重庆城市热岛环流结构和湍流特征的数值模拟
发布时间：2021-09-03 15:54
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。
【文章来源】：大气科学. 2020,44(03)北大核心CSCD
【文章页数】：22 页
【部分图文】：
b中数字
上升运动大大增强，说明此时谷风开始出现。18:00（图8c）山体处上升运动的强度和规模大大减弱，这说明此时谷风开始向山风转换，受城市热岛环流的影响沙坪坝西侧依旧保持较强的上升运动。至次日02:00（图7d）山体处再次呈现以下沉运动为主的特征，说明重庆市受山风影响。垂直运动表现的特征和水平风场的特征相一致。由以上分析可知，乡村风主要出现在15:00至次日02:00。谷风出现在午后15:00～18:00、18:00～02:00为谷风向山风转换的过渡期，山风主要出现在02:00以后至次日清晨。长江和嘉陵江激发出的陆风主要出现在凌晨，在02:00前后规模较大。重庆市地面乡村风受沙坪坝西侧谷风的影响，谷风改变了乡村风的辐合位置，乡村风推迟了离城市较近的丘陵东侧谷风向山风转变的时间。4.4垂直环流结构为了清晰地展示城市热岛环流的垂直结构和演变特征，过（29.60°N，106.46°E）作纬向和经向风场的垂直剖面。考虑到水平速度与垂直速度相比量级较小，在合成风矢量时将垂直风速扩大5倍。重庆丘陵呈细长条状分布，东西向地形起伏较大，丘陵高度在0.3km以内；南北向地形起伏平缓，图62016年8月（a）17日08:00、（b）17日15:00、（c）17日18:00和（d）18日02:00模拟的2m温度场的水平分布（阴影，单位：°C）。等值线为地形高度（单位：m），坐标轴上的红色线条表示城市Fig.6Distributionofsimulated2-mtemperature(shaded,units:°C)at(a)0800BT,(b)1500BT,(c)1800BT17August,and(d)0200BT18August,2016.Terrainheightshownincontours(units:m),theredbarsontheaxisrepresenttheurbanarea3期朱丽等：重庆城市热岛环流结构和湍流特征的数值模拟
纬距，水平风速约2～3ms1，最大上升速度约0.4ms1，在地面之上0.5km处出现回流，环流厚度约1.4km。由于地形坡度的存在导致山顶和山谷处产生温差（姜平等,2019），部分山体处出现谷风或谷风环流。在丘陵1的西侧，有较强的上升气流，最大值可达0.8ms1，这可能是此时的谷风与背景气流叠加而形成的；丘陵1的东侧谷风与城市热岛环流反向叠加，削弱了西支热岛环流的强度和水平尺度。在丘陵2的西侧，谷风削弱了东支热岛环流下沉支速度和水平尺度；丘陵2的东侧有一因地形差异激发出来的谷风环流圈，环流水平尺度和垂直厚度均较小，水平速度约3～4ms1，垂直速度约0.2ms1，这一环流削弱了热岛环流水平尺度。南北向剖面图上显示（图9d），城市南侧热岛环流水平尺度约0.15个经距，水平速度约2～3ms1，最大上升速度约0.4ms1，最大下沉速度约0.4ms1，可向上伸展约1.2km，由于背景风的存在，城市南侧的热岛环流并未出现高空回流。环流的下沉支所在点的下垫面类型是水，水面温度较城市温度低，故增强了环流的下沉运动，且增大了环流的水平尺度。丘陵3北侧的地形陡然下降，可能激发了地形下坡风，故在城市热岛环流的上升支附近出现了下沉气流，削弱了环流上升支的强度。城市北侧的热岛环流圈水平尺度约0.15个经距，水平风速约2～3ms1，最大上升速度约0.5ms1，在地面之上0.4km处出现回流，环流厚度约1.3km。丘陵4南图8同图6，但为第二模式层（约20mAGL）垂直速度（阴影，单位：ms–1）Fig.8SameasFig.6,butforverticalvelocity(vectors,units:ms1)atthesecondmodellevel(about20mabovegroundleve
【参考文献】：
期刊论文
[1]污染天气下成都东部山地—平原风环流结构的数值模拟[J]. 田越,苗峻峰,赵天良. 大气科学. 2020(01)
[2]复杂地形下局地山谷风环流的理想数值模拟[J]. 姜平,刘晓冉,朱浩楠,朱宇,曾文馨. 高原气象. 2019(06)
[3]延庆-张家口地区复杂地形冬季山谷风特征分析[J]. 贾春晖,窦晶晶,苗世光,王迎春. 气象学报. 2019(03)
[4]边界层参数化对海南岛海风环流结构模拟的影响[J]. 杨秋彦,苗峻峰,王语卉. 热带气象学报. 2019(02)
[5]复杂地形条件下城市热岛及局地环流特征的数值模拟[J]. 孙永,王咏薇,高阳华,王恪非,何泽能,杜钦,陈志军. 大气科学学报. 2019(02)
[6]中国地区城市热岛环流研究进展[J]. 朱丽,苗峻峰. 气象科技. 2019(01)
[7]近地层参数化对海南岛海风降水模拟的影响[J]. 王莹,苗峻峰. 地球物理学报. 2019(01)
[8]2015年冬季苏州城市热岛特征研究[J]. 何松蔚,王成刚,姜海梅,曹乐,王新伟. 长江流域资源与环境. 2018(09)
[9]基于风廓线仪的华南地区夏季边界层湍流统计特征研究[J]. 张梦佳,沈学顺,何平,薛海乐,沈巍. 热带气象学报. 2018(04)
[10]基于Landsat8的重庆主城区城市热岛效应研究[J]. 李军,赵彤,朱维,罗玉岚. 山地学报. 2018(03)
本文编号：3381409
【文章来源】：大气科学. 2020,44(03)北大核心CSCD
【文章页数】：22 页
【部分图文】：
b中数字
上升运动大大增强，说明此时谷风开始出现。18:00（图8c）山体处上升运动的强度和规模大大减弱，这说明此时谷风开始向山风转换，受城市热岛环流的影响沙坪坝西侧依旧保持较强的上升运动。至次日02:00（图7d）山体处再次呈现以下沉运动为主的特征，说明重庆市受山风影响。垂直运动表现的特征和水平风场的特征相一致。由以上分析可知，乡村风主要出现在15:00至次日02:00。谷风出现在午后15:00～18:00、18:00～02:00为谷风向山风转换的过渡期，山风主要出现在02:00以后至次日清晨。长江和嘉陵江激发出的陆风主要出现在凌晨，在02:00前后规模较大。重庆市地面乡村风受沙坪坝西侧谷风的影响，谷风改变了乡村风的辐合位置，乡村风推迟了离城市较近的丘陵东侧谷风向山风转变的时间。4.4垂直环流结构为了清晰地展示城市热岛环流的垂直结构和演变特征，过（29.60°N，106.46°E）作纬向和经向风场的垂直剖面。考虑到水平速度与垂直速度相比量级较小，在合成风矢量时将垂直风速扩大5倍。重庆丘陵呈细长条状分布，东西向地形起伏较大，丘陵高度在0.3km以内；南北向地形起伏平缓，图62016年8月（a）17日08:00、（b）17日15:00、（c）17日18:00和（d）18日02:00模拟的2m温度场的水平分布（阴影，单位：°C）。等值线为地形高度（单位：m），坐标轴上的红色线条表示城市Fig.6Distributionofsimulated2-mtemperature(shaded,units:°C)at(a)0800BT,(b)1500BT,(c)1800BT17August,and(d)0200BT18August,2016.Terrainheightshownincontours(units:m),theredbarsontheaxisrepresenttheurbanarea3期朱丽等：重庆城市热岛环流结构和湍流特征的数值模拟
纬距，水平风速约2～3ms1，最大上升速度约0.4ms1，在地面之上0.5km处出现回流，环流厚度约1.4km。由于地形坡度的存在导致山顶和山谷处产生温差（姜平等,2019），部分山体处出现谷风或谷风环流。在丘陵1的西侧，有较强的上升气流，最大值可达0.8ms1，这可能是此时的谷风与背景气流叠加而形成的；丘陵1的东侧谷风与城市热岛环流反向叠加，削弱了西支热岛环流的强度和水平尺度。在丘陵2的西侧，谷风削弱了东支热岛环流下沉支速度和水平尺度；丘陵2的东侧有一因地形差异激发出来的谷风环流圈，环流水平尺度和垂直厚度均较小，水平速度约3～4ms1，垂直速度约0.2ms1，这一环流削弱了热岛环流水平尺度。南北向剖面图上显示（图9d），城市南侧热岛环流水平尺度约0.15个经距，水平速度约2～3ms1，最大上升速度约0.4ms1，最大下沉速度约0.4ms1，可向上伸展约1.2km，由于背景风的存在，城市南侧的热岛环流并未出现高空回流。环流的下沉支所在点的下垫面类型是水，水面温度较城市温度低，故增强了环流的下沉运动，且增大了环流的水平尺度。丘陵3北侧的地形陡然下降，可能激发了地形下坡风，故在城市热岛环流的上升支附近出现了下沉气流，削弱了环流上升支的强度。城市北侧的热岛环流圈水平尺度约0.15个经距，水平风速约2～3ms1，最大上升速度约0.5ms1，在地面之上0.4km处出现回流，环流厚度约1.3km。丘陵4南图8同图6，但为第二模式层（约20mAGL）垂直速度（阴影，单位：ms–1）Fig.8SameasFig.6,butforverticalvelocity(vectors,units:ms1)atthesecondmodellevel(about20mabovegroundleve
【参考文献】：
期刊论文
[1]污染天气下成都东部山地—平原风环流结构的数值模拟[J]. 田越,苗峻峰,赵天良. 大气科学. 2020(01)
[2]复杂地形下局地山谷风环流的理想数值模拟[J]. 姜平,刘晓冉,朱浩楠,朱宇,曾文馨. 高原气象. 2019(06)
[3]延庆-张家口地区复杂地形冬季山谷风特征分析[J]. 贾春晖,窦晶晶,苗世光,王迎春. 气象学报. 2019(03)
[4]边界层参数化对海南岛海风环流结构模拟的影响[J]. 杨秋彦,苗峻峰,王语卉. 热带气象学报. 2019(02)
[5]复杂地形条件下城市热岛及局地环流特征的数值模拟[J]. 孙永,王咏薇,高阳华,王恪非,何泽能,杜钦,陈志军. 大气科学学报. 2019(02)
[6]中国地区城市热岛环流研究进展[J]. 朱丽,苗峻峰. 气象科技. 2019(01)
[7]近地层参数化对海南岛海风降水模拟的影响[J]. 王莹,苗峻峰. 地球物理学报. 2019(01)
[8]2015年冬季苏州城市热岛特征研究[J]. 何松蔚,王成刚,姜海梅,曹乐,王新伟. 长江流域资源与环境. 2018(09)
[9]基于风廓线仪的华南地区夏季边界层湍流统计特征研究[J]. 张梦佳,沈学顺,何平,薛海乐,沈巍. 热带气象学报. 2018(04)
[10]基于Landsat8的重庆主城区城市热岛效应研究[J]. 李军,赵彤,朱维,罗玉岚. 山地学报. 2018(03)
本文编号：3381409
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