城市应急重气扩散模型在JU2003扩散试验中的模拟验证

发展了一个能够考虑昼夜大气稳定度差异的城市应急重气扩散模型——SLAB_URBAN模型,利用该模型对美国Oklahoma City Joint Urban 2003(JU2003)城市扩散试验进行了模拟,主要关注下风方向不同观测距离的Cmaxu/Q值,并将模型模拟出的Cmaxu/Q值与JU2003试验观测的Cmaxu/Q值进行了对比验证。结果表明:SLAB_URBAN模型能够模拟出昼夜不同稳定度条件下城市重气扩散在下风方向浓度的分布状况;SLAB_URBAN模型的统计误差分析显示其模拟结果与观测值较一致;此外,从应急反应和安全角度考虑,SLAB_URBAN模型也符合实际工作的需求。

两种土壤温度算法的对比分析

为了定量理解黄土高原土壤的物理特性和过程,为进一步提高陆面模式对该地区地表能量平衡模拟能力奠定基础,本文利用2005年黄土高原陆面过程试验中7月22-26日期间裸土地表观测站土壤温度观测资料,采用热传导（结合数学拟合法）、热传导-对流两种方法分别计算了该地区土壤热扩散率。本文还利用热传导-对流方法计算0.05-0.1 m浅薄土壤层的热扩散率垂直梯度与水通量密度之和,其值介于0.80×10^-6-2.43×10^-6m/s之间。在此基础之上,以0.05 m深度的土壤层为上边界,分别利用上述两种方法模拟0.10 m深度的土壤层温度,结果表明：由于忽略土壤的垂直不均匀性和水分的垂直运动而只考虑热传导过程,热传导方法不仅高估了土壤温度振幅,而且高估了位相的延迟。而热传导-对流方法对温度振幅和位相的模拟值与实际观测值吻合较好,白天（北京时间08：00-20：00）的温度模拟值相对测量值的平均误差、标准差和归一化标准差分别为0.19 K、0.18 K和0.08%。

城市近地层湍流通量及CO_2通量变化特征

利用北京325m气象塔47m高度上2006年全年连续观测获得的湍流资料,分析了北京城市近地层动量通量、感热通量、潜热通量和CO2通量的典型日变化、月平均日变化和季节变化特征。分析结果显示:动量通量具有明显的单波峰日变化特征,在15时(北京时间)左右达到最大,季节变化中春季最大,冬季次之,夏、秋季最小;感热通量和潜热通量全年变化范围分别为-92～389W.m-2和-75～376W.m-2,其日变化也表现为单波峰特征。感热通量的日变化受城市下垫面和人为热源影响,入夜后虽然降为负值,但只略小于0。阴雨天感热通量和潜热通量均很小,降雨前后有明显区别。感热和潜热最大值分别在春季3月和夏季6月,最小值都在冬季1月;城市下垫面CO2通量总表现为正值,即净排放,最大值为3.88mg.m-2.s-1,不稳定情况下最小值小于-2mg.m-2.s-1。受到人类活动的影响,CO2通量的日变化特征在工作日与周末有明显区别;由于冬季采暖,CO2通量明显大于夏季;在夜间,CO2通量受进城车辆的影响也出现高值。

风场对全球海洋CFC-11吸收的影响

为了在中国科学院大气物理研究所的全球海洋模式(LASG/IAP Climate Ocean Model,LICOM)中研究不同的风场引起的海气传输速度对三氯一氟甲烷(CFC-11)在海洋中的分布和吸收产生的影响,同时选出更适用于LICOM模式模拟海洋对气体吸收的风场,本文做了4组对比实验,即传输速度为常数(实验-C)以及依赖3个不同风场(Esbensen and Kushnir观测风场(实验-EK)、National Centers for Environmental Prediction(NCEP)再分析风场(实验-NP)、QuikSCAT卫星风场(实验-QS))的实验。在对比分析中重点考察了CFC-11的海气通量、海表浓度、水柱总量、传输过程等。结果显示,不同风场带来的传输速度差异会造成模拟结果在局部海域存在显著差异,但在大部分海域的差异并不显著。而且随着积分时间的增加,从海气通量、存储量两方面可以看出,不同模拟结果之间的差异有着减小的趋势。如1955年1月北大西洋局部地区,不同的风场下的海气通量模拟结果间的差异达到20%左右,到了1995年1月这种差异下降到15%左右。此外,传输速度的选取依赖风场计算值的全球平均值(试验-C)会造成模拟结果相对偏小,而风速相对较大的QuikSCAT卫星风场资料在一定程度上使得模式模拟结果与观测资料更为接近。

城市环境对重气扩散的影响及其验证

开发了适合城市环境下的应急重气扩散模型——SLAB_URBAN模型,该模型能够对城市环境下重气的传输扩散过程进行模拟。模型的原理基于重气扩散浅层理论,采用了新的城市边界层和扩散参数的参数化方案。该方案考虑了城市冠层内特有的风和湍流扩散的特征,能够体现城市边界层和湍流对重气扩散的影响。对美国盐湖城Urban2000的城市扩散试验进行模拟,主要验证下风方向观测弧所观测到的气体最大小时平均浓度与源释放速率的比值。结果表明,模型能够比较好地模拟出下风方向上浓度的分布特征。另外,与国外同类城市扩散模型的比较来看,SLAB_URBAN模型的模拟能力居于前列。