟的白天湍流混合偏弱,边界层为不稳定的大气层结,且模拟的风速在边界层中随高度基本呈递增趋势,但与观测值差异较大;所有模式中WRF模式模拟效果最佳,成功模拟出24日边界层与自由大气之间的水汽干层和低风速区。对于夜间稳定边界层,不同模式之间差异较小。其中,UM和GEM模式模拟的24、25日夜间低空急流偏弱,而LMD和WRF模式模拟的夜间低空急流更接近实况。 相似文献
11.
Numerical simulation of the anthropogenic heat effect on urban boundary layer structure 总被引：4，自引：1，他引：3
Y. Chen W. M. Jiang N. Zhang X. F. He R. W. Zhou 《Theoretical and Applied Climatology》2009,97(1-2):123-134
In this paper, several methods of incorporating anthropogenic heat release into the boundary layer are compared. The best scheme was one that included anthropogenic heat release in both the surface energy balance equation and the thermodynamic equations. In addition, it included diurnal variations and a distribution of heat based on building concentrations. We further investigated the influence of anthropogenic heat release on urban boundary layer structure and the urban heat island, and found that the contribution of anthropogenic heat release to the urban heat island is greatest in the evening and at night, and least at noon. The daily average contribution ratio of anthropogenic heat to urban heat island intensity in the winter is 54.5%, compared with just 43.6% in the summer. Anthropogenic heat strengthens the vertical movement of urban surface air flow, changing the urban heat island circulation. It also makes the urban boundary layer more turbulent and unstable, especially in the morning and evening. The degree of influence of anthropogenic heat release on local boundary layer structure depends on its importance to the surface energy budget. 相似文献
12.
A three-dimensional mesoscale model was used to study the effect of an urban heat island in a relatively complex situation. A heat emission inventory was carried out for an urban airshed thatincludes sources such as motor vehicles, waste heat from industries and electricity consumption. To demonstrate the relative significance of anthropogenic heat flux and variant surface characteristics, three model simulations were conducted. In the first simulation, anthropogenic heat flux was ignored and non-variant surface properties were considered for the entire modelling domain. In the second simulation, variant surface characteristics were considered. While in the third simulation, gridded anthropogenic heat flux and variant surface characteristic were utilised. From these experiments, it was inferred that an additional source of heat in urban areas can substantially affect the wind and temperature regime under light wind conditions. During the day, the anthropogenic heat flux has minimum effect on the urban temperature, however it magnifies the intensity of the convergence near the urban areas. 相似文献
13.
MM5模式中城市冠层参数化方案的设计及其数值试验 总被引：15，自引：5，他引：15
文中在综合国外一些较先进的中尺度模式城市作用参数化方案的基础上 ,从城市下垫面结构对城市边界层大气作用的物理机制及实际应用两方面出发 ,对城市下垫面结构和人为活动等因素对边界层结构的影响及中尺度模式中城市化作用的合理体现等问题进行了较全面的考虑 ,改进和设计出能够较全面、细致地描述城市结构对大气边界层动力、热力结构的影响 ,且适合中尺度模式结构特点的城市冠层参数化方案 (UCP) ,并实现了其与MM5模式的耦合。进行了耦合后的UCP方案及采用原城市作用方案的MM5模式对BECAPEX试验期间北京地区气象条件多重嵌套细尺度进行了模拟试验 ,并与观测结果对比 ,结果表明 :相比于MM 5模式中原有表示城市作用的参数化方案来讲 ,设计的UCP方案在很大程度上提高了MM 5模式对城市边界层热力和动力结构的模拟能力。 相似文献
14.
15.
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
16.
Bin LIU Zhenghui XIE Peihua QIN Shuang LIU Ruichao LI Longhuan WANG Yan WANG Binghao JIA Si CHEN Jinbo XIE Chunxiang SHI 《大气科学进展》2021,38(3):430-445
With economic development and rapid urbanization,increases in Gross Domestic Product and population in fastgrowing cities since the turn of the 21st Century have led to increases in energy consumption.Anthropogenic heat flux released to the near-surface atmosphere has led to changes in urban thermal environments and severe extreme temperature events.To investigate the effects of energy consumption on urban extreme temperature events,including extreme heat and cold events,a dynamic representation scheme of anthropogenic heat release(AHR)was implemented in the Advanced Research version of the Weather Research and Forecasting(WRF)model,and AHR data were developed based on energy consumption and population density in a case study of Beijing,China.Two simulations during 1999?2017 were then conducted using the developed WRF model with 3-km resolution with and without the AHR scheme.It was shown that the mean temperature increased with the increase in AHR,and more frequent extreme heat events were produced,with an annual increase of 0.02?0.19 days,as well as less frequent extreme cold events,with an annual decrease of 0.26?0.56 days,based on seven extreme temperature indices in the city center.AHR increased the sensible heat flux and led to surface energy budget changes,strengthening the dynamic processes in the atmospheric boundary layer that reduce AHR heating efficiency more in summer than in winter.In addition,it was concluded that suitable energy management might help to mitigate the impact of extreme temperature events in different seasons. 相似文献
17.
Dense observations and numerical experiments were carried out to estimate the modification of mesoscale circulation, particularly cold drainage wind. It was confirmed that nocturnal drainage flow can develop on clear calm summer day and change due to orographical forcing and the heterogeneity of heat flux induced by the discontinuity of land-use. The temperature of nocturnal drainage flow at Sungji Valley, Busan Korea, tended to increase as it passed over the urban surface due to anthropogenic heat. The increase in temperature reached 2.9 K at night. The roughness associated with the exchange of momentum flux alone and the pass of nocturnal drainage flow is important for modifying the characteristics of flow Numerical simulations carried out under various surface conditions showed good agreement with the observations. Urban heat fluxes from the surface during the day are fundamental causes of the changes in the urban mesoscale circulation. In addition, the impact of a discontinuity of surface heat flux on mesoscale flow modification tends to be greater at night than during the day because the direction of urban surface heat fluxes at night is different from that in rural areas. In addition, the criterion to estimate the increase in temperature nocturnal drainage flow was also proposed, and provided results that generally agreed with the numerical results. 相似文献
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依据1990~2013年江苏省能源消费统计资料和1990、1995、2000、2005、2010年的人口空间分布数据,估计江苏省人为热排放量、探讨其时空分布特征并预测其未来变化趋势。研究结果表明,20多年来江苏省的人为热排放量持续增长,从1990年全省平均的0.59 W/m~2增加到2013年的2.85 W/m~2。排放的空间分布也不均匀,总体上江苏南部地区的排放通量高于江苏北部。近些年江苏省的人为热排放已成为区域问题,高值区已连接成片,2010年江苏省大部分地区的人为热排放高于2.5 W/m~2,南部主要城市排放通量大于10 W/m~2、北部城市也多大于5 W/m~2。江苏各城市的城区人为热排放通量稳步增长,2002年后增长加速、增量最高可达到2 W m~(-2) a~(-1)。在2030年和2050年江苏省的平均人为热排放通量将分别达到5.7 W/m~2和9.1 W/m~2,可能对中国东部的气候和大气环境产生重要影响。 相似文献
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利用能源经济领域具有权威性的英国石油公司(BP)世界能源统计资料和联合国人口统计资料,通过一些简单的数值计算,初步估算了人为热释放的全球气候强迫。结果表明:当前(2008年)全球年平均人为热释放的气候强迫还不是很大,约为0.031W/m2;但随着人口及能源消费总量的增加,未来人为热释放产生的全球年平均气候强迫将有可能达0.30W/m2。 相似文献