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《北京區(qū)域近地邊界層特征數(shù)值模擬》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、北京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),第41卷,第4期,2005年7月ActaScientiarumNaturaliumUniversitatisPekinensis,Vol.41,No.4(July2005)1)北京區(qū)域近地邊界層特征數(shù)值模擬2)胡小明 劉樹華 梁福明 王建華 劉和平(北京大學(xué)物理學(xué)院大氣科學(xué)系,暴雨與旱澇災(zāi)害實驗室,大氣邊界層物理和大氣環(huán)境研究組,2)北京,100871;lshuhua@pku.edu.cn)李 炬 王迎春(中國氣象局北京城市氣象研究所,北京,100089)摘 要 用非靜力平衡的中尺度模式MM51V3模擬了北京地區(qū)2000年夏季7月10日—11日的風(fēng)速和溫度
2、場等邊界層特征。模式所采用的水平分辨率為1km,以天安門為中心,選取東西80km南北100km的區(qū)域進(jìn)行模擬。模擬結(jié)果表明城郊之間存在明顯夏季熱島效應(yīng),市區(qū)和郊區(qū)的溫差最大可達(dá)6～8℃;邊界層風(fēng)場受西北特殊地形的影響,白天盛行由南往北的上坡風(fēng),夜間轉(zhuǎn)為由北向南的下坡風(fēng)。并用氣象觀測站實測資料對模擬結(jié)果進(jìn)行了驗證,驗證表明模擬是準(zhǔn)確的。模擬結(jié)果有助于了解北京地區(qū)區(qū)域氣候的形成、污染物擴(kuò)散及制定相關(guān)城市規(guī)劃。關(guān)鍵詞 MM5中尺度模式;城市熱島;風(fēng)場;溫度場;北京區(qū)域中圖分類號 P4040 引 言研究城市邊界層的基本任務(wù)是研究發(fā)生在城市及其周圍地區(qū)邊界層大氣中各種物理過程的演變規(guī)律,探索在
3、特定的地形條件下風(fēng)、溫度、濕度等大氣要素的時空變化狀況等。長期以來許多學(xué)者通過不同的方法對城市邊界層的特征進(jìn)行了大量的觀測和理論研究。JamesL[1]McElroy用一個穩(wěn)定狀態(tài)的剖面數(shù)值模式模擬了美國俄亥俄州哥倫布的城市夜間大氣邊界[2]層的熱力結(jié)構(gòu),將人為熱考慮為凈輻射通量的15%～40%(3月)。周明煜等曾用觀測資料[3]對北京地區(qū)熱島和熱島環(huán)流特征做了初步分析。Seaman等改進(jìn)了PSU/NCAR中尺度氣象模式,利用雙向嵌套網(wǎng)格和實測的初邊條件模擬了StLouis,Missouri城市行星邊界層的溫度、邊界層厚度、比濕和風(fēng)場等特征以及城市的地表面水汽通量、輻射過程和不同的地
4、表粗糙度等對城市化的影響。模擬表明位于城市下風(fēng)向的熱島中心風(fēng)速相對較小,而城市化導(dǎo)致的地表蒸[4]發(fā)的減少是城市湍流邊界層維持和發(fā)展的最重要因素。孫旭東等結(jié)合西安市估算出的人為能源消耗進(jìn)行數(shù)值模擬,并評估了由于城市能源消耗總量的增加對未來城市熱島的影響。王[5]衛(wèi)國、蔣維楣等建立了一個非靜力的三維細(xì)網(wǎng)格邊界層模式,對青島地區(qū)復(fù)雜下墊面條件下的邊界層結(jié)構(gòu)和湍流特征作了數(shù)值模擬,模式采用了能量閉合方案以提高空間分辨率和模式1)國家自然科學(xué)基金(40275004)和國家自然科學(xué)基金與香港資助局(4001161948)聯(lián)合資助項目收稿日期:2003212219;修回日期:2004203204
5、514?1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 第4期胡小明等:北京區(qū)域近地邊界層特征數(shù)值模擬 精度,模擬以實測資料為初始輸入,對青島地區(qū)風(fēng)和湍流場作了較細(xì)致的模擬分析。佟華、桑[6]建國等用北京大學(xué)的三維復(fù)雜地形中尺度數(shù)值模式模擬了北京海淀地區(qū)大氣邊界層的風(fēng)、溫場結(jié)構(gòu)以及污染物濃度分布,進(jìn)而模擬了由于汽車尾氣的排放而轉(zhuǎn)化成的氣溶膠的濃度分[7]布。楊玉華、徐祥德、翁永輝等用MM5模擬了北京冬季的熱島,加入具有周期性日變化的人[8]為熱,與將人為熱源考慮為常數(shù)相比,模擬效果得到了改善。蔡旭暉、郭昱、
6、劉輝志等用風(fēng)場診斷方法對北京地區(qū)低層大氣的背景流場情況進(jìn)行分析,獲取當(dāng)?shù)亓鲌鰰r空演變的總體形式。結(jié)果表明,該地區(qū)大氣流場總體分為秋冬型和春夏型,秋冬型更多受強(qiáng)天氣系統(tǒng)的影響,春夏型則更多表現(xiàn)出局地中尺度熱力環(huán)流特征。北京位于華北平原北端,城區(qū)范圍地勢平坦,但其周圍地形極為復(fù)雜,北有燕山,西部毗鄰太行山,作為上述山系余脈的軍都山和西山山地與市區(qū)產(chǎn)生較大高差。因此北京地區(qū)的氣象環(huán)境特征受其周圍地形的影響較大。北京所受到的區(qū)域地形作用以及它的城市效應(yīng),對北京地區(qū)大氣邊界層和區(qū)域環(huán)境場將產(chǎn)生相關(guān)影響,這種影響將關(guān)系到北京城市居住環(huán)境、空氣質(zhì)量、建筑規(guī)劃合理性的評價,及高溫災(zāi)害的預(yù)防等。本文采
7、用非靜力平衡的中尺度模式MM5.V3對北京2000207210至2000207211的風(fēng)場及溫度場等近地邊界層特征進(jìn)行數(shù)值模擬,這兩天北京天氣不受大尺度天氣系統(tǒng)的影響,模擬結(jié)果對了解北京區(qū)域夏季不受大尺度系統(tǒng)影響情況下的近地邊界層日變化特征、污染物的擴(kuò)散機(jī)制、及其城市規(guī)劃都具有重要意義。1 模式簡介及參數(shù)處理MM5.V3是一個由PSU和NCAR發(fā)展起來的有限區(qū)域中尺度大氣模擬系統(tǒng),它是在MM4基礎(chǔ)上進(jìn)一步研制出來的,MM5與MM4最重要的區(qū)別在于MM4是靜
