城市建筑物對邊界層結構影響的數(shù)值試驗研究

1、文章編號 : 100020534 (2006) 0520824210城市建筑物對邊界層結構影響的數(shù)值試驗研究蔣維楣 3陳燕 ,( 南京大學 大氣科學系 , 江蘇 南京 210093)摘 要 : 在區(qū)域邊界層模式的數(shù)值模擬中引入建筑物的影響 , 與實際觀測的對比表明 , 模擬結果能較好地體現(xiàn)建筑物對城市風場的影響 , 提高了模擬性能 。本研究根據(jù)城市形態(tài)特征 , 設計不同建筑物高 度和密度的敏感性試驗 , 結果表明 : 建筑物一般會使城市地區(qū)風速減小 , 風速最大可減小1 . 6 m/ s , 易引起低層氣流的輻合 。湍流動能中的機械產(chǎn)生作用增加 , 湍流交換加強 , 大氣層結的不穩(wěn)定性增大 ,

2、混合層高度增加 。地表和大氣之間動量交換被削弱 ; 日間熱量交換減弱 , 夜間熱量交換增強 。這些變 化表明 , 建筑物對城市氣流及邊界層結構的影響十分明顯 , 尤其在風速較大的時候 。關鍵詞 : 城市密度 ; 城市邊界層結構 ; 建筑物中圖分類號 : p463 . 3文獻標識碼 : a( rbl m) 及 模 擬 研 究 1214 中 引 入 建 筑 物 的 作 用 ,在動量守恒方程中增加由城市建筑物作用而產(chǎn)生的 拖曳強迫項 ; 在湍流動能方程中增加湍流動能尾流 產(chǎn)生項 ; 利用城市建筑物的平均高度 、每個網(wǎng)格內(nèi) 的面積比例 , 得到城市地區(qū)的空氣動力粗糙度 。本文主要利用杭州實際條件進行計

3、算檢驗后 , 根據(jù)城市的形態(tài)特征 , 設計了不同高度和密度的建筑物分 布 , 通過數(shù)值試驗分析其對城市動力結構的直接影響 , 以及由此產(chǎn)生的對城市氣象環(huán)境其它方面的影響 。引言城市的發(fā)展與建設使大量密集的 、復雜形態(tài)的 建筑物代替自然下墊面 , 改變了空氣流動和湍流的 自然特性 , 對城市邊界層結構產(chǎn)生重要影響 。在本 文模擬范圍及尺度分辨條件下 , 要利用顯式方案計 算城市建筑物的影響有較大難度 , 而在城市邊界層 模式中采用參數(shù)化方案描述建筑物的作用則是比較 可行的方案 13 。當缺少建筑物信息時 , 一般將城市作為均勻下 墊面處理 , 提高空氣動力粗糙度 , 以反映建筑物的 作用 4 。

4、在利用城市地理信息 、航拍 、衛(wèi)星觀測等 手段 , 獲得城市形態(tài)及建筑物信息后 , 則建立起城 市形態(tài)與 粗 糙 度 之 間 的 聯(lián) 系 5 , 6 。 ya ma da 7 利 用 一個二階動量湍能閉合模式研究植被冠層產(chǎn)生的拖 曳作用對大氣邊界層的影響 。u no 等 8 和 ma r uy2 a ma 9 將植被冠層研究中通常使用的“拖曳強迫”方 法引入到城市建筑物對大氣動力作用的研究中 , 以 考慮建筑物占據(jù)空間的影響 。ku sa ka 等 10 考慮了 街谷 、建筑物以及不同下墊面對動量的影響 , 并與 w r f 模式中的 no a h - l sm 陸面模式耦合 , 進行 模擬研

5、究 。為了了解建筑物對城市氣象環(huán)境的影響 , 參考 有關 研 究 工 作 711 , 在 我 們 的 區(qū) 域 邊 界 層 模 式1數(shù)值試驗設計及模式檢驗在改進后的區(qū)域邊界層模式中 , 將網(wǎng)格內(nèi)建筑 物的迎風面積和網(wǎng)格內(nèi)空氣體積之比定義為城市建 筑表面積指數(shù) a ( z) , a ( z) 隨高度變化 。在 u , v 分 量方程和湍能方程中引入城市建筑物阻尼和擾動影 響項 :212 2 ) 1/ 2f= -c d a z u u + v ,() ( 1)bu2= - 1c d a ( z) v ( u2+ v2 ) 1/ 2 ,( 2)fbv21c d a ( z) ( |u | 3 +| v

6、 | 3 ) ,( 3)p eb=23c d a ( z) ( | u | 3 +| v | 3 ) ,( 4)pb =4 e收稿日期 : 2005207205 ; 改回日期 : 2005212214基金項目 : 國家自然科學基金重點項目 ( 40333027) 資助作者簡介 : 陳燕 ( 1977 ) , 女 , 江蘇揚州人 , 博士 , 主要從事城市氣象環(huán)境 、大氣邊界層物理 、城市規(guī)劃發(fā)展與污染防治關系的研究3 通訊作者 : email : jw m nj u . edu . cn其中 , 是每個網(wǎng)格內(nèi)建筑物面積比例 。拖曳系數(shù)與建筑物的數(shù)量 、高度 、空間分布 、外形以及氣流 與建筑物

7、的角度有關 , 目前對實際城市中拖曳系數(shù)的研究還比較少 。根據(jù) ra up ach 15 的風洞試驗 研究結果 , 取拖曳系數(shù) cd 為 0 . 4 。 以杭州為例進行研究 , 模擬范圍為 100 k m 100 k m , 包括杭州 、蕭山 、臨安 、富陽 、紹興等地 。 地表利用類型主要包括城市 、莊稼 、草地 、水面等類型 ( 圖 1) 。杭州市區(qū)建筑物的平均高度為 30 m ,建筑物 在 模 擬 水 平 網(wǎng) 格 中 的 覆 蓋 比 例 為 20 % 40 % , 詳見圖 2 。本文對人為熱源的處理 , 考慮了主要工業(yè)能源消耗量 、居民生活能耗以及交通能耗等方面 。由浙江省統(tǒng)計年鑒 ,

8、利用模擬區(qū)域內(nèi)實際的土地面積 、人口密度 、大型企業(yè)的主要能源消費量 、社會機動車輛擁有量等資料 , 分析估算得到人為熱源排放的 水平分布情況 。同時在模式中引入日變化函數(shù) 16 , 認為人為熱源在白天一直保持很高的水平 , 且存在 早晨和傍晚兩個峰值 , 夜晚則一直較低 , 這樣體現(xiàn)了人為熱源排放隨時間的變化 。在模式中對人為熱 源的引入方案也進行了改進 , 不僅在地表能量平衡 方程中考慮人為熱源的影響 , 同時在大氣熱流量方 程中也加入其作用 , 這樣體現(xiàn)了人為熱源隨高度的 變化 。在地面 , 建筑物密集 , 人為熱 源 釋放 最多 ,越往高層 , 建筑物密度越小 , 人為熱源釋放量也相

9、應減少 。通過這些分析 , 得到杭州市人為熱源日平 均值 為 50 w/ m2 , 最 大 值 為 60 w/ m2 , 出 現(xiàn) 在18 :00左右 ; 最小值為 30 w/ m2 , 出現(xiàn)在 04 :00 。 根據(jù) 浙 江省 氣 候 中 心 提 供 的 氣 象 資 料 , 選 取2001 年 6 月 16 日和 1998 年 12 月 17 日作為夏季和 冬季出現(xiàn)頻率最高的典型天氣狀況 。2001 年 6 月 中旬副熱帶高壓穩(wěn)定強大 , 杭州地區(qū)受其控制 , 是 非常典型的夏季高壓天氣形勢 。1998 年 12 月上旬 為一次冬季冷空氣過程 , 降溫 、大風 , 到 20 日左右該過程已完全

10、結束 , 氣溫略有回升 , 天氣晴好 。模 擬區(qū)域內(nèi)有杭州等 8 個地面氣象站 , 梅登高橋等 10 個自動氣象站 , 杭州站也為氣象探空站 , 利用這些 氣象站的觀測資料 , 通過分析和插值 , 并經(jīng)過質(zhì)量 守恒方程調(diào)整得到模式的初始場 。底邊界是固壁邊圖 1 模擬區(qū)域地形及地表利用類型3 : 草地 , 5 : 樹木覆蓋草地 , 7 : 常綠林 , 10 : 莊稼 , 14 : 水 , 15 : 城市fig. 1 the ter rain a nd la nd2use t yp e s of t he simulated a rea . 3 : gla ssla nd , 5 : gla s

11、sla nd wit h t ree co ver ,7 : ever green fo re st , 10 : cultivatio n ,14 : water , 15 : u r ba n界條件 ; 頂邊界是垂直速度為零 ,其余變量為無穿圖 2模擬區(qū)域建筑物平均高度 (a) 和密度 ( b)fig. 2 the mea n height (a) a nd densit y ( b) of buil dings in t he simulated a rea高原氣象25 卷826圖 3 算例 j u n01j u n02 模擬結果與地面觀測比較( a) 梅登高橋站 : 風速 , ( b)

12、 梅登高橋站 : 風向 , (c) 留下站 : 風速 , ( d) 留下站 : 風向fig. 3 co mpa ri so n bet ween t he si mulated result s of j u n01j u n02 a nd surf ace o bservatio n. (a) meideng gao qiao statio n : wind sp eed , ( b) meideng gao qiao statio n : wind directio n ,(c) l iuxia st atio n : wind speed , ( d) l iuxia statio n

13、: wind di rectio n透邊界條件 ; 側邊界條件采用輻射邊界條件 。水平方向采用均勻網(wǎng)格 , 網(wǎng)格距為 1 k m 。垂直方向采 用拉伸網(wǎng)格 , 1000 m 以下共有 14 層 , 最低層為 10 m , 可以較細致地描述建筑物的高度 、密度分布 。首先 , 分別進行考慮和不考慮建筑物影響兩種 情況 的 模 擬 , 算 例 編 號 依 次 為 j u n01 、j u n02 、 d ec01 和 d ec02 , 用于檢驗模擬性能 。圖 3 給出了夏季算例 j u n01 j u n02 的地面風速 、風向模 擬結果與實際觀測的比較 , 將考慮建筑物作用和不 考慮建筑物作用的

14、兩種模擬結果進行比較 。根據(jù)模 擬區(qū)域內(nèi)氣象觀測站點的分布情況 , 選取梅登高橋 站 、留下站兩個自動氣象站進行對比 , 前者位于杭 州市工業(yè)區(qū)內(nèi) ( 圖 2a 中 a 點) , 后者位于西部郊區(qū)(圖 2a 中 b 點) 。當考慮建筑物的影響后 , 由于其 對氣流的拖曳阻尼作用 , 使風速減弱 , 模擬所得風 速和實際觀測更接近 , 相差在 1 m/ s 左右 , 風向與實際觀測之差一般不超過 60; 而不考慮建筑物的影響 , 模擬所 得風 速 和 觀 測 之 差 較 大 , 為 2 m/ s ;梅登高橋站位于市區(qū)內(nèi) , 建筑物較密 、較高 , 對流 場的影響 也比 較 大 , 而 留 下 站

15、 的 流 場 變 化 則 比 較小 。冬季個例中 , 梅登高橋站流場的變化也同樣比留下站大 。這表明本文所采用的建筑物方案能夠較 好地體現(xiàn)其對城市風場的影響 , 并且提高了模式的模擬性能 。 城市 密 度 主 要 由 城 市 建 筑 物 平 均 高 度 ( mea nbuil di ng hei ght , mb h ) 和 建 筑 物 面 積 比 例 ( p er2ce nt a ge of a rea occ upied by co n st r uctio n s , pa o c)這兩 個 因 素 決 定 17 , 18 。所 有 建 筑 物 面 積 比 例 25 %和平均高度 25

16、% , 平均高度 18 m 時 , 為第四等級 。而建筑物面積比例一般不 會 75 % 。參 考 國 外 對 城 市 密 度 方 面 的 研 究 成 果 17 , 18 , 設計了九種不同建筑 物高 度和 密 度的 情 況 。利用 2001 年 6 月 16 日和 1998 年 10 月 20 日的氣 象 條 件 設 計 敏 感 性 試 驗 j u n03 j u n11 、d ec03d ec11 (表 1) 。表 1 建筑物高度 、密度的數(shù)值試驗方案table 1 the schemes of numerical experiment of diff erent building heig

17、hts and densities建筑物的存在使城市地區(qū)的垂直速度增加 。如算 例 j u n11 和 j u n03 相 比 , 最 大 增 加 了 0 . 09 m/ s 。當這種作用和城市熱島的上升氣流結合起來 時 , 影響高度較高 。在城市下風方向的郊區(qū)則多為 下沉氣流 , 這也是建筑物和熱島環(huán)流共同作用的結 果 。夜間大氣層結穩(wěn)定 , 上升氣流受到抑制 , 同時 風速較小 , 建筑物對垂直速度的影響不大 。在 冬 季的 算例 中 , 低層 風 速在 20 : 00 左右 較 大 , 此時建筑物引起的衰減也最明顯 ; 對垂直速度 的影響高度比夏季低 。3 . 2 對湍能分布的影響圖 6

18、 是夏季城市地區(qū)湍能和湍流垂直擴散系數(shù) 差值的時空分布 。密集的建筑物對低層風場擾動作 用 , 使更多的平均動能轉換成湍流動能 , 夏季算例 中 12 : 0017 : 00 低層風速變化大 , 湍流動能中機 械產(chǎn)生作用較大 , 湍能明顯增加 , 并通過此時較強 的上升氣流 , 將這種影響向高空傳遞 , 最大影響高度為 300 m , 約達到此時邊界層高度 ( 參見圖 10a)的五分之二 。湍流垂直擴散系數(shù)差值的變化和湍能 的變化規(guī)律一致 , 在湍能差異較大的時刻 , 湍流垂 直擴散系數(shù)的變化最大 , 影響高度最高 。建筑物越 高越密 , 這種影響越明顯 。paocmb h16 %36 %64

19、 %10 mj u n ( d ec) 03j u n ( d ec) 06j u n ( d ec) 0918 mj u n ( d ec) 04j u n ( d ec) 07j u n ( d ec) 10 30 m j u n ( d ec) 05 j u n ( d ec) 08 j u n ( d ec) 11 3 建筑物影響的試驗分析3 . 1 對低層風場的影響圖 4 是 j u n03 和 j u n11 算 例 14 : 00 近 地 層 (10 m) 風速流場分布 。建筑物對城市低層風場的 阻尼作用 , 使得空氣流經(jīng)城市地區(qū)時 , 動量損失 , 風速減小 。隨著建筑物的增高

20、和增密 , 氣流的減速現(xiàn)象越明顯 , 并出現(xiàn)了風場的輻合 。圖 5a b 分別 為 j u n11 和 j u n03 、j u n11 和 j u n10 城 市 地 區(qū) 風速差值的時空分布 。白天風速大 , 建筑物的阻尼 作用在低 層 風 速 較 大 時 體 現(xiàn) 得 較 明 顯 。在 14 : 00 時 , 低層風速最大減少 1 . 6 m/ s 和 1 . 2 m/ s ; 在夜間 02 :00 , 風速減小 0 . 4 m/ s 和 0 . 6 m/ s , 比白天風 速大時小 。圖 4 14 :00 近地層 (10 m) 風速 、流場分布( a) j u n03 , ( b) j u

21、 n11fig. 4 the ho rizo ntal di st ributio ns of wind sp eed a nd wind vecto r of gro und layer (10 m) at 14 :00高原氣象25 卷828圖 5 2001 年 6 月 1617 日城市地區(qū)風速差值的時空分布( a) j u n11 與 j u n03 風速之差 , ( b) j u n11 與 j u n10 風速之差the spatial 2tempo ral di st ributio ns of wind sp eed diff erence in cit y regio n o n

22、 1617 j une 2001 . (a) diff erence bet ween j u n11 and j u n03 , ( b) diff erence bet ween j u n11 and j u no10fig. 5圖 6 2001 年 6 月 1617 日城市地區(qū)湍能和湍流垂直擴散系數(shù)差值的時空分布( a) j u n11 與 j u n03 湍能之差 , ( b) j u n11 與 j u n10 湍能之差fig. 6 the spatial2tempo ral di st ributio ns of t ur bulence ener gy diff erence

23、a nd diff usio n pa rameter diff erence in cit y regio n o n 1617 j une 2001 . (a) t ur bulence ener gy diff erence bet ween j u n11 a nd j u n03 ,( b) t ur bulence ener gy diff erence bet ween j u n11 and j u n10冬季城市地區(qū)湍流動能的分布如圖 7 所示 。湍流動能出現(xiàn)了兩個高值區(qū) , 最強的一次出現(xiàn)在中午12 :00 , 此時低層風速小 , 熱量交換強 , 熱力作用產(chǎn) 生的浮力項大小

24、成為決定湍流動能的主要因素 , 湍 流動能出現(xiàn)了第一次峰值 。21 : 00 左右出現(xiàn)了另一 次湍流動能峰值 , 但是高度比中午低 , 不超過 100 m 。此時熱量交換減弱 , 浮力項作用減小 , 但風速 較大 , 100 m 高度風速約為 67 m/ s , 城市建筑物 引起的風速減小幅度大 , 增加了湍流動能中的機械 產(chǎn)生項作用 , 成為決定湍能大小的主要因素 , 湍能 出現(xiàn)了第二個高值區(qū) 。不同建筑物高度和密度引起 的湍能 差 值 和 擴 散 系 數(shù) 差 值 的 最 大 值 也 出 現(xiàn) 在21 :00 , 這表明建筑物對湍流交換的 影 響 , 主 要 是 通過減小風速 , 增加機械產(chǎn)生

25、項作用 , 加強湍流交 換強度 。這種影響在風速較大時作用大 , 如果恰好 浮力 項 也 較 弱 , 在 兩 者 共 同 作 用 下 , 湍 能 增 加 明顯 , 如冬季的 21 : 00 ; 在夏季算例中 , 中午低層風速大 , 建筑物引起的湍流動能增加明顯 ; 夜間雖然 熱力的浮力作用減小 , 但由于風速小 , 建筑物引起的湍流動能增加并不明顯 。3 . 3對地氣之間動量和熱量交換的影響風速和大氣穩(wěn)定度是影響地表和大氣之間動 量 、熱 量 交 換 強 度 的 兩 個 主 要 因 素 , 一 般 風 速 越 大 , 交換越強 ; 大氣穩(wěn)定度越高 , 交換越弱 。由前面的 分 析 可 知 ,

26、建 筑 物 使 風 速 減 小 , 湍 流 交 換 加強 , 大氣穩(wěn)定度降低 , 這些影響對地氣之間動量 、熱量交換 的 作用 是 相 反 的 , 這 就 需 要 針 對 不 同 時刻 、不同情況進行分析 , 討論哪種影響起決定性作 用 。圖 8 是不同時刻動量通量差值分布 。夏季算例 中 , 風速減小幅度較大 , 一般超過 0 . 5 m/ s , 在這 種情況下 , 風速減小對地氣之間動量交換的影響大圖 7 1998 年 12 月 1718 日城市地區(qū)湍能時空分布( a) d ec03d e11 平均湍能 , ( b) d ec11 與 o ec03 湍能之差 , (c) d ec11 與

27、 d ec10 湍能之差fig. 7 the spatial2tempo ral di st ri butio ns of t ur bulence ener gy in cit y regio n o n 1718 december 1998 . (a) mea n t ur bulence of d ec03d ec11 , ( b) t ur bulence ener gy diff erence bet ween d ec11a nd d ec03 , (c) t ur bulence ener gy diff erence bet ween d ec11 a nd d ec10高原氣

28、象25 卷830圖 8 d ec11 與 d ec03 動量通量差值分布( a) 16 :00 , ( b) 02 : 00 , (c) 20 :00 , ( d) 02 :00fig. 8 di st ributio n of mo ment um f l ux diff erence of d ec11 a nd d ec03于湍流交換增強所產(chǎn)生的影響 , 使動量交換減弱 。尤其以 16 : 00 最明顯 , j u n11 和 j u n03 之差最大 為 - 0 . 15 kg/ ( m s2 ) 。冬季的情況和夏季類似 ,風速減小起主導作用 , 動量通量減小 。20 : 00 風速

29、大時 , 動量通量變化最 大 , d ec11 方 案和 d ec02 方案之差為 - 0 . 1 kg/ ( m s2 ) , 比其它時刻大一個 量級 。建筑物對熱量通量的影響與動量通量不完全一樣 。圖 9 給出了不同時刻熱量通量差值分布 。白天 地表溫度高 , 熱量由地表向大氣傳輸 , 定義熱量通 量為負 ; 夜間情況則相反 , 為正 。熱量通量的正負 號表明了地氣之間熱量傳輸?shù)姆较?, 絕對值大小表 明熱量交換的強弱程度 。從模擬結果可以發(fā)現(xiàn) , 當建筑物比較高大密集時 , 白天風速減小起決定性作用 , 熱量通量絕對值減小 , 熱量交換減弱 , j u n11比 j u n03 方案變化

30、了 0 . 1 k k g/ ( m2 s) ; 夜間的 情況相反 , 湍流交換加強起決定性作用 , 地氣之間熱量 交 換 加 強 。j u n11 比 j u n03 方 案 變 化 了0 . 003 k kg/ ( m2 s) 。不同季節(jié)相比 , 夏季風速 減小幅度大 , 所以白天熱量通量減少幅度大 , 夜間 增加幅度小 ; 冬季 20 : 00 風速減小幅度最大 , 此時熱量通量的變化幅度最大 。3 . 4 對大氣溫度層結的影響建筑物的存在增加了湍能 , 混合加強 , 改變了 溫度的垂直分布 , 對城市邊界層高度的發(fā)展變化產(chǎn)生影響 。圖 10 是夏季算例中城市地區(qū)的位溫廓線 。圖 9 d

31、 ec11 與 d ec03 熱量通量差值分布( a) 14 :00 , ( b) 02 : 00 , (c) 20 :00 , ( d) 02 :00fig. 9 di st ributio n of heat f l ux diff erence of d ec11 a nd d ec03建筑物變高 、變密時 , 低層大氣和高層之間湍流交換更強 , 大氣層結不穩(wěn)定性增加 , 白天更容易出現(xiàn) 強烈混合的情況 , 且出現(xiàn)的高度高 , 厚度大 , 邊界 層高度也相應增高 。在城市地區(qū) , 中午 14 : 00 時 , j u n11 、j u n07 和 j u n03 算例中 , 混合層的高度

32、分別為 750 , 630 和 440 m ; j u n11 的混合層厚度 也最大 , 約為 200 m 以上 。早晨 08 : 00 風速小 , 建 筑 物 的 影 響 弱 , 湍 流 混 合 發(fā) 展 程 度 的 差 別 較 小 , j u n11 的邊界層高度比 j u n07 和 j u n03 約高 70 m , 差別較小 。由 上 述 分 析 可 知 , 建 筑 物 的 作 用 使 冬 季 在20 :00會出現(xiàn)湍流交換的一個峰值 ( 圖 11) , 此時大 氣穩(wěn)定度下降 , 從位溫廓線上可以相應 地發(fā) 現(xiàn) 80 m 高度以下沒有出現(xiàn) 穩(wěn)定 的 逆溫 層結 , 在 d ec11方案中

33、最明顯 。這體現(xiàn)了不同建筑物高度 、密度對溫度層結不同程度的影響 。結論為了了解建筑物對城市氣象環(huán)境的影響 , 在區(qū) 域邊界層模式的動量方程 、湍能方程中引入建筑物 作用 。通過與實際觀測結果的對比表明 , 模式較好 地體現(xiàn)了建筑物對城市風場的影響 , 提高了模擬性 能 。根據(jù)城市密度特征 , 設計了不同的建筑物高度 和密度的敏感性試驗 , 通過數(shù)值試驗分析其對城市 動力結構的直接影響 , 以及對城市氣象環(huán)境其它方 面的影響 , 得到以下初步結論 :4(1)建筑物對風場的阻尼作用一般會使城市地區(qū)風速減小 , 在本文設計的算例中最大減小了高原氣象25 卷832圖 10夏季城市地區(qū)位溫廓線( a)

34、 14 :00 , ( b) 08 :00 , 其中空心圓點 、實心圓點和空心方框點分別代表 j u n11 方案 、j u n07 方案和 j u n03 方案的計算結果fig. 10po tential temp erat ure p rofile of cit y regio n i n summer(3)建筑物對地氣之間動量交換的影響 , 風速衰減起主導作用 , 使動量交換減弱 。對地氣熱量交換的影響受風速減小和湍流加強兩方面的共同作 用 。白天風速減小起決定性作用 , 熱量交換減弱 ;夜間湍流交換加強起決定性作用 , 熱量交換加強 。(4)建筑物對動量的拖曳作用 , 以及建筑物產(chǎn)生的

35、尾流對湍流動能的貢獻 , 和建筑物的形狀 、朝向關系密切 。氣流經(jīng)過不同形狀 、不同高度 、不同朝向的建筑物和街谷時 , 氣流的減速 、尾流的形 成不完全一樣 。這就需要在今后的研究中將建筑物 外形對于氣流的影響通過參數(shù)化的形式加以考慮 , 更全面的引入建筑物的影響 。致謝 : 本文所用杭州有關資料由浙江省氣象局 提供 , 顧駿強研究員在本文工作過程中也給予諸多 幫助 , 特此致謝 。參考文獻圖 11 同圖 10 , 但為 20 :00fig. 11 the sa me a s fig. 10 , excep t fo r 20 :00 1 so r bjan z , m ulia sz .

36、so me numerical ur ba n bo unda r y layer st udie sj . bo unda r y2l ayer met eo r , 1982 , 22 : 450 - 481u ra no a , ichi no se t ha na ki k. ther mal envi ro n ment si mula2tio n fo r t hree di mensio nal replacement of ur ba n activit y j . j wi nd eng ind aero dyn , 1999 , 81 : 172 - 210ot t e t

37、 l , a l acser , s dupo nt , et al . imple ment atio n of a n ur ban ca nop y p a ra met erizatio n i n a meso scale met eo rolo gical mo del j . j appl met eo r , 2004 , 43 ( 11) : 1648 - 1665j azcilevich a d , v fuent es , e j a uer gui , et al . si mulat ed ur21 . 6 m/ s , 容易引起低層氣流的輻合 , 垂直速度增加 ,

38、這會促使低層的熱量 、水汽向高空輸送 。 2 (2)建筑物對低層風場的擾動作用 , 增加湍 3 流動能中的機械產(chǎn)生作用 , 湍能增加 。高 、低層大氣之間湍 流交 換 加 強 , 使 大 氣 層 結 的 不 穩(wěn) 定 性 增 加 , 并容易出現(xiàn)數(shù)百米厚度的強烈混合的情況 。 4 r ural soil moi st ure j . j appl met eo r , 2002 , 41 ( 12) : 1247 -1266 12 fa ng xiao yi ( 房小怡) , j ia ng wei mei ( 蔣維楣) , miao shi gua ng ( 苗世光) , et al . the

39、 mat ti2scale nu merical mo deli ng syst em fo r re sea rch o n t he relatio n ship bet ween ur ba n pla nni ng met e2 o rolo gical envi ro n ment j . a dv at mo s sci , 2004 , 21 ( 1) : 103- 114 13 陳燕 , 蔣維楣 , 吳澗 , 等. 利用區(qū)域邊界層模式對杭州市熱島 的模擬研究j . 高原氣象 , 2004 , 23 ( 4) : 519 - 528 14 陳燕 , 蔣維楣 , 徐敏 , 等. 城

40、市規(guī)劃中綠化布局對區(qū)域氣象環(huán) 境影響的數(shù)值試驗 研究 j . 地 球 物 理 學 報 , 2005 , 48 ( 2 ) :265 - 274 15 ra up ach m r. drag a nd drag pa rtitio n o n ro ugh surf aces j .bo undar y2l ayer met eo r , 1992 , 60 ( 3) : 375 - 395 16 楊玉華 , 徐祥德 , 翁永輝. 北京城市邊界層熱島的日變化周期 模擬j . 應用氣象學報 , 2003 , 14 ( 1) : 61 - 67 17 sa ka ki ba ra y. a nume

41、rical st udy of t he eff ect of ur ba n geo me2t r y upo n t he surf ace ener gy budget j . at mo s envi ro n , 1996 ,30 ( 3) : 487 - 496 18 hugo viei ra , j oao va sco ncelo s. u r ba n mo rp holo gy charact er2 izatio n to i ncl ude i n a gis fo r cli matic p urpo se s i n li sbo n : di s2 cu ssio

42、 n of t wo diff erent met ho ds c . proceedi ng of t he 2001int er natio nal sympo si um o n envi ro nment al hydra ulicsban cli mat e respo n se to hi sto rical la nd u se mo dificatio n i n t he ba si n of mexico j . cli matic change , 2000 , 44 ( 4) : 515 - 536gri mmo nd c s b , t s ki ng , m ro

43、t h m , et al . a ne mo met2ricall y det er mi ned ro ughne ss a nd di splace ment lengt h s i n ur ba n a rea sj . bo unda r y2l ayer met eo r , 1998 , 89 : 1 - 24gri mmo nd c s b , t r o ke . aero dyna mic p ropertie s of ur ba n a rea s derived f ro m a nal ysi s of surf ace fo r m j . j appl met

44、 e2 o r , 1999 , 38 : 1262 - 1292ya mada t. a nu merical mo del st udy of t ur bulent ai rflo w i n a nd a bo ve a fo re st ca nop y j . j met eo r soc j apa n , 1982 , 60 ( 1) : 439 - 454u no i , h u eda . n u merical mo deli ng of noct ur nal ur ba n bo undar y layer j . bo unda r y2l ayer met eo

45、r , 1998 , 49 ( 1) : 77- 98ma r uya ma t. surf ace a nd i nlet bo unda r y co nditio n s fo r t he si mulatio n of t ur bulent bo unda r y layer o ver co mplex ro ugh surf ace sj . j wi nd eng ind aero dyn , 1999 , 81 : 311 - 322 5 6 7 8 9 10 ku sa ka h , h ko ndo , y ki kegawa . a si mple si ngle l

46、ayer ur2ban ca nop y mo del fo r at mo sp heric mo del s : co mpa ri so n wit hmulti2layer a nd slab mo del s j . bo undar y2l ayer2001 , 101 ( 3) : 329 - 358 11 ma rtilli a . n u merical st udy of ur ba n i mp act o n bo unda r y layer st r uct ure : sen sitivit y to wi nd sp eed , ur ba n mo rp holo gy , a ndmet eo r ,the numerical experiments of the ef f ect of urbanbui