一种城市地表能量平衡模式在上海的模拟评估

利用一整年的上海城区常规气象和地表能量平衡观测资料,驱动和检验了局地城市地表能量(水分)平衡模式(SUEWS/LUMPS)在上海地区的模拟能力,并对模式输入参数进行了部分本地化。模拟结果表明,SUEWS模式较好地再现了各辐射通量的日变化形态,对净辐射通量(Q~*)中午日峰值低估约为25 W·m^(-2);模式对四个季节向下长波辐射通量(L_↓)的日变化幅度均被低估,对向上长波辐射通量(L_↑)的模拟明显优于L_↓。SUEWS/LUMPS模式对感热通量(Q_H)各季节(春季除外)日峰值出现时次均有准确模拟,而对Q_H量值各季节均为低估;SUEWS模式在夏、秋季对白天潜热通量(Q_E)的模拟均优于LUMPS模式,而在冬、春季的模拟情况两者接近;SUEWS模式成功再现了储热通量(△Q_S)冬、春、秋季早、晚正负值转换时间,而在夏季滞后了2 h,模拟的△Q_S量值季节差异性较大。对模式误差随气温、风速及风向变化进行分析表明,在较高气温和较大风速下,Q_H、Q_E均表现为低估误差增大,而△Q_S则相反,表现为更显著地高估;风向的影响主要表现为模式未考虑东面密集建筑群而使得Q_H较明显低估约为-50 W·m^(-2),而西侧公园绿地的存在使得Q_H高估约15 W·m^(-2)。

城市非均匀性对城市地表能量平衡和风温特性的影响

为了研究城市的非均匀性对城市气象特征的影响,根据南京市landsat卫星资料的建筑密度分布特征,将南京市不同区域的城市分成:商业型城市、高密度城市、低密度城市.利用天气预报模式(WRF)模式针对南京地区非均匀城市类型分布进行了1年的高分辨率模拟,研究了城市非均匀性对城市地表能量平衡和城市热岛等气象特征的影响.研究结果表明:城市地表能量平衡和城市热岛等气象特征对城市非均匀性比较敏感,城市非均匀性导致平均城市感热、净辐射、热岛强度、城市郊区风速差减弱,而潜热增加.考虑城市的非均匀性之后,地表能量平衡各项以及温度、湿度、风场在城市区域的分布更加复杂,空间分布的方差和极值明显增加.如非均匀城市使平均感热、热岛强度和城市风速衰减分别下降了9.3 W·m-2、0.18℃和0.14m·s-1,潜热增加11.2 W·m-2;但非均匀城市使热岛强度、风速衰减、净辐射的最大值增加了0.28℃、0.28m·s-1和5.7·m-2.城市对于风速的衰减,会导致低空急流带的强度变小、厚度变薄.

城市地表能量平衡方案研究的新进展

系统介绍了城市地表能量平衡的物理过程及其参数化方案的研究进展.由于城市化等因素的影响,城市地表能量平衡方案中的各个物理量发生变化,进而影响不同尺度的大气环境和城市气候,尤其是微尺度气候.另外,分析和比较了几种城市冠层模型的特点,及其与中尺度大气模式的耦合,提出目前存在的一些问题和未来的发展方向.结论认为,从中尺度大气模式的研究和发展来看,城市冠层模型和中尺度大气模式的耦合可以有效地提高中尺度大气模式的模拟水平,这也有助于中尺度大气模式的精细化模拟研究,从而更好地理解城市地表能量平衡中各个物理量的变化对大气环境和气候变化的影响.

北京城市地表能量平衡特征观测分析

本研究采用位于北京市北三环与北四环之间的325m气象塔47,140,280m三层高度上2009年7月1日至2010年6月30日一年的涡动相关观测资料,分析了该区域城市复杂下垫面的地表能量平衡特征.研究表明:(1)北京325m气象塔的观测结果代表了处在暖温带半湿润大陆性季风气候区的中国城市所特有的地表能量平衡特征,即:夏季炎热多雨、冬季寒冷干燥,造成夏季波恩比最小,秋季次之,冬季最大.140m高度上晴天条件下,春夏秋冬四季白天波恩比分别为2.86,0.82,1.17,4.16.(2)140m高度基本处于常值通量层.该层上,正午前后的反照率夏季约为0.10,春、秋季约为0.12,冬季约为0.14;白天储热在净辐射中所占比例夏天最小、冬天最大,分别为0.51和0.66;白天感热、潜热、储热占净辐射比例的年均值,晴天时分别为0.25,0.16和0.59,多云时分别为0.33,0.19和0.48.(3)晴天的夜间,各季节感热均接近于零,而潜热均大于零;多云时,冬季夜间的感热略大于潜热.可推测:该部分夜间向上的热通量主要是由人类活动所释放,人为热在夏季以潜热为主,冬季则潜热和感热同等重要.

城市地表特征数值模拟研究进展

城市化改变了城市地区和周边区域热力、动力以及水文气象过程,从而对地表与大气相互作用产生一系列复杂的影响。目前,我国正处于城镇化的快速发展阶段,城市地表特征及其气候效应研究对于建设生态宜居城市非常重要。从城市地表特征观测与分析研究、城市下垫面特征变化对天气气候的影响途径及机理以及城市陆面模式发展3个方面总结了近年来国内外城市地表特征数值模拟研究进展。指出了当前城市地表特征数值模拟研究存在的一些问题,并且提出了今后进一步研究发展的主要方向。