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南京夏季非均匀下垫面近地层湍流观测及模拟研究

南京夏季非均匀下垫面近地层湍流观测及模拟研究

引用

作者：王旭南京信息工程大学

学位级别：硕士

人类的生存环境与大气边界层息息相关。而城市是人类生活的重要载体,对城市边界层大气动力和热力特征及其相互作用机理的研究已成为影响人类生活的重要课题。本研究利用2010年南京夏季湍流三维观测试验资料,采用观测资料分析和数值模拟... 详细信息

人类的生存环境与大气边界层息息相关。而城市是人类生活的重要载体,对城市边界层大气动力和热力特征及其相互作用机理的研究已成为影响人类生活的重要课题。本研究利用2010年南京夏季湍流三维观测试验资料,采用观测资料分析和数值模拟方法,研究了南京夏季城、郊边界层湍流特征。主要结论如下： (1)夜间,城市大气的不稳定层结易形成混合层;白天城市的大气混合层发展速度和高度均大于郊区。2010年夏季南京城市的混合层高度夜间300m、白天1300m,城市混合层顶高度随着城市的发展而不断抬升。城、郊的低层风场均受到城市覆盖层影响,城市夜间逆温层和大风区随着城市发展而抬升,且大风急流出现在逆温层顶,与夜间混合层的发展高度比较一致。 (2)对南京城、郊近地层湍流特征的研究结果表明：不稳定层结条件下,南京城、郊三个方向的无量纲风速标准差(σu/u*、σv/u*、σw/u*)与稳定度参数ε均呈1/3幂次关系,并给出相应的拟合公式。无量纲水平速度标准差随下垫面粗糙程度的增加而降低,即城市无量纲水平速度标准差小于郊区;而垂直方向上没有明显差异,郊区略小于城市。 (3)WRF模式应用于南京城市边界层气象特征模拟是可行的,模拟结果与观测结构基本一致,进一步揭示了由于城市地表性质的不同,对城市边界层的结构产生显著影响。城市地区昼夜均在边界层内形成热岛,白天城市湍流动能在200-700m达到高值1.2m2s-2,是郊区的两倍,夜晚在城市储热释放热量,湍流动能仍然大于郊区。

关键词：城市边界层城市下垫面南京夏季 WRF模式城市湍流

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南京夏季城市热岛时空分布特征观测及模拟研究

南京夏季城市热岛时空分布特征观测及模拟研究

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作者：姜润南京信息工程大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：城市热岛城市边界层城市下垫面南京夏季 WRF模式

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