北京区域近地边界层特征数值模拟1.pdfVIP

( ) 北京大学学报 自然科学版 ,第 41 卷 ,第 4 期 ,2005 年 7 月 Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis , Vol. 41 , No. 4 (July 2005) 1) 北京区域近地边界层特征数值模拟 2) 胡小明 　刘树华 　梁福明 　王建华 　刘和平 (北京大学物理学院大气科学系 ,暴雨与旱涝灾害实验室 ,大气边界层物理和大气环境研究组 , 北京 ,100871 ; 2) lshuhua @pku. edu. cn) 李 　炬 　王迎春 ( 中国气象局北京城市气象研究所 ,北京 ,100089) 摘 　要 　用非静力平衡的中尺度模式 MM5V3 模拟了北京地区 2000 年夏季 7 月 10 日 —11 日的风 速和温度场等边界层特征。模式所采用的水平分辨率为 1 km ,以天安门为中心,选取东西 80 km 南 北 100 km 的区域进行模拟。模拟结果表明城郊之间存在明显夏季热岛效应 ,市区和郊区的温差最 大可达 6～8 ℃;边界层风场受西北特殊地形的影响 , 白天盛行由南往北的上坡风,夜间转为由北向 南的下坡风。并用气象观测站实测资料对模拟结果进行了验证 ,验证表明模拟是准确的。模拟结 果有助于了解北京地区区域气候的形成、污染物扩散及制定相关城市规划。 关键词 　MM5 中尺度模式; 城市热岛 ; 风场 ; 温度场 ; 北京区域 中图分类号 　P 404 0 　引　言 研究城市边界层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、温度、湿度等大气要素的时空变化状况等。长期以 来许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观测和理论研究。James L McElroy[1 ] 用一个稳定状态的剖面数值模式模拟了美国俄亥俄州哥伦布的城市夜间大气边界 ( ) [2 ] 层的热力结构 ,将人为热考虑为净辐射通量的 15 %～40 % 3 月 。周明煜等 曾用观测资料 [3 ] 对北京地区热岛和热岛环流特征做了初步分析。Seaman 等 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 St Louis ,Missouri 城市行星边界层的温度、边 界层厚度、比湿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 [4 ] 发的减少是城市湍流边界层维持和发展的最重要因素。孙旭东等 结合西安市估算出的人为 能源消耗进行数值模拟 ,并评估了由于城市能源消耗总量的增加对未来城市热岛的影响。王 [5 ] 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 ,模式采用了能量闭合方案以提高空间分辨率和模式 ) ( ) ( ) 　1 国家自然科学基金 和国家自然科学基金与香港资助局 4001161948