南京夏季城市热岛时空分布特征观测及模拟研究

作     者：姜润 

作者单位：南京信息工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘寿东;王成刚

授予年度：2012年

学科分类：07[理学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 0706[理学-大气科学] 

主      题：城市热岛 城市边界层 城市下垫面 南京夏季 WRF模式 

摘      要：城市热岛是关系到城市生活环境、城市发展规划、局地气候改变乃至全球气候变暖的重大问题,也是城市气象研究的一个热点课题。本研究利用2010年南京夏季热岛三维观测试验资料,采用试验资料分析和数值模拟方法,研究了南京夏季热岛的时空分布特征及其形成原因。主要结论如下： (1)2010年南京夏季典型高温晴天的日平均热岛强度达1℃以上,夜间热岛强度稳定且强于白天,观测期间夜间平均热岛强度1.63℃,且热岛分布及强度与土地利用现状对应较好。强热岛出现在晴朗、无风的天气条件下。夏季风速较小的情况下,热岛强度随风速增加而减弱。风向对热岛地理分布有显著影响,城市下风向会受到城市尾羽层影响而增温,热岛向下风向延展。 (2)白天,城区大气混合层的发展速度和高度均大于郊区;夜间,城区大气的不稳定层结易于形成混合层。城市的强对流混合加剧了边界层的发展,夜间的逆温层和大风区也随之抬升,2010年夏季南京城区混合层高度夜间300m、白天1300m,而由于夜间强热岛的存在,近年来夜间混合层高度增长较快。城市高热量储存和强湍流输送的共同作用形成边界层内热岛,热岛强度总体上随高度而递减,影响高度白天约900m、夜间约300m。 (3)模拟结果表明,夏季晴好天气下,南京地区昼夜均在边界层内形成热岛。午后14时,城市显热达到350W/m2以上,是郊区的2倍;此时城市土壤热通量为200W/m2,是郊区的4倍;城市下垫面大量储热,提供了热岛形成的热量基础。同时,城区湍能在200-700m达到高值1.2m2/s2,是郊区的2倍,白天强湍流运动促进了城市边界层发展及700m以下热岛的形成,与夜间相比,热岛向高空延伸更高。夜间02时,城、郊显热均明显降低,此时城市土壤热通量约30-35W/m2,是郊区的2倍,城市积蓄的热量持续输出,维持夜间近地面较高的热岛强度;与白天相比,夜间城市大气相对稳定,热岛在近地面分布范围更广且强度更大,热岛发展高度较低为100m。