城市热岛和海风环流相互作用的数值模拟研究进展

在沿海城市地区,城市热岛环流和海风环流往往同时存在;它们在空气污染物的传输和扩散中均起至关重要的作用,对强对流天气亦有重要的触发作用.随着城市化的发展,空气污染等环境问题变得越来越严峻,突然性强对流天气所造成的灾害也越来越严重.因此,沿海城市地区城市热岛和海风环流相互作用的研究受到日益广泛的关注.本文回顾了近30 a来国内外关于城市热岛和海风环流相互作用数值模拟的研究历史,分析了目前的研究现状及存在的一些问题,概述了城市化、城市热岛对海风环流的影响,海风对城市热岛、城市热岛环流的影响,以及城市热岛环流和海风环流的耦合效应.最后,本文提出了一些有待于研究或需深入研究的问题;这些问题的研究将有助于进一步揭示沿海城市地区空气污染动力学机制、强对流天气触发机制.     

西双版纳机场3～5月影响飞行的局地风特征分析

每年3～5月是西双版纳的干燥、高温季节，常驻天气系统影响较少，天气以睛为主，睛天午后气温达30℃以上，温度较低，相对温度常低于50％，在这期间，不时在午后出现≥5m/s的局地风（所指风速均为地面风速），影响正常飞行。本文应用1999～2003年3～5月初出现的影响飞行的≥5m/s的局地风实例资料，分析其出现的时间和相关要素特征，找出局地风产生、减弱与温度、湿度、气压的变化的关系，为机场甚短时预报提供帮助。     

下垫面对郑州城市边界层风的影响

根据１９９３年１月和７月郑州市中心测点和南郊郑州气象观测站同步观测的地面和边界层气象资料,分析了郑州城市下垫面对边界层风的影响。结果表明,在地面气压梯度比较小且天气晴朗条件下,郑州存在城市热岛环流。受城市热岛环流影响,郊区地面风向指向市区;边界层８００ｍ以下,城市上空吹偏西风时同一高度上南郊风向偏于城市风向左侧,吹偏东风时同一高度上南郊风向偏于市区风向右侧;１２００ｍ以上,城市上空吹偏西风时,同一高度上南郊风向偏于城市风向右侧     

简析风与城市工业企业合理布局的关系

风场特征决定着污染物的输送方向，风向、风速不同，污染物的输送方向和稀释程度也不同。布局城市工业企业要充分考虑区域的输送特征，首先是城市的风场特征，包括局地环流的影响。本文依据太原市、临汾市风的特征，分析了太原市污染的主要原因，以及临汾金尧焦化项目安全边界的确定，并简要分析了局地环流及热岛以城市布局的影响。     

绿化带对城市大气环境及空气质量的影响

采用北京大学城市大气边界层模式模拟了城区下风向绿化带对城市温度场、风场及空气质量的影响。模拟表明,一天中不同时刻绿化带附近存在不同程度的污染加重现象,上午10:00(北京时)污染浓度最大增加66%;绿化带降温范围最大达到下风向0.5 km。同时还进行了下风向绿化带与城区加强绿化的对比数值试验,结果表明,城区加强绿化后绝大部分范围气温出现较明显下降,最大降温幅度为1.6℃。此项研究可为园林及城市规划等部门提供参考。     

北京稳定天气条件下城市边界层环流特征数值研究

采用科罗拉多大学和MRC／ASTER共同开发的区域大气模拟系统（RAMS）对北京地区稳定天气条件下的个例进行数值模拟,通过对数值模拟结果与观测事实的比较以及敏感性试验,分析了北京城市边界层环流特征和环流影响因子在环流发展过程中的作用。结果表明：①在山谷风环流和热岛环流相互作用下形成了北京城市边界层流场特有的局地环流。②热岛中心在决定边界层环流的辐合区位置上起相对较大的作用,边界层环流的强度和发展高度由山谷风强度和热岛强度共同决定。     

三峡库区局地风特征分析

利用长江三峡工程生态与环境监测网络—局地气候监测子系统中的三峡库区重庆涪陵睦和100 m测风塔5个高度(10、30、50、70、100 m)2010—2018年逐时观测资料,分析了局地风垂直变化特征。结果表明：垂直风速在季节分布上春季最大,冬季最小;其日变化为单峰型,于09时和16时左右分别达到最小和最大值;夏季10—13时30～100 m高度平均风速大小几乎相同;局地风向主要受当地地形影响,各高度沿长江河谷走向(SSW～ENE)的风向频率在46%～66%。当有降雨天气时,风速垂直差异从大到小分别为暴雨、大雨、中雨、小雨。在降雨天气,随着温度升高,风速垂直梯度变化增加。夜间出现逆温现象时,50 m高度的风速小于30 m。     

HEST2007珠峰北坡风廓线观测研究

为了研究青藏高原南部喜马拉雅山区局地大气环流系统,继2006年HEST2006大气科学实验之后,2007年中国科学院大气物理研究所和中国科学院青藏高原研究所在珠穆朗玛峰北坡实施HEST2007综合观测.本文使用该观测实验中LAP-3000风廓线仪获得的绒布河谷内三维风场观测资料,并结合地面辐射资料,分析研究了该地区观测期间局地大气环流的日变化和逐日变化过程.研究表明,该地区局地环流系统,特别是沿河谷的轴向风,与其上空西风环流间存在非常紧密的联系,这种联系似乎与不同天气条件下喜马拉雅山区的大气辐射状况有关,即高层西风环流较强的阶段,地面辐射较强,激发出的局地环流也较强,反之亦然.     

西双版纳机场3～5月影响飞行的局地风特征分析

每年3～5月是西双版纳的干燥、高温季节,受天气系统影响较少,天气以晴为主,晴天午后气温达30℃以上,湿度较低,相对湿度常低于50%.在这期间,有时在午后出现≥5m/s的局地风(所指风速均为地面风速),影响正常飞行.本文应用1999～2003年3～5月初出现的影响飞行的≥5m/s的局地风实例资料,分析其出现的时间和相关要素特征,找出局地风产生、减弱与温度、湿度、气压的变化的关系,为机场甚短时预报提供帮助.     

由测风资料推算局地环流速度的方法

山区或湖区实际观测到的风速，往物证理自然风速和局地环流风速综合的结果，很难将二者抠分开来。本文根据理论分析，提出了根据我资料推避地风速的方法，可纠正过去确定局地环流速度的一些不当的做法。     

珠穆朗玛峰北坡绒布河谷地面风特征的初步分析

2006年5～6月, "2006珠峰野外观测实验"在青藏高原珠穆朗玛峰(简称珠峰)北坡绒布河谷中进行,沿河谷设立了3个站点,对河谷中的大气环流状况、热力和辐射状况等进行了观测.利用绒布河谷中平均地面风场资料,研究了该河谷中地面风场的日变化结构特征.结果表明,珠峰北坡绒布河谷中地面风场存在明显的日变化,自上午12:00(北京时间)左右至午夜该河谷地区为来自珠峰方向的偏南风控制,该风场日变化与普通山区的山谷风环流日变化存在很大差别.从3个站点风场日变化来看,偏南风首先在河谷南部开始,然后沿河谷向北发展.沿河谷轴线方向不同地点风场日变化有较大差异:偏南风出现时间随距珠峰的距离依次滞后,距珠峰最近的站点观测到的偏南风最大且持续时间最长,而距离珠峰最远的站点偏南风最弱且持续时间最短,甚至出现长时间的偏北风.研究表明,由于珠峰北坡地区地形复杂,地形高度落差大,地表状况分布不均,因此绒布河谷中的主导风是山谷风、坡风以及冰川风等多种局地风系统耦合的结果.     

斜坡地形下城市热岛和陆风相互作用的三维数值模拟

本文建立了一个采用地形坐标及高分辨率的行星边界层参数化方案的三维中尺度静力模式。模式中还采用能考虑边界上地形变化的开侧边界条件。利用该模式,本文研究了弱盛行风条件下的陆风以及平坦地形和斜坡地形下城市热岛和陆风的相互作用。结果表明:夜间下坡风的出现和消失都早于陆风;坡风增大了陆风强度,并延迟了陆风向海风的过渡。 结果还表明,城市对陆风的影响比坡风小。在陆风形成和发展阶段,城市主要起增大下垫面摩擦的动力作用;在陆风减弱和消亡阶段,城市热岛环流逐渐形成并增强,城市对周围风场主要起热力作用。另一方面,在盛行风,坡风和陆风的影响下,热岛环流的形成、发展、强度和辐合带轴线的方向等都会发生改变。     

大气环流模式对ENSO时间尺度风应力距平的模拟

通过与观测作比较。评估低分辨率的大气环流模式模拟的风场，模式风场是使用观测海温场外强迫，从１９７９年到１９８８年共积分十年得到的，模式输出为月平均值。结果表明，模式能够相当真实地模拟出风距平场的演变，用风应力距平强迫简单模式，积分十年（１９７９－１９８８），得到的海温距平场（月平均值）和观测海温距平场作比较，模式结果较真实地模拟了１９８２－１９８３年及１９８６／１９８７年暖事件的赤道地区海温距平场     

大理苍山—洱海局地环流的数值模拟

利用耦合了湖泊模型的WRF_CLM模式模拟了秋季大理苍山—洱海地区的局地环流特征。结果表明:模式对近地面温度、风向、风速的模拟与观测基本一致,模拟结果能较好地再现该地区山谷风和湖陆风相互作用的局地环流特征。在秋季,大理苍山的谷风起止时间为08:00~17:00(北京时,下同),湖风起止时间为09:00~19:00。局地环流受高山地形及洱海湖面影响明显,山谷风形成早于湖陆风1 h,夜间山风、陆风强盛于白天谷风、湖风。白天苍山谷风与洱海湖风的叠加作用会驱动谷风到达2600 m的高度,而傍晚最先形成的苍山山风则会减弱洱海的湖风环流。夜间盆地南部在两侧山风、陆风的共同作用下,形成稳定而持续的气旋式环流。日出以后,对流边界层迅速发展,边界层高度逐渐增高。陆地17:00温度达到最高,边界层高度也达到峰值2000 m,之后逐渐降低。日落后形成稳定边界层,边界层高度在夜间基本保持在100 m。相对于陆地,湖面白天边界层高度低300 m,夜间边界层高度高100 m。     

广州地区局地环流的数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所的Eta模式和中-β气象预报模式,选择广州地区不同季节的47天,得到47例(包括夏季和冬季)24h环流的数值模拟结果,经过认真分析。得到影响广州地区的主要局地环流型有三种,即辐合气流型、辐散气流型、热岛环流型。从模拟的统计结果来看,辐合气流型、辐散气流型、热岛环流型分别为28％、26％、36％,为广州市空气污染数值预报提供了典型的气象场资料。     

云南大理边界层风垂直变化观测研究

利用2008年3月云南大理风廓线雷达观测资料,分析其上空局地环流特征.通过对云南大理上空三维风场的分析发现当地受地形影响明显,600m以下午后至夜晚以西南风为主,出现下沉气流,风速较大,凌晨至中午以东南风为主,风速较小;600m以上主要是西南和西北风,风速较大.这说明影响该地区的环流高度为600m,表明该地区低层以山谷...     

昆明机场一次强对流天气过程分析

2001年9月16日昆明机场发生了一次强对流天气过程，经二次滤波分析发现，这次过程主要是在大尺度辐合背景下由一个中尺度低涡扰动引起。物理量场诊断分析表明，触发对流的中尺度低涡是一个低层辐合强烈、向西北倾斜且较深厚的低值系统。而昆明地区持续高温及水汽积累为对流发生储备了能量和水汽条件，垂直风切变则使对流发展更为旺盛，维持时间更长。     

郑州城市温度分布特征

通过对郑州城市温度观测资料分析，揭示了北京市区温度场的季节分布特征及不同性质下垫面对温度分布的影响。