北京城市边界层低层湍流动力结构及其影响特征

发布时间：2020-08-11 20:21

【摘要】：人类的生存环境与大气边界层息息相关。进入20世纪以来,由于工业、交通的发展,尤其是城市化进程的加剧,城市边界层特征变得日趋复杂,影响因素诸多,使其物理化学过程难以认识。为了保护人类生存环境,建立城市环境良性循环的结构,进而调控城市大气污染状况,对城市边界层大气动力和大气化学特征及其相互作用机理的研究已成为直接影响社会、经济发展的重大课题。北京作为我国的首都,其城市化环境问题尤为突出和重要。本文利用“BECAPEX”大气环境科学试验北京气象塔15层梯度观测资料、三层超声风温仪观测资料以及系留气艇垂直探测资料,通过对北京城市边界层大气过程垂直动力特征的综合研究,揭示北京城市边界层不同层次湍流特征及北京地区与其它不同城市和不同类型下垫面地区湍流特征的差异,研究了不同城市灾害性天气过程沙尘天气和城市大雾天气过程的城市边界层垂直动力结构尤其是湍流垂直结构的特征及其与污染物浓度变化的关系,同时通过修正数值模式中城市下垫面动力学参数改善了模式对边界层结构的模拟效果,并进一步研究了城市下垫面特征的变化对边界层动力、热力及湍流的影响特征。初步揭示了北京城市边界层湍流动力结构模型。主要结论概括如下: (1) 对北京城市边界层垂直方向不同层次湍流特征的综合研究结果表明:在不稳定层结条件下,北京城市边界层47m和120m高度上无因次湍流速度方差(σ_u/u*、,σ_v/u*、σ_w/u*)与空气动力学稳定度参数(z’/L)之间关系符合1/3次律,无因次温度方差(σ_T/T*)符合-1/3次律,并给出相应的拟合公式。而280m高度上资料离散度较大,缺乏拟合基础;47m和120m高度的湍流通量特征比较相近,280m明显低于其它两层,在白天,近地层包含了47m和120m,而280m则已在近地层之上;在稳定层结条件下,47m高度大气边界层可按稳定度参数.z’/L分成二分区,z’/L0.1为弱稳定区,此时相似规律可适用,z’/L0.1为强稳定区,在此区内无因次速度方差随稳定度增大有增大趋势,而无因次温度方差则保持不变,相似规律不适用。120m和280m高度则无上述规律。 (2) 北京城市边界层各高度无因次速度方差的大小都表现为,σ_u/u*最大,σ_v/u*次之,σ_w/u*最小。在垂直方向上,σ_u/u*随高度增加而增大,σ_v/u*、σ_w/u*随高度变化都表现为在47m和120m的值比较接近,280m处的值高于其它两层的值。城
【学位授予单位】：中国气象科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：X16
【图文】：

城市大气边界层,垂直结构

北京城市边界层低层湍流动力结构及其影响特征混合层，其中，城市冠层、图1.2。其各层的特征见表粗糙副层、惯性层属于城市近地层。其结构示意图见图1.2城市大气边界层的垂直结构【54’城市近地层的结构垂直范围城市冠层地面到屋顶UrbnaCnaoPyLyaer特征城市下垫面结构，如城市的建筑结构、城市地面构成的非均匀性等特征直接影响着该层大气的动量、湍流动能、热量及地面净辐射收支状况【54’。粗糙副层Roughnesssublyae从屋顶到2.该层中的大气动力和热力特征受与下垫面粗糙度相关(2.为粗糙副的长度尺度的影响。另外，观测结果表明【5，一58’，城层的高度)市大气近地层中的城市粗糙副层和冠层中的湍流通量不是随高度不变的常数，传统的Monin一Obukhov近地层相似理论在这两层中是不完全适用的。惯性层Inertiallayer2.以上的大约该层也称为常值通量层，在此层中，可以利用0.1.2的厚度Mnoni一obu比ov近地层相似理论来研究城市下垫面结构对大气的影响作用‘’9’。混合层MixedLyaer大约1.1*2到城市边界层顶表1.3湍流特性可能与表面粗糙度无关，它的顶层是夹卷层，它增强了粗糙且湿暖的城市表面和混合层之间的祸合

TSP浓度,气溶胶,北京地区,大雾

第四章城市雾边界层结构，大雾天气给北京地区带来了严重的空气污染，使北京地区的其中22日02:00时~17:00时是北京地区能见度最低的时期，在大刻，22日08:00时一11:0O时，最低能见度只有10Om。大气能见度的变化受大气中硫酸根浓度、颗粒物浓度、相对湿物浓度的影响较大【3”。大雾期间如此低的能见度是与大气中有着密切的关系，下面我们就来分析一下此次大雾过程几种污征。

全口,格点,垂直结构,模式

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【引证文献】