城市建设对边界层大气环境的影响

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1、城市建设对边界层大气环境的影响城市建设对边界层大气环境的影响1引言　　城市作为人类主要的生存聚居地和工业集中的生产场所，其气候和环境问题日益突出，城市地区相对于周围的乡村地区而言，由于其独特的下垫面，地面动力学粗糙度明显增大，地面热容量和热释放量也均比乡村地区明显增加，从而使其上空的边界层特性与周围的乡村地区大为不同。国内外大量的研究结果都表明，随着城市化的高速发展，导致城市内边界层的结构出现了相应的变化。　　为了研究城市下垫面变化对城市边界层环境的影响，根据在葛店进行的3次污染气象试验中探测的

2、温度和风廓线资料，分析了该地区边界层随下垫面变化而产生的变化。　　2试验方法及数据来源　　葛店位于鄂州与武汉之间，鄂州市西北部，武汉市洪山区东侧，长江之南。在葛店分别进行了3次污染气象试验，第一次在1987年的12月，第二次在2003年的12月，第三次在2007年的12月。温度探测均采用GNZ3型遥测接收仪，用双经纬仪同步跟踪气球，每隔20s读数一次，用矢量法计算气球高度和各高度的风向、风速。　　3风场的变化特点　　3.1地面风场　　在1987年12月的观测中，地面主导风向为E风，对应的平均风速

3、为2.1m/s；次主导风向为SE风，对应的平均风速为1.8m/s。地面风的最大风速出现在10时，风速为1.6m/s；傍晚18时和早晨06时，风速最小为0.8m/s。观测期间的静风频率为30%。　　根据2003年12月的观测结果，当地的地面风的主导风向为NE，次主导风向为NNE。静风频率为18.5%。地面最大风速出现在早晨06时，风速为3.4m/s；最小风速出现在夜间22时，1.3m/s。　　2007年冬季的观测结果中，地面风的主导风向为NNE，次主导风向为NE。2007年的观测期间风速较大，静风

4、频率为0。地面最大风速出现在中本文由.L.收集整理午12时，风速为4.5m/s；最小风速出现在16时，风速为2.3m/s。　　随着城市规模的不断发展和建筑群与日俱增，城市下垫面的粗糙度加大，使得城市边界层的湍流加大，风场结构发生较大的改变。根据第一次1987年的观测到2007年观测结果（表1），当地的地面主导风向由E风逐渐改变为NNE风，静风频率逐渐变小，可见由于这多年的发展导致当地的地面主导风向发生较大的偏转，地面风速较以前变大。　　3.2风场随高度的变化　　3.2.1风向　　1987年在评价

5、区的低空风场在250m以下主导风向为N风，300～400m高度层的主导风向为NNE，450～500m高度层为NE，750～1000m范围内E风占主导。各高度层的静风出现频率较小，在650m高度层以下静风频率均小于5%，700m高度以上的静风频率在6%～10%之间。　　2003年的观测记录显示，100m高度的主导风向为NE，随着高度的增加，200m主导风向右偏一个方位为NNE，200～600m主导风向一直稳定在NNE方向上，但偏右方位的风频率逐渐增加，700m高度主导风向又右偏一个方位，转为NE风

6、，800～1000m的主导风向稳定在以下静风频率小于5%，400m以上高度层的静风频率均为0。　　2007年的观测结果中，50m以上高度层的主导风向大多为NE，仅200m高度层的主导风向为ENE，但200m的次主导风向也为NE。观测期间各高度层的静风频率均不高，主要集中在300～700m高度，其他高度的静风频率均为0。　　根据3次的观测数据，第一次的观测时主导风向随高度的增加存在较明显的右偏，由N风偏转为E风。第二次观测时的主导风向在高层一个较大的切变，在70m高度以下风向主要为NNE和NE，7

7、00m高度以上则突然偏转为高度均有明显的风速增大。14时的风速为全天最小风速，该时次的风速随着高度的增大，风速也逐渐增大。夜间20时和02时的风速随着高度增高而逐渐变小。　　2003年的观测中，在300m以下，中午14时的风速最小，清晨08时的风速最大；但到了800m高度以上，02时的风速为最小（图2）。　　根据2007年的观测结果，在700m以下，除08时外其他各时次的风速随高度变化不显著，08时的风速随着高度的升高而迅速变大。在700m高度以上，02时的风速略有下降，其他各时次的风速则迅速减

8、小至1.0m/s以下，变化很大（图3）。　　相较于3个观测结果，观测地点的白天风速小于夜间风速，其中尤以第一次观测（1987年）的结果明显。观测期间，夜间风速在地面～100m高度之间风速增加明显，到了高层（800m高度以上）风速会略有减小，但是在2007年观测期间，在700m高度以上则出现风速迅速下降。　　4温度场的变化特点　　4.1地面温度　　1987年的测试期间，地面气温最低气温出现在06时，最高气温出现在14时。观测地点的地面气温与鄂州气象站的观测结果相关系数为0.9929，呈显著相关；而