杭州市城郊生态带对城市气象特征的影响

城市生态带的局地气候特征及其影响是生态城市建设的重要内容.利用南京大学区域边界层模式(Regional Boundary Layer Model,RBLM),对杭州市城湖控制区2014年和2015年12d个例进行了两组数值模拟研究.在不同背景风下,分析杭州市城郊生态带对下游城区气象特征的影响.研究表明:城郊生态带山区表面是低温、高湿和大风速区域,当背景风为西北风时,山区对下游城区的温度、相对湿度和风速的影响范围分别为0.25km,0.75km和0.5km;在西南风下,山区对下游城区的温度、相对湿度和风速的影响更远,降温、增湿、风速增大范围分别达到3.5km,3km和2.25km,这主要是因为山区是西南-东北走向的原因.2014年4月15日城湖控制区有明显的山谷风环流,当日背景风风速较小,观测到这一天背景风向为偏东风,且风向没有明显转向,谷风出现时间为11:00-18:00,山风出现时间为19:00-次日07:00,18:00-19:00为谷风和山风的转换期,山谷风垂直厚度大约为300m.     

基于自动站数据的三明市山谷风特征分析

选取三明市区9个自动气象站2021年逐日逐时风向、风速资料,依据站点地形分为3类,分类对比分析实测风代替山谷风方法、实测风分离本站系统风计算山谷风方法,得到最适合三明市山谷风计算方案。结果表明,斜坡与过渡型站点与峡谷型站点实测风的风频日变化接近山谷风环流特征;受地形放大因子作用影响,峡谷型站点的山谷风特征最为显著。9个站点中,实测风分离本站系统风计算山谷风方法总体优于实测风代替山谷风方法,峡谷型站点两种方法差异最小,斜坡与过渡型次之,城市内部型差异最大。实测风分离本站系统风计算山谷风方法可分离低频的系统风向,调整站点风向区间,使白天与夜间时段的主要盛行风位相相反,减小二者风频概率差值,接近理论上的山谷风。     

南京夏季城郊湍流特征对比分析

利用2010年南京夏季城市热岛三维观测试验资料,对比分析了南京夏季城市和郊区下垫面的湍流特征。结果表明:①郊区大气层结呈现规律性的日变化特征,而城市大气几乎全天处于不稳定层结状态;②不稳定层结下,城市、郊区三个方向无量纲风速标准差与稳定度参数均呈1/3幂次关系;城市无量纲水平风速标准差小于郊区,而在垂直方向无明显差异,郊区略小于城市;③城、郊下垫面归一化风速谱曲线在高频段随无因次频率满足-2/3幂次律;低频段谱曲线集中在相对狭窄范围内;郊区风速谱曲线要比城市开阔且平缓;城市风速谱有明显拐点,水平风速谱和垂直风速谱拐点对应的无因次频率分别为0.007和0.01;④南京城、郊的垂直风速脉动含能涡区的特征尺度均小于水平风速脉动含能涡区,湍流动能在垂直方向上主要分布于小尺度湍涡。     

城市冠层模式对城市气温模拟的改进

建立了一个城市冠层模式,并将该模式耦合在精细城市边界层预报模式中.城市冠层模式对城市地区地面气温夏季和冬季的模拟情况均优于传统平板模式的模拟结果,尤其是夜间地面气温的量值及变化趋势.城市冠层模式详细的考虑城市冠层建筑物三维结构对长短波辐射的作用以及热量存储能力.建筑物密集地区冠层地表反照率要低于建筑物相对稀疏地区,以北京地区的模拟为例,古观象台地表反照率夏季为0.167,冬季为0.163,南郊观象台夏季反照率为0.170,冬季为0.167.城市冠层模式能够较为准确的模拟城市地区地表能量平衡关系,白天净辐射通量要大于平板模式模拟结果,大多数能量存储在冠层三维结构中,感热通量较低;夜晚冠层释放存储的热量加热冠层表面,冠层通过向上的感热通量传输加热上部大气,夜间感热通量表现为正值.     

建筑密度对城市热岛影响的多孔介质数值模拟

根据城市空间结构与多孔介质的相似性,在城市热岛效应的研究中引入了多孔介质理论,采用体积平均技术和雷诺时均方程法建立了适用于城市湍流流动与换热的多孔介质数学模型,并利用微尺度数值模拟计算结果的空间体积平均对模型的有效性进行了验证.采用建立的城市多孔介质数学模型,合理地考虑城市热源在城市冠层内的空间分布,研究了建筑密度对城市热岛强度的影响.结果表明:城市区域热岛强度随着地面孔隙率的增大而减弱,地面孔隙率每增加0.1,就会引起城市热岛强度减小0.36 K;在城市游的乡村地区,随着离开城市距离的增加,热岛强度逐渐消失;城市冠层底部的热岛强要显著高于上部,热岛强度随高度的增加几乎呈线性减小;城市对上空气流的影响可以延伸至5倍的城市冠层高度.     

利用GRAPES-UCM模式对广州典型污染天气过程的数值模拟研究

利用城市冠层加强观测资料对GRAPES-UCM模式进行了多个例的模拟分析与效果检验,表明:城市冠层效应使城市平均气温升高1.2℃,感热通量增加163%,热岛效应增强近1.3℃;城区风速减小16%,而风速的脉动增大;GRAPES-UCM模式对城市地表温度、风速、向下短波辐射、向上长波辐射、感热通量等的模拟结果与实际观测更为接近.近地面静小风、稳定的近地面层结(逆温)及风向的辐合导致污染物的局地堆积,容易造成高PM2.5浓度与低能见度的灰霾天气;与台风外围下沉气流相联系的高温有利于高臭氧事件的发生.城市冠层模式的引入对GRAPES模式在城市下垫面的模拟效果有显著的提升作用,能更好模拟出不利于污染物扩散的气象条件.     

竹类侵扰下的四面山南方红豆杉群落物种多样性研究

通过对重庆市四面山风景区南方红豆杉林样地的调查,运用丰富度指数、Shannon-W iener多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数,分析该地区竹类侵扰下的南方红豆杉群落物种多样性特征.结果表明：该群落可划分为1个群系组4个群丛,慈竹是该群落的优势种,而红豆杉为灌木层的优势种,同时也是群落的特征种;该群落在垂直结构上可分为乔木层、灌木层和草本层;其丰富度指数和多样性指数均表现为灌木层〉草本层〉乔木层;在均匀度上各群丛各层未表现出明显的一致性.     

胜坨油田二区沉积微相特征与剩余油分布

以岩心分析和测井解释为依据 ,对胜坨油田二区沙河街组沉积微相与剩余油分布进行了研究。研究结果表明 ,胜坨油田二区沙河街组二段发育典型的河控三角洲沉积 ,其中 7砂层组为三角洲平原沉积 ,发育水下分流河道、天然堤、分流间湾微相 ,各小层及韵律层网状河道特征明显 ;8砂层组为三角洲前缘沉积 ,发育河口砂坝、远砂坝微相 ,每个韵律层从岸向盆地依次出现坝顶部、坝主体和坝侧缘及远砂坝。在本区 ,沙河街组二段沉积微相控制了油藏的剩余油分布 :在纵向上 ,剩余油主要富集在分流河道的中上部、河间薄层砂体和河口砂坝中下部 ;平面上 ,剩余油富集在河道边缘、坝侧缘、坝顶部的砂层中     

胜坨油田二区沉积微相特征与剩余油分布

以岩心分析和测井解释为依据,对胜坨油田二区沙河街组沉积微相与剩余油分布进行了研究。研究结果表明,胜坨油田二区沙河街组二段发育典型的河控三角洲沉积,其中7砂层组为三角洲平原沉积,发育水下分流河道、天然堤、分流间湾微相,各小层及韵律层网状河道特征明显;8砂层组为三角洲前缘沉积,发育河口砂坝、远砂坝微相,每个韵律层从岸向盆地依次出现坝顶部、坝主体和坝侧缘及远砂坝。在本区,沙河街组二段沉积微相控制了油藏的剩余油分布：在纵向上,剩余油主要富集在分流河道的中上部、河间薄层砂体和河口砂坝中下部;平面上,剩余油富集在河道边缘、坝侧缘、坝顶部的砂层中。     

京津冀地区局地大气环流耦合效应与区域可持续发展的战略思考

本文针对京津冀地区局地大气环流耦合效应和大气环境可持续发展问题,应用中尺度非静力模式MM5.V3,采用三层双向嵌套技术,模拟了京津冀地区山谷风、海陆风和城市热岛环流的耦合效应及其形成的该区域的复杂的大气环流特征。模拟结果表明:在弱天气系统控制下,该地区大气边界层中可同时存在海陆风、山谷风和城市热岛环流及其明显的耦合效应;海陆风环流极盛时可深入陆地200公里左右,山谷风环流的影响最大可覆盖北京区域内的平原地区,而城市热岛环流则发生在城市中心几十公里的范围内,并对前两个环流起明显的削弱作用;三环流均存在日变化特征,海陆风、山谷风环流的相位相差约6个小时左右;三环流的耦合结果使一年内京津冀地区边界层环流形势大致可分成春夏型与秋冬型,在一天内又可分为凌晨至上午的平原风和下午至深夜的山地风;三环流的耦合在该地区西北部山地与平原的交接地带形成一条大致沿地形等高线走向的风场辐合带。这条水平风辐合带几乎常年存在,其下端一直向西南方向延伸直到和另一条平行于太行山走向的水平风辐合带汇合,从而对京津冀地区大气污染物的积聚与输运过程及大气环境质量可能产生重要影响。     

城市林地叶片与冠层尺度CO2浓度、水汽密度比较

为了定量评价城市公园林地的小气候作用,在北京市海淀公园架设涡度相关系统连续观测林地的冠层尺度数据,利用光合作用仪Licor 6400观测林地较大面积树种的叶片尺度数据,比较夏季日间叶片尺度与冠层尺度CO2浓度和水汽密度.结果表明,两个尺度观测的CO2浓度和水汽密度的日变化趋势基本相同,但叶片尺度CO2浓度高于冠层尺度数据10％ ～20％,叶片尺度水汽密度高于冠层尺度数据40％ ～70％.冠层尺度数据的双峰"午休现象"不明显,或弱于叶片尺度数据和存在时间上的滞后.叶片尺度CO2浓度与净辐射、净光合速率呈显著的负相关关系,叶片尺度水汽密度与蒸腾速率呈显著的正相关关系、与空气温度呈显著的负相关关系.冠层尺度CO2浓度和水汽密度数据均与垂直风速呈显著的正相关关系.研究结果有助于了解城市林地冠层与叶片之间CO2和水汽的湍流输送.     

塔里木盆地南缘风速变化特征分析

采用趋势分析、相关分析、Morlet小波函数和M-K突变检验等方法,分析位于塔里木盆地南缘的8个气象站点平均风速的变化趋势、变化周期、突变情况和变化机制.研究结果表明:1961-2013年间塔里木盆地南缘各气象站点的平均风速为1.61～2.50m·s~(-1),风速的年际差异较小;各站点的风速递减速率为0.01～0.29m·s~(-1)·(10a)~(-1),存在明显差异,平均速率和西北地区整体变化速率一致,但仍具有区域特殊性,不同于西北地区整体变化过程和北疆的变化过程;各研究点风速变化波动周期在4a、15～18a较为一致,但在其他研究中发现的8～10a的波动周期在本研究区不同研究点之间差异较大;喀什、民丰平均风速突变时间为1974年,皮山、和田为1973年,且末、于田分别为1984年和1981年,莎车、若羌没有突变点,说明突变情况差异较大.     

城市冠层粗糙度对暴雨云团运动和降雨落区的影响

城市下垫面因其特殊的动力学和热力学特性,会对降雨产生影响。该研究以雄安新区为例,利用中尺度气象模式(WRF)对2016年7月20日的大规模暴雨事件进行模拟,采用不同城市冠层粗糙度方案设置,研究城市冠层粗糙度对暴雨云团运动和降雨落区的影响。结果表明,城市冠层粗糙度对暴雨云团的运动和降雨落区有显著影响:当城市冠层粗糙度较小时,云团经过城市时被加热,产生水汽辐合和雨岛效应,从而增加城区和下风向的降雨;当城市冠层粗糙度较大时,云团在城市上风向停留,使城市上风向降雨增加;城市冠层粗糙度进一步增加会改变暴雨云团的运动方向,使城市周边降雨增加。该研究评估了城市冠层粗糙度对降雨的影响,为未来城市规划与建设提供了科学依据,对城市降雨模拟的参数选择具有参考意义。     

山谷环流的二维数值模拟

建立一个采用地形跟随坐标系,能适用于复杂地形的边界层数值模拟的二维静力平衡大气模式．模式只需要单点探空资料及高层地转风资料作为初始条件．利用该模式对祁连山引起的山谷风环流进行模拟研究,试验结果表明在早晨有较强的下坡风,厚度为１０００ｍ;而在下午表现为谷风,厚度为８００ｍ．     

不同坡度单体山丘风速地形修正系数与 越山风效应风洞试验研究

为了研究不同坡度单体山丘风速地形修正系数与越山风效应对输电塔线结构的影响,对比了国内外5种规范取值与风洞试验测试结果,分析了不同坡度山丘山顶位置和迎、背、侧风坡面风速地形修正系数,并探讨了山丘风场竖向风速分量与紊流度变化特性.研究结果表明:5种规范中我国建筑结构荷载规范与高耸结构设计规范对不同坡度山丘山顶处的风速地形修正系数的取值最大;山顶位置风速地形修正系数并非完全随坡度增大而增加,坡度大于0.577之后达到1时,风速地形修正系数反而减小;现有的拟合公式计算山丘表面区域的侧风坡风速修正系数取值偏小,而计算上部区域的风速修正系数取值却明显偏大;山体坡度越大则竖向风速分量极大值反而越小,三类坡度山丘在迎风坡和背风坡测试的最大竖向风速分量与参考来流风速的比值分别为0.523和-0.542;山体坡度越大则表面紊流度越大,特别是陡峭山坡背风侧紊流度比较大,坡度为1时山丘背风侧0.6倍山体高度处的紊流度可高达35%.     

基于BP神经网络的风速观测资料序列订正模型

利用甘肃省河西地区敦煌、酒泉、民勤3个站点2004-2007年自动观测与同期人工观测系统的风速观测资料,采用BP神经网络建立了人工观测风速观测资料序列的订正模型,并进行了模拟效果检验.结果表明:利用BP神经网络建立的订正模型能对风速观测资料进行较高精度的订正,3个站点风速拟合差值相对于原差值明显减小,订正结果与自动观测资料的相关系数均在0.90以上.各个站点的平均相对误差较小,在12%以下,且订正模型的稳定性和可扩展性较好;各个站点的平均相对均方根差为3.20～3.84,效果良好,可为建立均一性时间序列的风速观测资料提供参考.     

城市粗糙子层湍流能谱特征分析

对南京市委党校两个不同高度层湍流速度谱特性分析表明:(1)近中性情况下,两层湍流动能密度均大于平坦草地上结果,并且低层湍流动能密度大于高层,高层的湍流比低层的湍流更接近局地各向同性,说明城市粗糙子层的湍流生成率要高于草地上的结果,并且越靠近冠层顶部,湍流的生成率越高,湍流越偏离局地各向同性.两层都有约20%的能谱出现了谱隙,湍流次尺度的平均量级与粗糙元的平均尺度比较接近,城市粗糙子层中粗糙元效应比较明显.(2)两层湍流动能耗散率随稳定度变化,中性情况下,粗糙子层中两层湍流动能耗散率均大于平坦草原上的结果,并且低层的值要高于高层;不稳定情况下,粗糙子层中湍流动能耗散率随不稳定度增加的增长率要高于草地上结果,稳定情况下,两者相差不大.     

北京市秋季大气边界层结构与特征分析

利用2000年9—10月北京市西部城、郊3个站点的探空资料,分析该地区秋季边界层高度的平均变化规律,探讨边界层内温度、风向、风速的廓线性质和结构特征,了解其时空变化和差异。结果表明,北京市秋季白天边界层最大高度平均约1km,夜间稳定层高度在200～400m之间。晴朗天气里,白天城区边界层温度高于郊区,反映出城市热岛的作用,夜间热岛现象不明显。较低的边界层高度和其顶部经常维持的强稳定层(强逆位温层)阻断上下层流动的关联,有利于近地面大气维持静稳状态和该季节雾、霾天气的出现。夜间约400m以下气层的流动大体分为3种形态,即整层小风型、低空急流型和贴地风速极大型。温度层结与夜间流动结构有密切对应关系。     

夏季风下的太湖风场-流场野外观测研究

为研究太湖风场特征、湖流特征以及不同类型风场对太湖湖流的影响,在太湖不同区域布设6台多普勒剖面流速仪和4座气象站,获取同步流场和风场数据,分析夏季风与湖流流场的关系。结果表明:(a)风场方面,空间分布具有不均匀性,各观测点间风速差异较大,各观测点间风向随风速减小而差异扩大化。(b)太湖流场具有明显的风生流特征:空间上,大风(时段平均风速在6.7 m/s以上)情况下,西部湖区出现逆时针环流,湖流分层不明显;小风(时段平均风速在3.8 m/s以下)情况下,没有明显的环流出现,上、下层湖流分层明显,各层流向相对稳定但不相同,补偿流发育。(c)流速方面,10 cm/s以下流速比率90%以上,局部区域水流速度在强风条件下可达20 cm/s。     

兰州市榆中县城区重气示踪试验的初步分析

“城市气象/示踪试验”在中国西北甘肃省榆中县的城市区域内(3 km×3 km)构建了一个精细化的观测网,对气象场和示踪物浓度场进行了高时空分辨率的观测。利用观测资料初步分析了城区内流场及示踪物的输送扩散特征。结果表明：受不同尺度运动相互作用的影响,城区流场十分复杂;城市冠层顶风场与示踪物浓度场有较好的对应,即浓度高值区基本出现在主导风向下风方向±20?的扇形区域内且呈现出近似为正态分布的特征,同时地面和城市冠层顶示踪物的浓度分布存在明显差异。