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北京地区边界层扩散特性的数值研究 周春红 刘还珠 (国家气象中心中央气象台数值室，100081) 众所周知。数值预报方法研究技术发展很快，随着其预报能力和技术的不断提高，预 报的分辨率就不断得以提高。目前许多国家的中尺度数值预报已达到lkm的分辨率，可以 为污染物扩散提供比较详细的气象背景场。同时。由于卫星探测技术的发展，对地球上下 垫面的状况如陆面、水面生物植被状况有了更多的了解，这些为污染物在边界层大气中的 传播扩散研究提供了较为丰富的资料基础。 作为空气污染物集中的大气边界层内有着复杂的动量、热量和水汽湍流交换过程，仅 仅利用数值预报的结果很难反映其复杂的结构和细致的特征。如由于城市人为热源的排放 以及城市特殊的水泥地表结构而改变了城市边界层的辐射状态而形成城市热岛，并由此引 发城市局地性很强的热岛环流．对污染物的扩散影响也很大。类似的因特殊地形引起的较 小尺度的环流如：海陆风、山谷风环流等等很难在模式中得以体现。所以。直接利用较高 分辨率的数值预报模式提供的三维扩散场而不针对城市污染扩散的特征进行分析和订正 的，是难于较好的描述污染物的扩散过程。 本文着重研究利用高分辨(分辨率为6kin)的中尺度数值模式提供气象背景场，尔后， 充分利用更高分辨率(1km)的地形和下垫面特征以及其对应的地表粗糙度、地表反照率、 波恩比、土壤热惯性和植被指数等资料，同时还使用实测资料，利用比较完善的边界层的 理论，对中尺度数值预报产品进行分析。并且，对二维风速使用地形坐标系进行地形的动 力抬升、山谷泻流风加速和地形的阻碍的地形动力分析。综合以上影响，利用边界层的各 种热力的作用，分析其不同的稳定度特征以下的湍流输送特性：分析研究北京及其周边地 区的大气扩散特征，为而后运行的污染预报模式提出一个较准确、细致描述污染物传输、 扩散和稀释过程的人气扩散模式的初始场同时为污染物的传输、扩散和稀释提供较准确的 人气扩散场。 有关结论如下： 1)模拟结果符合实际观测的大尺度的形势 2)经过较复杂的地形的订正处理，小尺度的地形的动力和热力作Hj明显．并且这种 影响是随着高度减弱的。地形的动力作用表现在对风场的阻挡而造成的绕流和背 风坡方向的形成的小风速区。热力作刖表现在山谷风的影响，这种影响是有日变 16I 化的，白天随着辐射的加强．山风减弱。北京城区主要是小风速区内，受地形的 影响明显，污染气象条件变化复杂，本次试验的结构是不利于污染物水平扩散的 风场结构。 3)稳定度变化也有日变化，白天大气变得不稳定，这种条件是有利于污染物的垂直 扩散的。夜间和早晚大气是处于弱稳定或中性条件．污染物不易扩散。 4)混合层的日变化也明显，白天混合层高度普遍增大．为600米的区域覆盖了整个 模拟区的大部分。且北京城区受地形的影响明显。即使在夜间和早晚，由于山区 的摩擦影响和城市下垫面的粗糙度增加，部分地区混合层也能达到600米。说明 污染物的垂直扩散是十分复杂的。既有日变化，也有局地的地形和城市特殊下垫 面的影响。 162