天津地区城市热岛环流与海风环流相互作用的研究

利用中尺度数值模式(TJ-WRF)模拟资料及天津加密自动气象站资料等,选取几个典型天气过程(城区附近局地强雷暴天气过程、受海风影响明显的无天气过程)个例,分析研究天津城市热岛环流与海风环流的空间结构特征及相互作用;重点对城市热岛环流与海风环流相互作用触发局地强雷暴的机制进行分析。结果表明:城市热岛环流的伸展高度基本在800 hPa附近、空间范围约为20 km、环流内有弱的辐合上升;海风环流的伸展高度在800~750 hPa、空间范围40~60 km,海风环流前沿海风锋的伸展高度为950~900 hPa,垂直上升速度平均为0.2 m·s^(-1),略强于城市热岛环流。海风环流对城市热岛环流有明显消弱作用,城市热岛环流对海风环流有一定的阻挡作用,其阻挡的程度与城市热岛环流强度有关。随海风环流向内陆推进,海风环流与城市热岛环流相遇出现叠加,叠加后的辐合上升运动明显加强,最大上升速度可达0.6 m·s^(-1),并在不稳定天气形势条件下能触发局地强雷暴天气的出现。

污染天气下成都城市热岛环流结构的数值模拟

本文利用中尺度模式WRF V3.9对2016年7月16日成都一次污染天气下的城市热岛环流个例进行了数值模拟,分析了城市热岛环流的三维结构及演变特征.并通过设计减少气溶胶光学厚度的敏感性试验,研究了污染对城市热岛环流的可能影响.结果表明:当地时间17∶00城市热岛环流开始形成.随着热岛强度增强,环流增强,城乡边界处的城市风锋不断向城市中心推进.19∶00热岛环流结构最显著.21∶00环流结构被破坏,仅低层存在微弱的乡村风.在热岛环流结构最显著时刻,近地面风场由郊区向城市辐合,地面以上2.0 km处风场由城市向乡村辐散,辐散中心与辐合中心位置大致对应.此时城市风锋在城市处合并,环流的水平尺度约为城市尺度的2~2.5倍.当气溶胶光学厚度减小后,城市热岛环流尺度和强度以减小为主.特别是在热岛环流最显著时刻,低层乡村风风速减小,城市风锋最大上升速度降低,环流的水平尺度在西、南、北三个方向均减小,且高空回流高度降低.可能的影响机制是,气溶胶光学厚度减小后,净辐射通量增大,城乡地表能量通量差异增大,城市边界层高度升高.但城市边界层高度升高对城市热岛的抑制作用超过了城乡地表能量通量差异增加对城市热岛的增强作用,最终造成城市热岛减弱,环流减弱.

重庆城市热岛环流结构和湍流特征的数值模拟

利用中尺度模式WRF(V3.9)对2016年8月17~18日重庆一次城市热岛环流个例进行了数值模拟,探讨了山地城市热岛环流的三维结构和演变特征,分析了热岛环流期间湍流动能和各项湍流通量的特征。结果表明:15:00(北京时,下同)乡村风开始出现,随着热岛强度增强乡村风增大,18:00热岛环流结构最显著,次日02:00热岛环流结构被破坏,仅低层存在微弱的乡村风。其中,重庆市城市热岛环流最强时,水平尺度约城市尺度的1.5~2倍,垂直厚度约1.3 km,水平风速约2~4 m s-1,最大上升速度约0.5 m s-1。受地形、河流以及背景风的影响,环流呈现非对称的结构,且强度较弱。湍流特征分析结果表明,城市区域的湍流动能明显大于其它区域。此外,城市热岛环流通过湍流运动将郊区的水汽输向城市;高层湍流动量补充边界层中因热岛环流发展而造成的动量耗散。

北京城区热岛环流对山地-平原风的调节作用

利用2002年北京市自动气象站网的逐时资料,采用统计方法对北京城市水平风场的散度、"城市热岛"强度和风向频率的日变化特征进行了分析,并总结归纳出在弱天气系统形势下(地面风速<3级)北京地区风场的基本形态。结果表明:1)北京"城市热岛"环流是存在的,但只是对区域性的山地-平原风起调节作用。2)在作用相当的因素(如山地-平原风、热岛强度和大气稳定度)控制下,夏季的"城市热岛"环流造成城区风场的辐合特征。3)其他季节的"城市热岛"环流,主要由山地-平原风控制,即刮山地风时,北京城郊的风场表现为向城区的辐合;刮平原风时,北京城区风场表现为辐散特征。

上海城市对风的影响

本文分析了上海城市对风速和风向的影响及其原因,发现: 1.上海市城区和市郊风速差异随风速增大而增大,但在盛行风速小于某一临界值时,城市风速反而大于郊区;临界风速随季节而有变化,其影响因素很复杂;从日变化的特点看,它与温度层结和热岛强度的日变化等关系较密切。下风测站的风速在不同盛行风向和风速下,其变化也不同,尤其在较小风速和较大风速时,随盛行风向的变化迥然有异。 2.对风向的影响较为复杂。冬季下风方向市区南面测站表现有明显的右偏,而夏季市区北面的 测站则主要表现为左偏。城市内部各测站的风向(冬季)有显著地向市区中心下风方辐合的趋势;达一现象与城市热岛的影响看来有密切的关系。 通过市区探空资料证明,在背景风速很弱时,确实存在城市热岛环流。这时,市区南北有明显的低层辐合,辐散的风向在高空有转换现象,转换层高度越近市区越高,市区北面离得较远的地方约在600—700米,而市区南面近市区边界的地方约在100米左右。

京津冀地区大气局地环流耦合效应的数值模拟

应用中尺度非静力模式MM5.V3,采用三层双向嵌套技术,模拟了京津冀地区不同季节温度场和风速场等边界层特征量及其变化特征.模拟结果表明:(1)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,同时三者还存在明显的耦合效应;(2)海陆风环流极盛时可深入陆地200km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范围内,并对前两个环流起明显的削弱作用;(3)三者的演化均存在日变化特征,且前两者的相位相差约6h左右;(4)上述三种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;(5)上述三种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,即所谓的污染物汇聚带.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,从而对北京地区大气污染物的积聚与输运可能产生重要影响.