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北京城市边界层热岛的日变化周期模拟

杨玉华 徐祥德 翁永辉

杨玉华, 徐祥德, 翁永辉. 北京城市边界层热岛的日变化周期模拟. 应用气象学报, 2003, 14(1): 61-68..
引用本文: 杨玉华, 徐祥德, 翁永辉. 北京城市边界层热岛的日变化周期模拟. 应用气象学报, 2003, 14(1): 61-68.
Yang Yuhua, Xu Xiangde, Weng Yonghui. Simulation of daily cycle of boundary layer heat island in Beijing. J Appl Meteor Sci, 2003, 14(1): 61-68.
Citation: Yang Yuhua, Xu Xiangde, Weng Yonghui. Simulation of daily cycle of boundary layer heat island in Beijing. J Appl Meteor Sci, 2003, 14(1): 61-68.

北京城市边界层热岛的日变化周期模拟

资助项目: 

国家重点基础研究发展规划项目:“首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理与调控原理” G1999045700

Simulation of Daily Cycle of Boundary Layer Heat Island in Beijing

  • 摘要: 用非静力平衡的中尺度模式MM5来模拟北京冬季的热岛。模式采用三重嵌套网格,最高水平分辨率为3 km。在模式中加入分辨率为200 m×200 m的实测北京建筑物高度和地表利用资料,并将下垫面的城市人为热源分为常数部分和日周期变化部分。数值模拟结果显示:MM5模式对这次北京的热岛及热岛环流具有较好的模拟能力。考虑了日周期变化的人为热源作用的数值试验模拟出的热岛的日变化比将热源单纯考虑为常数与实况更接近,这表明加入与实际情况相符的人为热对模拟有改善。
  • 图  1  北京实测地表利用图

    (分辨率:200 m ×200 m, 黑色区域代表水泥地和柏油路及混凝建筑地面, 白色为非水泥下垫面)

    图  2  (a) MICAPS地面观测站与北京自动观测站合成气温图 (2001年1月12日08:00, 单位:K), (b) 城区自动站平均气温减去郊区自动站平均气温 (2001年1月11日08:00到12日20:00)

    图  3  (a) 冬季人为热的日变化 (以美国城市为依据)[9], (b) 人为热函数F (t) 随时间的周期变化图

    图  4  试验3积分24 h模拟的温度场结果 (单位:K)

    图  5  试验3沿39.9°N的(a) 温度 (单位:K) 和 (b) 垂直速度 (单位:m•s-1) 的垂直剖面图 (c) 沿116.4*E的水平风速分量v与垂直速度w•的流场垂直剖面图(2001年1月12日08:00)

    (a) 地面气温, (b)1000 hPa气温

    图  6  城区点模拟温度值减去郊区点模拟温度值随时间的变化

    (无标志实线为试验1, 圆点线为试验2, 叉号线为试验3)

    表  1  三个数值试验的人为热函数

  • [1] 周明煜,曲绍厚,李玉英,等. 北京地区热岛和热岛环流特征.环境科学,1980,5:12~17 . http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJKZ198005002.htm
    [2] 周淑贞,张超.城市气候学.北京:气象出版社,1994.194~496.
    [3] James L M. A numerical study of the nocturnal heat island over a medium-sized mid-latitude city (Columbus,Ohio). Bound. Layer Meteor. 1973, 27: 442~453.
    [4] Nelson L S, Francis L L. Numerical studies of urban planetary boundary-layers structure under realistic synoptic conditions. Journal of applied meteorology, 1989, 28: 760~781. doi:  10.1175/1520-0450(1989)028<0760:NSOUPB>2.0.CO;2
    [5] 孙旭东,孙孟伦,李兆元. 西安市城市边界层热岛的数值模拟. 地理研究,1994,13(2):49~54. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DLYJ199402006.htm
    [6] 北京市气象局气候资料室编著. 北京城市气候. 北京:气象出版社,1992. 7.
    [7] Oke T R. Boundary Layer Climates. Methuen & CO. Ltd, Second Edition, 1987. 59~287.
    [8] Torrance K E, Shum J S W. Time-varying energy consumption as a factor in urban climate. Atmospheric Environment, 1976, 10: 329~337. doi:  10.1016/0004-6981(76)90174-8
    [9] Harrison R, McGoldrick B, Williams C G B. Artificial heat release from Greater London, 1971~1976. Atmospheric Environment, 1984, 18: 2291~2303.
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出版历程
  • 收稿日期:  2001-12-20
  • 修回日期:  2002-03-15
  • 刊出日期:  2003-02-28

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