長三角地區(qū)城市化發(fā)展對區(qū)域大氣環(huán)境影響的模擬研究.pdf

1、長江三角洲地區(qū)是我國經(jīng)濟(jì)高度發(fā)達(dá)的城市群地區(qū)之一，大范圍的城市化發(fā)展改變了下墊面特征，增加了大氣氣溶膠濃度。為了深入研究長三角城市化發(fā)展對區(qū)域大氣環(huán)境的影響，本文首先改善了適用于研究城市陸面過程的城市冠層模式UCM，然后利用改進(jìn)的中尺度耦合模式WRF/Noah/UCM，針對2007年7月25日-27日長江三角洲地區(qū)一次高溫天氣過程進(jìn)行數(shù)值模擬。通過幾組敏感性試驗探討了下墊面用地類型變化，特別是城市群面積擴(kuò)展，以及大氣氣溶膠對區(qū)域平均氣象

2、場、邊界層結(jié)構(gòu)、地氣交換等方面的影響。研究結(jié)果表明：
　　 (1)針對城市冠層模式UCM中建筑物遮蔽效應(yīng)方案的不足，本文考慮了短波輻射在墻面之間的相互反射再吸收過程，并考慮了各建筑物表面可視因子受陰影變化的影響及其反照率的參數(shù)設(shè)定，試驗表明，新方案中城市冠層對短波輻射的吸收更符合自然變化規(guī)律；同時，在UCM模式的地表能量平衡方程中引入代表長三角城市群特征的人為熱源，使其日變化特征更接近研究區(qū)域的實際情況。針對改進(jìn)后的WRF/No

3、ah/UCM耦合模式，選取寧鎮(zhèn)揚(yáng)城市群區(qū)域進(jìn)行模擬試驗，結(jié)果顯示，與近地面10個基本氣象觀測站的溫度、風(fēng)速、比濕資料相比，統(tǒng)計檢驗結(jié)果的相關(guān)性提高了，誤差值減小了，修改后的人為熱源與遮蔽效應(yīng)方案對模式的模擬性能有顯著改善。
　　 (2)利用改進(jìn)后的耦合模式，運(yùn)用新的MODIS土地覆蓋資料，針對一次典型高溫天氣過程進(jìn)行數(shù)值試驗，模擬研究城市群面積擴(kuò)展對本次高溫過程中區(qū)域大氣環(huán)境的影響。研究表明，隨著長三角地區(qū)土地利用的變化，特別是

4、城鎮(zhèn)用地面積的擴(kuò)展，模擬區(qū)域內(nèi)達(dá)到高溫程度(＞=35℃)的分布區(qū)域明顯擴(kuò)大，部分區(qū)域最高溫增幅超過6℃，與實際下墊面變化產(chǎn)生的影響相比，僅由城市群面積擴(kuò)展所引起的區(qū)域平均近地面溫度增加0.19℃，貢獻(xiàn)率超過30％;隨著城市下墊面的擴(kuò)展，城市區(qū)域日較差減小，郊區(qū)日較差增加，城市熱島效應(yīng)增強(qiáng)，上風(fēng)方的熱島效應(yīng)增幅較下風(fēng)方更大；白天區(qū)域平均感熱通量增長，邊界層高度也明顯抬升。由此可見，城市群面積擴(kuò)展對區(qū)域大氣環(huán)境的影響是顯著的。
　　

5、 (3)通過在耦合模式的短波輻射方案中考慮大氣氣溶膠對太陽輻射的吸收和散射作用，進(jìn)一步討論了大氣氣溶膠在區(qū)域尺度上對大氣環(huán)境的影響。試驗結(jié)果顯示，由于氣溶膠作用削弱了達(dá)到下墊面的短波輻射，受此影響，地表能量平衡破壞，感熱通量和潛熱通量在白天均呈現(xiàn)減弱趨勢；進(jìn)一步影響了邊界層的湍流混合作用，使得白天邊界層高度降低，夜間穩(wěn)定邊界層更早形成。盡管在本次過程中大氣氣溶膠對區(qū)域大氣環(huán)境產(chǎn)生的影響沒有城市群面積擴(kuò)展的影響顯著，但是在模式中有效考慮大