北京海淀地区大气边界层数值模拟研究.pdfVIP

维普资讯 第 13卷 特刊 应 用 气 象 学 报 Vo[13，Supp】 2002年 1月 JOURNALOF．APPLIED METEOROLOGICALSCIENCE Januaw 2002 北京海淀地 区大气边界层的数值模拟研究 佟 华 桑建 国 (北京大学地球物 理系 ，北京 100871) 提 要 采用北京大学 的三维 复杂地形 中尺度 数值模 式 ，利用 Land~t．TM 卫星影像 图得 到 的地 表状况计算 陆气 之 间的能量平衡过程 ，模拟 了北京海 淀地 区大气边 界层 的风 、温场 结掏 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 的气溶腔 的浓度 分布 。模拟表 明城郊 之 间存在 热 岛效应 ．边 界层风场 受到热 岛的热力作用 以及地 形 的动 力作用影 响 。污 染物及气溶胶浓度 也存在城 乡差别 ，晟大浓度 出现 在城 区的下风方 向。 关键 词 ：城 市边界层 数值模拟 海 淀地 区 引 言 城市边界层 的模拟实 际上是城 市下垫面 由于粗糙度 、温、湿度 的不均匀 引起 的变性 问 题 ，它的基本任务是研 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 ，探索在特 定的地 形条件 下 ，风 、温 、湿度 等在 空 间 的变 化状 况 ，污染物 的扩散 条件 等 。 长 期 以来很 多学者通过不 同的方法对 城市边 界层 的特 征进 行 了大量 的数值模 拟研 究 ，得 出了许多有益 的结论 。Pielke 1建立 了一个 准静 力三维原始方程 欧拉模式 CSUMM ，模式 采用地形追 随坐标 系 ，不可压缩 ，一阶闭合 ，用来模 拟 了南佛 罗 里达 的海 风环 流 。Seaman 等 一改进 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 、比温和风场 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 蒸发 的减 少是城 市湍流边 界层 维持 和发展 的最重 要 因素 。Taha 采用 中尺度气象模式和 光化学模 式就增加城 市植被 和地 表反 照率对臭 氧空气 质量的影 响进行 了模 拟 模 拟表明增加排放量较低 的植被 和树种 以 及增加高反射率 的建筑材料 的使用可 以降低混合层臭氧 的浓度。王卫 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 闭台方案 以提高空间分辨率和模式精度 ，模拟 以实测资料 为初始输 ^ ，对青 岛地 区风和湍流场作 了较 细致 的模 拟分析 。张美根 、韩志伟 等-6_建立一个高分辨三维边 界层模 式 以模 拟 下垫面热力和动 力 的非均匀性对边 界层 结 · 本文 由(国家重点基础研究筮展规划》项 目：首都北京及周逍地区大气、术 土环境持染帆理 与j胃控原理(项 目 编号为 Gl999045700)的资助 。 200l-06—20收到 2001—09—29收 到修 改稿 维普资讯 应 用 气 象 学 报 13卷 构 的影聘 。模式模拟 了广东大亚湾核电站厂址 区域 47个典型天气系统下 的地形性 中尺 度 环流 。 随着