上海城市对风速的影响

本文根据上海城市和郊区实测的风速资料,首先论证了由于上海城市的发展,建筑群增多、增密、增高,导致下垫面粗糙度加大,其摩擦阻障效应消耗了空气水平运动的动能,因而使城区的年和月平均风速减小。其次,分析了上海城市热岛效应与风速的相互影响:盛行风速小,有利于热岛的形成;热岛强时,容易发展垂直湍流,有使城区风速增大的效应;在背景风场微弱时,热岛温度场会导致热岛环流。最后,阐明上海城市与郊区的风速差异有一临界风速v_o。当盛行风速大于v_o时,城市下垫面粗糙度大,使风速减小的效应突出;相反,当盛行风速小于v_o时,热岛湍流使城区风速增大的效应显著。上海v_o的年平均值在2米/秒左右。     

南京城市边界层微气象特征观测与分析

南京大学大气科学系分别于2005年7月17日～7月31日,2006年2月18日～3月10日在南京市市区和郊区两个观测点进行了城市边界层气象观测,同时采用流动观测方法和在6个固定观测点进行城市热岛观测,观测发现:南京市存在明显的城市热岛特征,气温由市区中心的最高值向郊区逐步减少,冬夏季节的平均热岛强度分别为1.2℃和0.83℃,晴天热岛强度大于阴天,夜间热岛强度普遍高于白天,夏季和冬季热岛强度最大可达3.6℃和2.4℃.热岛强度随高度增加而减小,在约400 m高度,城区和郊区气温没有明显差异.观测结果还表明城区湿度普遍低于郊区,冬夏季节的城市与郊区的相对湿度差分别为10.6%和7.3%.南京紫金山森林地区对附近地区的气温和湿度有明显影响;城区风速明显低于郊区,高度越低,城区与郊区风速相差越大.南京市区的平均零平面位移约为19.9 m,平均粗糙度1.1m.     

水上风速的变化

本文在考虑水上湍流交换系数随高度和离岸距离变化而变化并与大气稳定度有关的情况下,从运动方程和连续方程出发推导当气流从陆上流入水上时,由于下垫面粗糙度改变所引起的水上风速定常变化的理论模式。根据这个模式计算结果,当气流由陆上流入水上时,水上风速的变化主要是发生在最初几公里(在陆上大气中性平衡和层结不稳定时)到十几公里(在陆上大气层结稳定时)距离以内,且随着离水面距离增大水域对风速的影响迅速减小。在大气层结稳定时,水上1米高度的风速可比陆上增大2—3倍、中性平衡时可比陆上增14％(强风时)到50％(小风时)。在大气层结不稳定时,水上风速变化最小,且强风时反比陆上风速减小,弱风时则仍比陆上风速有些增大。     

植被条件对下垫面空气动力学粗糙度影响实验研究

通过风洞实验，对风速廓线测定结果应用最小二乘法进行相关性分析，由拟合方程系数得到了植被覆盖的下垫面空气动力学粗糙度，并重点讨论了粗糙度与输入风速、植被特征参数的关系．研究结果表明：（1）无植被覆盖和有植被覆盖的下垫面粗糙度均随输入风速的增大而减小；（2）有植被覆盖的下垫面空气动力粗糙度随植被侧影盖度的增大而增大，其变化规律符合指数函数形式，增加率随植被侧影盖度的增大而逐渐减小，并最终趋于零，表明下垫面空气动力学粗糙度有一个极值；（3）在植被侧影盖度相同的情况下，错落排列的植被模型其下垫面的空气动力学粗糙度要高于重合排列的植被模型．     

城市下垫面扩张对局地热力环流影响的模拟

采用WRF模式及其城市冠层参数化方案,选取2010年8月1日至3日晴天天气为模拟背景,两个算例分别为南京1993年土地利用类型及2010年土地利用类型分布。模式的模拟结果表明城市扩张使城区内2 m高度处气温有了一定幅度的增温,夜间24:00最大增温幅度达3 K。同时城市扩张使得城区风速明显减小,产生减速效应。对比两个算例风速的模拟结果,郊区风速均大于城区,风速低对物质的水平输送、扩散带来不利影响。由于城市热岛的影响,城区范围内产生有辐合上升的运动;随着城区面积的扩大,湍流动能强度及其影响范围也在扩大。2010年算例,正午湍流强度最大值与1993年算例相比较,由2.1 m~2·s2增至2.7 m~2·s2。城区内湍流运动较为强烈的区域,在一定程度上促进物质垂直方向上的输送与扩散。城市扩张后物质在城区上方垂直方向上湍流扩散得到加强,而在水平向下的输送受到抑制,更多地被阻隔在城市局地。     

基于多重分形的湍流风场脉动特性

为了定量分析风速时间序列的内在波动性,采用多重分形方法研究了湍流风场的脉动特性.基于湍流风谱模型获得了不同地表面粗糙度下的湍流风速时间序列数据,利用结构函数法计算了不同风速时间序列的分形维数,分析了地表面粗糙度对风速时间序列的分形维数的影响,采用多重分形-去趋势波动分析方法对湍流风速时间序列进行多重分形分析,以探讨湍流风场的内在波动性.结果表明,随着风速时间序列的地表面粗糙度的增大,分形维数和Δα(Δα为最大与最小组成元的比值)减小,|Δg|(Δg为最大与最小组成元出现的概率的比值)增大,即风速的脉动幅度减小.     

珠三角城市化对大气边界层特征影响的数值模拟

利用WRF/UCM模式对珠江三角洲2008年秋季一次大气污染过程的气象场特征进行模拟。在模式中针对下垫面类型数据和人为热通量来设置敏感性试验以探讨城市化对大气边界层特征的影响。研究结果表明:城市化发展(包括城市土地利用类型的改变以及人为热通量的加入和增加)均能增强城市热岛效应和干岛效应,使夜间地面逆温现象更加显著,地面污染物容易积累;地表粗糙度的增加使风速减小,城市化使热岛环流增强,污染物难以扩散,这也是造成空气污染事件的原因;同时城市的发展能抬升白天和夜晚的大气边界层高度。     

兰州城市气候变化及热岛效应分析

本文对兰州城市气候与“热岛效应”进行了综合分析。结果表明：兰州城市“热岛效应”使城区年平均气温升高约１℃；使城、郊温差增加１．０￣１．４℃；城市“热岛效应”主要使２００ｍ以下近地层大气夜间至早晨明显增温。市内年平均相对湿度比同期郊区相对湿度降低５％￣８％；市内年蒸发量比郊区增大２５０￣４８０ｍｍ，表现出明显的城市“干岛效应”；市内年平均风速比５０年代减小近５０％，而郊区年平均风速比６０年代显著增大     

上海城市对大气边界层若干影响的初步分析

本文根据上海城市气候特征与大气污染防治课题组提供的上海城、郊同步观测的小球测风、低空探空和平衡球等资料,对上海城郊近地层和边界层内的湍强、R_4数、摩擦速度、下垫面粗糙度、风速廓线以及扩散参数等进行计算,并且采用城郊对比法进行分析和探讨。结果表明,上海城市对边界层动力和热力特征影响甚大,城市这个人为因素对边界层的影响不容忽视。     

上海城市对大气边界层若干影响的初步分析

本文根据上海城市气候特征与大气污染防治课题组提供的上海城、郊同步观测的小球测风、低空探空和平衡球等资料,对上海城郊近地层和边界层内的湍强、R_i数、摩擦速度、下垫面粗糙度、风速廓线以及扩散参数等进行计算,并且采用城郊对比法进行分析和探讨.结果表明,上海城市对边界层动力和热力特征影响甚大,城市这个人为因素对边界层的影响不容忽视.     

滇中地区夏季城市热岛效应的数值模拟研究

为了探究滇中地区不同城市化程度和湖泊下垫面对城市热岛效应的影响,利用中尺度气象模式WRF(the weather research and forecasting model)对昆明等城市的夏季城市热岛效应进行模拟研究。结果显示,夏季夜间,昆明等城市的热岛现象具有明显的下游效应,城市的扩张使得城市热岛下游效应的影响范围扩大,但热岛的强度不会明显地增强。城市的存在会增加地表的粗糙度,使得夜间的近地面风速减小。在白天,湖泊和城市下垫面主要通过改变局地的热力差异影响近地面的风速,城市的存在会加强湖泊与陆地间的热力差异,促进湖陆风环流,进而加大近地面的风速。城市的存在还会减少下垫面对低层水汽的供应,但城市面积的增加对低层水汽的影响相对较小。清晨,城市地区表现为湿岛(湿度较周边地区略大),这与城市地区的近地面辐合流场有关;而在其他时段,城市地区多为干岛(湿度比周边地区低),且干岛现象也存在下游效应。     

城市风温场的特征分析

人类活动的影响改变了城市下垫面的性质，引起近地层气象要素的的变化．同时，随着城市化的发展越来越多的污染物质进入大气，影响城市的辐射平衡和热平衡，使城市的风场和温度场分布更加复杂．本文结合实测资料，在总结前人工作的基础上，分析城市气候最明显的特征，即城市热岛的成因及其发展特征，并进一步阐明由于热岛效应引发的局地风系和城市边界风场结构，对一些观测现象给出物理解释．     

北京区域近地边界层特征数值模拟

用非静力平衡的中尺度模式MM5.V3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。     

北京市夏季城市强热岛边界层气象特征

近年来,北京市城市化发展迅速,城市气候特征也发生明显变化。应用中科院大气所325m铁塔的梯度观测资料,对发生在北京市的夏季强热岛天气的边界层气象特征进行了分析。结果表明:发生在夜间的北京市夏季强热岛,其边界层存在很强的逆温层结,并且逆温层较厚,低层风速较小,一般不超过2.0m/s;但白天,随着太阳短波辐射的加强,逆温结构很快被破坏,城市热岛强度也迅速减弱。     

2002-2018年北京市通州区城市热岛(冷岛)效应时空分异规律及其影响因素

北京市通州区于2015年正式成为首都市副中心。截止至2018年,已有大量的人口、工业、商业迁入通州区,使得人为活动大大增加。人为活动以及下垫面的变化会影响通州区地表温度的时空分布。为了给通州区今后的发展进行指导,本文通过MODIS数据和气象数据,得到北京市通州区城市热岛（冷岛）效应的时空分异规律,分析了地表温度和归一化植被指数（NDVI）及气象要素之间的关系。结果表明：北京市通州区1951~2018年的四季气温呈显著上升趋势;城市热岛（冷岛）与环境要素关系密切,归一化植被指数与地表温度呈显著负相关,这表明通州区的植被分布对热场具有调节作用;城市热岛比例指数与平均气温、平均相对湿度呈负相关（相关系数分别为0.012和0.119）;城市冷岛比例指数与平均气温、最大风速呈正相关（相关系数分别为0.186和0.089）。说明随着通州区平均气温的升高,通州区热岛现象减弱,城市冷岛现象增强。通州区最大风速的增加对城市冷岛现象有增强作用。通州区平均相对湿度的增加对城市热岛现象有削弱作用。可见该研究结果可以为北京市通州区城市规划和生态城市建设提供依据。     

干旱半干旱气候条件下夏季地表城市热岛特征与影响因素研究

利用MODIS土地利用产品提取城市建成区和郊区,以2013年6、7、8三个月的MODIS地表温度产品以及植被覆盖产品分析夏季甘肃省内干旱半干旱气候条件下的地表城市热岛特征,讨论影响地表城市热岛的主要因素。结果表明,在干旱半干旱气候条件下,地表城市热岛具有显著的昼夜差距与区域特点,表现为夜晚地表城市热岛强度大于白天;城市周围的农田、草地等生态屏障可以避免建成区地表被荒漠裸地直接包围,对于控制地表城市热岛具有重要作用,传统计算城郊温度差的方法对于衡量干旱半干旱气候条件下的地表城市热岛具有明显局限性;影响地表城市热岛的主要因素在一天中会产生变化,城郊植被覆盖度差异与夏季白天的地表城市热岛有显著相关性,夜晚地表城市热岛则可能与人类活动强度和人为热源排放有关。     

国外城市气候特征的研究进展

国外对于城市气候特征的研究主要集中于城市风环境的变化与热岛效应2个方面,尤其对热岛效应特征以及街道风场的研究比较多。研究表明,城市风与热岛效应均表现出受城市建设影响而形成的多样化特征,同时,城市风与热岛效应的特性也是影响城市环境的重要因素。     

北京市不同下垫面类型对热岛效应及人体舒适度的影响

下垫面的热惯量差异是产生城市热岛效应的直接原因,不同下垫面对热岛的影响也不相同,而热岛效应的存在对人类舒适程度及健康均产生影响.本文主要研究不同下垫面类型对北京市热岛效应的影响,以及基于热岛效应并综合温度、气压、湿度等方面对人体舒适度进行评价.通过对小尺度范围内五类单一性质下垫面对地表温度变化影响以及一定区域内复合类型下垫面对人体舒适度影响进行研究,实验表明:水体、林地、草地、裸地等下垫面对热岛效应有缓解作用,一定程度上提高了人体舒适度.水泥地面、建筑区等硬化下垫面对热岛效应起到加剧作用,降低了人体舒适度.