南京夏季非均匀下垫面近地层湍流观测及模拟研究

南京夏季非均匀下垫面近地层湍流观测及模拟研究人类的生存环境与大气边界层息息相关。

而城市是人类生活的重要载体,对城市边界层大气动力和热力特征及其相互作用机理的研究已成为影响人类生活的重要课题。

本研究利用2010年南京夏季湍流三维观测试验资料,采用观测资料分析和数值模拟方法,研究了南京夏季城、郊边界层湍流特征。

主要结论如下：(1)夜间,城市大气的不稳定层结易形成混合层；白天城市的大气混合层发展速度和高度均大于郊区。

2010年夏季南京城市的混合层高度夜间300m、白天1300m,城市混合层顶高度随着城市的发展而不断抬升。

城、郊的低层风场均受到城市覆盖层影响,城市夜间逆温层和大风区随着城市发展而抬升,且大风急流出现在逆温层顶,与夜间混合层的发展高度比较一致。

(2)对南京城、郊近地层湍流特征的研究结果表明：不稳定层结条件下,南京城、郊三个方向的无量纲风速标准差(σu/u*、σv/u*、σw/u*)与稳定度参数ε均呈1/3幂次关系,并给出相应的拟合公式。

无量纲水平速度标准差随下垫面粗糙程度的增加而降低,即城市无量纲水平速度标准差小于郊区；而垂直方向上没有明显差异,郊区略小于城市。

(3)WRF模式应用于南京城市边界层气象特征模拟是可行的,模拟结果与观测结构基本一致,进一步揭示了由于城市地表性质的不同,对城市边界层的结构产生显著影响。

城市地区昼夜均在边界层内形成热岛,白天城市湍流动能在
200-700m达到高值1.2m2s-2,是郊区的两倍,夜晚在城市储热释放热量,湍流动能仍然大于郊区。