天津城市热岛及其对污染物扩散影响的数值模拟.pdfVIP

生态环境学报 2009，18(2)：403—407 http：／w／wwj．eesci．com EcologyandEnvironmentalSciences E—mail：editor@jeesci．com 天津城市热岛及其对污染物扩散影响的数值模拟 韩素芹 ，孟冬梅 ，佟华。，李向津 ，李英华 南开大学信息技术科学学院，天津 300071；2．天津市气象科学研究所，天津 300074；3．中国气象局国家气候中心，北京 100081 摘要 ：城市热岛直接影响城市风场结构和污染物扩散路径，以能量平衡模式得到的地面温度作为下边界条件 、中尺度气象模 式MM5作初始场和侧边界条件，建立了天津市500m的细网格城市边界层模式并用其研究天津市秋季热岛及其对污染物扩 散的影响。结果表明，模式可以较好地模拟城市热岛现象，地面温度 日变化规律及近地层的温度廓线 与实际观测值较一致， 能够反映夜间 现的逆温。模式成功地再现了城市温度场和流场的三维结构 ，结果表明17：00时热岛强度在地面最强，到 300 m存在个别的弱热岛中心，500m高度城郊不存在温度差异；地面高温中心有一个弱的辐合中心，直接影响污染物在城区的 扩散，模拟的污染物浓度在地面较低 ，l50～300m高度最大。该研究结果可为了解天津地区局地气候的形成 、污染物的扩散 及城市规划提供参考和帮助。 关键词：城市热岛；污染物；扩散；数值模拟；天津 中图分类号：X16 文献标识码 ：A 文章编号：1674—5906(2009)02—0403—05 城市热岛现象是城市人类活动对城市边界层 1．1 模式系统介绍 造成影响最直接的体现l】之J，并且 由于关系到城区温 本文采用复杂地形下三维城市边界层模式 度分布、风场结构、污染物输送等一系列问题而受 对城市热岛及热岛对污染物扩散 的影响进行模 到广泛的关注[3-61。Jonsson等人l，的研究表明达累 拟l1 J。模式包括能刻画城市地表特征的城市边界 斯萨达姆 (DaresSalaam)城区颗粒物浓度在夜问 层能量平衡方程、作为能量平衡模式动力学框架的 高于郊区，且浓度与夜间城市热岛强度呈正相关。 城市边界层动力学模式 以及为动力学模式提供初 Kevin等[8-91也认为城市热岛可以影响混合层高度进 始场合边界条件的中尺度模式 MM5。模式既考虑 而影响地面污染物浓度。国内苗曼倩l1u_用一个二维 中尺度背景场对城市边界层的影响，又详细刻画城 非定常扩散模式模拟 了夜问城市边界层 3种不同有 市下垫面的复杂性与多样性对边界层的重要作用 。 效高度 (20m，72m，1l0m)连续线源所产生污 本文首先要将 MM5模式的输出结果插值到城市边 染物浓度分布特征，数值试验结果表 明：不管是否 界层模式的格点上作初始场和边界条件输入，使两 出现城市热岛环流，城市热岛的存在使高架源产生 模式得以联接 。 的大气污染物的地面浓度增大，而近地面源产生的 1_2 数值模拟个例 大气污染物的地面浓度减小，城市下垫面的热力作 1．2．1 模拟个例期间气象条件 用是影响城市空气质量的主要原因。徐祥德…J认为 2005年 11月2日京津地区处于华北地形槽 中， 城市区域尺度热岛南强弱程度不同的“次生”热岛效 大气层结稳定，空中云量不多，地面风以西南偏西 应结构 合“成”，可引起局地次生尺度环流辐合结构， 风为主 ，风速很小，平均风速不足 1ms·～。2日地面 导致大气污染程度加重 。 温度在凌晨 02：00时为 4．4℃，中午 13：00达到 近年来随着经济的快速发展，天津城市化进程 27．5℃。气温在 02：00时为 l1．1℃，中午气温最 的速度不断加快，其对天津市热岛效应和大气环境