北京大学校园夏季气象场的数值模拟

北京大学校园北部有未名湖等水域和树木冠层绿地, 与南部教学、生活区建筑物路面为主的布局在下垫面热力性质上存在显著差异。为定量研究夏季校园内不同区域气象场、舒适度的空间分布和时间变化, 为校园活动和游览提供参考, 利用北京大学城市冠层模式, 结合校园实际下垫面分布情况, 进行数值模拟研究。研究结果表明, 9 月份校园北部温度低于南部, 15: 00 温差可达 6. 7℃。路面上 由于潜热通量小, 温度高于其他下垫面, 和水面温差最大可达 10. 6℃。空气湿度北部高于南部。温度分布影响局地风场变化, 在 15:00 产生低温辐散流场。引入表征人体舒适度的温湿指数(THI) , 路面上有 50% 时间处于 “热”等级, 高于其他下垫面的20% 。研究结果可以为评估校园环境规划的气象效应提供科学依据。     

小型绿化带对城市建筑物周围风场影响的数值模拟

在城市街谷模式的基础上引入叶面指数,对小型林带的防风效应进行模拟、检验,通过实验结果与野外观测值的比较, 证明此模式能较为合理的模拟防护林的动力遮蔽效应;将此模式应用于小型绿化带对高大建筑物周围风环境的影响的数值模拟,数值实验证明在城市冠层内,城市小型绿化带对高大建筑物周围行人高度的风场环境影响显著,设置合理的小型绿化带对城市高大建筑物附近风场有良好的改善效果。模拟实验中可见,在3m/s的入流风速下,建筑物侧面的角隅流达5m/s,设置合理的绿化带可使之降低到3.5m/s。     

城市街谷大气环境研究进展

机动车尾气排放不断增加以及城市通风能力降低,常导致城市街谷内的空气污染。城市街谷大气环境主要研究方法包括外场观测、实验室物理模拟和数值计算。外场观测和物理模拟可以考察街谷内污染物的传输扩散规律并对数值模式进行检验,另外,复杂的数值模式则可对城市冠层内大气扩散问题进行详细模拟,数值模拟和外场观测及物理模拟相配合,可用于环境质量评价、污染控制决策及交通规划。重点介绍了近十年内城市街谷大气环境研究的主要成果。     

一维冰相云参数化模式的数值试验

对一维冰相云参数化模式进行了一系列数值试验。试验结果表明,大气条件如水汽、上升运动速度和垂直湍流扩散系数等的变化,对各水凝物及其生成项有显著的影响,而各生成项对于模式参数数值上的差别,相对不十分敏感。     

高层建筑周围行人风环境数值模拟

采用基于k-ε湍流闭合方法的数值模式对高层建筑周围行人风场进行模拟,与风洞实验结果吻合。数值模式能够在每一个计算格点和每一个时间段提供流场的详细信息,因而,在准确评价行人风环境或者其他风环境问题上比风洞实验更具优势。随着计算技术的提高,数值模拟已变得更为快速经济,并成为研究城市风环境的有效手段。     

小型绿化带对城市建筑物周围风场影响的数值模拟

在城市街谷模式的基础上引入叶面指数,对小型林带的防风效应进行模拟、检验,通过实验结果与野外观测值的比较,证明此模式能较为合理的模拟防护林的动力遮蔽效应;将此模式应用于小型绿化带对高大建筑物周围风环境的影响的数值模拟,数值实验证明在城市冠层内,城市小型绿化带对高大建筑物周围行人高度的风场环境影响显著,设置合理的小型绿化带对城市高大建筑物附近风场有良好的改善效果。模拟实验中可见,在3m/s的入流风速下,建筑物侧面的角隅流达5m/s,设置合理的绿化带可使之降低到3.5m/s。     

高层建筑的风环境评估

通过实验数据的处理分析以及数值模拟结果,利用舒适度评估标准,对摩根中心的风环境进行了评价。发现在冬春大风季节,摩根中心附近会出现局地强风区,对人活动构成危险,需要采取相应的措施。     

山谷中热力环流的水槽实验研究

利用拖曳式水槽,采用影像法,模拟了山谷谷底存在地面加热时流场特征;讨论了环境风场对它的影响.发现在中性大气条件下,当静风时,山谷谷底受热形成的对流活动可向上伸展,充满整个山谷;当有风时,背风侧的对流被下沉气流抑制,对流被推到下风一侧,且风速愈大,对流活动范围愈小,对流产生的湍流也限于山谷的下风侧.如果山谷中存在一强低悬逆温,不论在静止的、或者不同速度的环境风场下,密度差形成的界面都起一个很强的顶盖作用,使山谷中加热引起的对流限制在界面下面.当山谷中存在一接地逆温层,谷底受热产生的对流活动会侵蚀接地逆温,形成一个浅对流边界层,层顶是一逆温层.逆温层上下之间的空气交换甚小,当有气流流过,逆温层界面以上会产生波动,而山谷内则是对流形成的湍流活动.     

建筑物对城市通风自净能力影响的数值试验

应用城市气候数值模式,分别计算了3栋6层住宅楼和1栋20层住宅楼两类建筑形式产生的风场,以及在此风场中街道汽车尾气的浓度分布。计算结果表明在总建筑面积相同情况下,高层建筑周围环境的通风自净能力要优于多层建筑。     

二维街谷热力动力场数值模拟

采用改进的ARPS动力模式模拟城市街谷流场,应用动力和能量平衡耦合模式模拟街谷温度场日变化过程。该动力模式能够模拟建筑物周围典型流场,包括街谷涡旋及背风区尾流涡旋等。耦合模式能够模拟街谷各接收面能量收支及温度场日变化过程。计算实例表明,上述模式系统可用于城市街谷和建筑群风环境和热力环境的研究,也可用于对街谷中空气污染物传输和扩散的计算。