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《北京区域近地边界层特征数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、北京大学学报(自然科学版),第41卷,第4期,2005年7月ActaScientiarumNaturaliumUniversitatisPekinensis,Vol.41,No.4(July2005)1)北京区域近地边界层特征数值模拟2)胡小明 刘树华 梁福明 王建华 刘和平(北京大学物理学院大气科学系,暴雨与旱涝灾害实验室,大气边界层物理和大气环境研究组,2)北京,100871;lshuhua@pku.edu.cn)李 炬 王迎春(中国气象局北京城市气象研究所,北京,100089)摘 要 用非静力平衡的中尺度模式MM51V3模拟了北京地区2000年夏季7月10日—11日的风速和温度
2、场等边界层特征。模式所采用的水平分辨率为1km,以天安门为中心,选取东西80km南北100km的区域进行模拟。模拟结果表明城郊之间存在明显夏季热岛效应,市区和郊区的温差最大可达6～8℃;边界层风场受西北特殊地形的影响,白天盛行由南往北的上坡风,夜间转为由北向南的下坡风。并用气象观测站实测资料对模拟结果进行了验证,验证表明模拟是准确的。模拟结果有助于了解北京地区区域气候的形成、污染物扩散及制定相关城市规划。关键词 MM5中尺度模式;城市热岛;风场;温度场;北京区域中图分类号 P4040 引 言研究城市边界层的基本任务是研究发生在城市及其周围地区边界层大气中各种物理过程的演变规律,探索在
3、特定的地形条件下风、温度、湿度等大气要素的时空变化状况等。长期以来许多学者通过不同的方法对城市边界层的特征进行了大量的观测和理论研究。JamesL[1]McElroy用一个稳定状态的剖面数值模式模拟了美国俄亥俄州哥伦布的城市夜间大气边界[2]层的热力结构,将人为热考虑为净辐射通量的15%～40%(3月)。周明煜等曾用观测资料[3]对北京地区热岛和热岛环流特征做了初步分析。Seaman等改进了PSU/NCAR中尺度气象模式,利用双向嵌套网格和实测的初边条件模拟了StLouis,Missouri城市行星边界层的温度、边界层厚度、比湿和风场等特征以及城市的地表面水汽通量、辐射过程和不同的地
4、表粗糙度等对城市化的影响。模拟表明位于城市下风向的热岛中心风速相对较小,而城市化导致的地表蒸[4]发的减少是城市湍流边界层维持和发展的最重要因素。孙旭东等结合西安市估算出的人为能源消耗进行数值模拟,并评估了由于城市能源消耗总量的增加对未来城市热岛的影响。王[5]卫国、蒋维楣等建立了一个非静力的三维细网格边界层模式,对青岛地区复杂下垫面条件下的边界层结构和湍流特征作了数值模拟,模式采用了能量闭合方案以提高空间分辨率和模式1)国家自然科学基金(40275004)和国家自然科学基金与香港资助局(4001161948)联合资助项目收稿日期:2003212219;修回日期:2004203204
5、514©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 第4期胡小明等:北京区域近地边界层特征数值模拟 精度,模拟以实测资料为初始输入,对青岛地区风和湍流场作了较细致的模拟分析。佟华、桑[6]建国等用北京大学的三维复杂地形中尺度数值模式模拟了北京海淀地区大气边界层的风、温场结构以及污染物浓度分布,进而模拟了由于汽车尾气的排放而转化成的气溶胶的浓度分[7]布。杨玉华、徐祥德、翁永辉等用MM5模拟了北京冬季的热岛,加入具有周期性日变化的人[8]为热,与将人为热源考虑为常数相比,模拟效果得到了改善。蔡旭晖、郭昱、
6、刘辉志等用风场诊断方法对北京地区低层大气的背景流场情况进行分析,获取当地流场时空演变的总体形式。结果表明,该地区大气流场总体分为秋冬型和春夏型,秋冬型更多受强天气系统的影响,春夏型则更多表现出局地中尺度热力环流特征。北京位于华北平原北端,城区范围地势平坦,但其周围地形极为复杂,北有燕山,西部毗邻太行山,作为上述山系余脉的军都山和西山山地与市区产生较大高差。因此北京地区的气象环境特征受其周围地形的影响较大。北京所受到的区域地形作用以及它的城市效应,对北京地区大气边界层和区域环境场将产生相关影响,这种影响将关系到北京城市居住环境、空气质量、建筑规划合理性的评价,及高温灾害的预防等。本文采
7、用非静力平衡的中尺度模式MM5.V3对北京2000207210至2000207211的风场及温度场等近地边界层特征进行数值模拟,这两天北京天气不受大尺度天气系统的影响,模拟结果对了解北京区域夏季不受大尺度系统影响情况下的近地边界层日变化特征、污染物的扩散机制、及其城市规划都具有重要意义。1 模式简介及参数处理MM5.V3是一个由PSU和NCAR发展起来的有限区域中尺度大气模拟系统,它是在MM4基础上进一步研制出来的,MM5与MM4最重要的区别在于MM4是静
