城市建筑物对边界层结构影响的数值试验研究.doc

文章编号 : 100020534 (2006) 0520824210城市建筑物对边界层结构影响的数值试验研究蒋维楣 3陈燕 ,( 南京大学 大气科学系 , 江苏 南京 210093)摘 要 : 在区域边界层模式的数值模拟中引入建筑物的影响 , 与实际观测的对比表明 , 模拟结果能较好地体现建筑物对城市风场的影响 , 提高了模拟性能 。本研究根据城市形态特征 , 设计不同建筑物高 度和密度的敏感性试验 , 结果表明 : 建筑物一般会使城市地区风速减小 , 风速最大可减小1 . 6 m/ s , 易引起低层气流的辐合 。湍流动能中的机械产生作用增加 , 湍流交换加强 , 大气层结的不稳定性增大 ,混合层高度增加 。地表和大气之间动量交换被削弱 ; 日间热量交换减弱 , 夜间热量交换增强 。这些变 化表明 , 建筑物对城市气流及边界层结构的影响十分明显 , 尤其在风速较大的时候 。关键词 : 城市密度 ; 城市边界层结构 ; 建筑物中图分类号 : p463 . 3文献标识码 : a( rbl m) 及 模 拟 研 究 1214 中 引 入 建 筑 物 的 作 用 ,在动量守恒方程中增加由城市建筑物作用而产生的 拖曳强迫项 ; 在湍流动能方程中增加湍流动能尾流 产生项 ; 利用城市建筑物的平均高度 、每个网格内 的面积比例 , 得到城市地区的空气动力粗糙度 。本文主要利用杭州实际条件进行计算检验后 , 根据城市的形态特征 , 设计了不同高度和密度的建筑物分 布 , 通过数值试验分析其对城市动力结构的直接影响 , 以及由此产生的对城市气象环境其它方面的影响 。引言城市的发展与建设使大量密集的 、复杂形态的 建筑物代替自然下垫面 , 改变了空气流动和湍流的 自然特性 , 对城市边界层结构产生重要影响 。在本 文模拟范围及尺度分辨条件下 , 要利用显式方案计 算城市建筑物的影响有较大难度 , 而在城市边界层 模式中采用参数化方案描述建筑物的作用则是比较 可行的方案 13 。当缺少建筑物信息时 , 一般将城市作为均匀下 垫面处理 , 提高空气动力粗糙度 , 以反映建筑物的 作用 4 。在利用城市地理信息 、航拍 、卫星观测等 手段 , 获得城市形态及建筑物信息后 , 则建立起城 市形态与 粗 糙 度 之 间 的 联 系 5 , 6 。 ya ma da 7 利 用 一个二阶动量湍能闭合模式研究植被冠层产生的拖 曳作用对大气边界层的影响 。u no 等 8 和 ma r uy2 a ma 9 将植被冠层研究中通常使用的“拖曳强迫”方 法引入到城市建筑物对大气动力作用的研究中 , 以 考虑建筑物占据空间的影响 。ku sa ka 等 10 考虑了 街谷 、建筑物以及不同下垫面对动量的影响 , 并与 w r f 模式中的 no a h - l sm 陆面模式耦合 , 进行 模拟研究 。为了了解建筑物对城市气象环境的影响 , 参考 有关 研 究 工 作 711 , 在 我 们 的 区 域 边 界 层 模 式1数值试验设计及模式检验在改进后的区域边界层模式中 , 将网格内建筑 物的迎风面积和网格内空气体积之比定义为城市建 筑表面积指数 a ( z) , a ( z) 随高度变化 。在 u , v 分 量方程和湍能方程中引入城市建筑物阻尼和扰动影 响项 :212 2 ) 1/ 2f= -c d a z u u + v ,() ( 1)bu2= - 1c d a ( z) v ( u2+ v2 ) 1/ 2 ,( 2)fbv21c d a ( z) ( |u | 3 +| v | 3 ) ,( 3)p eb=23c d a ( z) ( | u | 3 +| v | 3 ) ,( 4)pb =4 e收稿日期 : 2005207205 ; 改回日期 : 2005212214基金项目 : 国家自然科学基金重点项目 ( 40333027) 资助作者简介 : 陈燕 ( 1977 ) , 女 , 江苏扬州人 , 博士 , 主要从事城市气象环境 、大气边界层物理 、城市规划发展与污染防治关系的研究3 通讯作者 : email : jw m nj u . edu . cn其中 , 是每个网格内建筑物面积比例 。拖曳系数与建筑物的数量 、高度 、空间分布 、外形以及气流 与建筑物的角度有关 , 目前对实际城市中拖曳系数的研究还比较少 。根据 ra up ach 15 的风洞试验 研究结果 , 取拖曳系数 cd 为 0 . 4 。 以杭州为例进行研究 , 模拟范围为 100 k m 100 k m , 包括杭州 、萧山 、临安 、富阳 、绍兴等地 。 地表利用类型主要包括城市 、庄稼 、草地 、水面等类型 ( 图 1) 。杭州市区建筑物的平均高度为 30 m ,建筑物 在 模 拟 水 平 网 格 中 的 覆 盖 比 例 为 20 % 40 % , 详见图 2 。本文对人为热源的处理 , 考虑了主要工业能源消耗量 、居民生活能耗以及交通能耗等方面 。由浙江省统计年鉴 , 利用模拟区域内实际的土地面积 、人口密度 、大型企业的主要能源消费量 、社会机动车辆拥有量等资料 , 分析估算得到人为热源排放的 水平分布情况 。同时在模式中引入日变化函数 16 , 认为人为热源在白天一直保持很高的水平 , 且存在 早晨和傍晚两个峰值 , 夜晚则一直较低 , 这样体现了人为热源排放随时间的变化 。在模式中对人为热 源的引入方案也进行了改进 , 不仅在地表能量平衡 方程中考虑人为热源的影响 , 同时在大气热流量方 程中也加入其作用 , 这样体现了人为热源随高度的 变化 。在地面 , 建筑物密集 , 人为热 源 释放 最多 ,越往高层 , 建筑物密度越小 , 人为热源释放量也相 应减少 。通过这些分析 , 得到杭州市人为热源日平 均值 为 50 w/ m2 , 最 大 值 为 60 w/ m2 , 出 现 在18 :00左右 ; 最小值为 30 w/ m2 , 出现在 04 :00 。 根据 浙 江省 气 候 中 心 提 供 的 气 象 资 料 , 选 取2001 年 6 月 16 日和 1998 年 12 月 17 日作为夏季和 冬季出现频率最高的典型天气状况 。2001 年 6 月 中旬副热带高压稳定强大 , 杭州地区受其控制 , 是 非常典型的夏季高压天气形势 。1998 年 12 月上旬 为一次冬季冷空气过程 , 降温 、大风 , 到 20 日左右该过程已完全结束 , 气温略有回升 , 天气晴好 。模 拟区域内有杭州等 8 个地面气象站 , 梅登高桥等 10 个自动气象站 , 杭州站也为气象探空站 , 利用这些 气象站的观测资料 , 通过分析和插值 , 并经过质量 守恒方程调整得到模式的初始场 。底边界是固壁边图 1 模拟区域地形及地表利用类型3 : 草地 , 5 : 树木覆盖草地 , 7 : 常绿林 , 10 : 庄稼 , 14 : 水 , 15 : 城市fig. 1 the ter rain a nd la nd2use t yp e s of t he simulated a rea . 3 : gla ssla nd , 5 : gla ssla nd wit h t ree co ver ,7 : ever green fo re st , 10 : cultivatio n ,14 : water , 15 : u r ba n界条件 ; 顶边界是垂直速度为零 ,其余变量为无穿图 2模拟区域建筑物平均高度 (a) 和密度 ( b)fig. 2 the mea n height (a) a nd densit y ( b) of buil dings in t he simulated a rea高原气象25 卷826图 3 算例 j u n01j u n02 模拟结果与地面观测比较( a) 梅登高桥站 : 风速 , ( b) 梅登高桥站 : 风向 , (c) 留下站 : 风速 , ( d) 留下站 : 风向fig. 3 co mpa ri so n bet ween t he si mulated result s of j u n01j u n02 a nd surf ace o bservatio n. (a) meideng gao qiao statio n : wind sp eed , ( b) meideng gao qiao statio n : wind directio n ,(c) l iuxia st atio n : wind speed , ( d) l iuxia statio n : wind di rectio n透边界条件 ; 侧边界条件采用辐射边界条件 。水平方向采用均匀网格 , 网格距为 1 k m 。垂直方向采 用拉伸网格 , 1000 m 以下共有 14 层 , 最低层为 10 m , 可以较细致地描述建筑物的高度 、密度分布 。首先 , 分别进行考虑和不考虑建筑物影响两种 情况 的 模 拟 , 算 例 编 号 依 次 为 j u n01 、j u n02 、 d ec01 和 d ec02 , 用于检验模拟性能 。图 3 给出了夏季算例 j u n01 j u n02 的地面风速 、风向模 拟结果与实际观测的比较 , 将考虑建筑物作用和不 考虑建筑物作用的两种模拟结果进行比较 。根据模 拟区域内气象观测站点的分布情况 , 选取梅登高桥 站 、留下站两个自动气象站进行对比 , 前者位于杭 州市工业区内 ( 图 2a 中 a 点) , 后者位于西部郊区(图 2a 中 b 点) 。当考虑建筑物的影响后 , 由于其 对气流的拖曳阻尼作用 , 使风速减弱 , 模拟所得风 速和实际观测更接近 , 相差在 1 m/ s 左右 , 风向与实际观测之差一般不超过 60; 而不考虑建筑物的影响 , 模拟所 得风 速 和 观 测 之 差 较 大 , 为 2 m/ s ;梅登高桥站位于市区内 , 建筑物较密 、较高 , 对流 场的影响 也比 较 大 , 而 留 下 站 的 流 场 变 化 则 比 较小 。冬季个例中 , 梅登高桥站流场的变化也同样比留下站大 。这表明本文所采用的建筑物方案能够较 好地体现其对城市风场的影响 , 并且提高了模式的模拟性能 。 城市 密 度 主 要 由 城 市 建 筑 物 平 均 高 度 ( mea nbuil di ng hei ght , mb h ) 和 建 筑 物 面 积 比 例 ( p er2ce nt a ge of a rea occ upied by co n st r uctio n s , pa o c)这两 个 因 素 决 定 17 , 18 。所 有 建 筑 物 面 积 比 例 25 %和平均高度 25 % , 平均高度 18 m 时 , 为第四等级 。而建筑物面积比例一般不 会 75 % 。参 考 国 外 对 城 市 密 度 方 面 的 研 究 成 果 17 , 18 , 设计了九种不同建筑 物高 度和 密 度的 情 况 。利用 2001 年 6 月 16 日和 1998 年 10 月 20 日的气 象 条 件 设 计 敏 感 性 试 验 j u n03 j u n11 、d ec03d ec11 (表 1) 。表 1 建筑物高度 、密度的数值试验方案table 1 the schemes of numerical experiment of diff erent building heights and densities建筑物的存在使城市地区的垂直速度增加 。如算 例 j u n11 和 j u n03 相 比 , 最 大 增 加 了 0 . 09 m/ s 。当这种作用和城市热岛的上升气流结合起来 时 , 影响高度较高 。在城市下风方向的郊区则多为 下沉气流 , 这也是建筑物和热岛环流共同作用的结 果 。夜间大气层结稳定 , 上升气流受到抑制 , 同时 风速较小 , 建筑物对垂直速度的影响不大 。在 冬 季的 算例 中 , 低层 风 速在 20 : 00 左右 较 大 , 此时建筑物引起的衰减也最明显 ; 对垂直速度 的影响高度比夏季低 。3 . 2 对湍能分布的影响图 6 是夏季城市地区湍能和湍流垂直扩散系数 差值的时空分布 。密集的建筑物对低层风场扰动作 用 , 使更多的平均动能转换成湍流动能 , 夏季算例 中 12 : 0017 : 00 低层风速变化大 , 湍流动能中机 械产生作用较大 , 湍能明显增加 , 并通过此时较强 的上升气流 , 将这种影响向高空传递 , 最大影响高度为 300 m , 约达到此时边界层高度 ( 参见图 10a)的五分之二 。湍流垂直扩散系数差值的变化和湍能 的变化规律一致 , 在湍能差异较大的时刻 , 湍流垂 直扩散系数的变化最大 , 影响高度最高 。建筑物越 高越密 , 这种影响越明显 。paocmb h16 %36 %64 %10 mj u n ( d ec) 03j u n ( d ec) 06j u n ( d ec) 0918 mj u n ( d ec) 04j u n ( d ec) 07j u n ( d ec) 10 30 m j u n ( d ec) 05 j u n ( d ec) 08 j u n ( d ec) 11 3 建筑物影响的试验分析3 . 1 对低层风场的影响图 4 是 j u n03 和 j u n11 算 例 14 : 00 近 地 层 (10 m) 风速流场分布 。建筑物对城市低层风场的 阻尼作用 , 使得空气流经城市地区时 , 动量损失 , 风速减小 。随着建筑物的增高和增密 , 气流的减速现象越明显 , 并出现了风场的辐合 。图 5a b 分别 为 j u n11 和 j u n03 、j u n11 和 j u n10 城 市 地 区 风速差值的时空分布 。白天风速大 , 建筑物的阻尼 作用在低 层 风 速 较 大 时 体 现 得 较 明 显 。在 14 : 00 时 , 低层风速最大减少 1 . 6 m/ s 和 1 . 2 m/ s ; 在夜间 02 :00 , 风速减小 0 . 4 m/ s 和 0 . 6 m/ s , 比白天风 速大时小 。图 4 14 :00 近地层 (10 m) 风速 、流场分布( a) j u n03 , ( b) j u n11fig. 4 the ho rizo ntal di st ributio ns of wind sp eed a nd wind vecto r of gro und layer (10 m) at 14 :00高原气象25 卷828图 5 2001 年 6 月 1617 日城市地区风速差值的时空分布( a) j u n11 与 j u n03 风速之差 , ( b) j u n11 与 j u n10 风速之差the spatial 2tempo ral di st ributio ns of wind sp eed diff erence in cit y regio n o n 1617 j une 2001 . (a) diff erence bet ween j u n11 and j u n03 , ( b) diff erence bet ween j u n11 and j u no10fig. 5图 6 2001 年 6 月 1617 日城市地区湍能和湍流垂直扩散系数差值的时空分布( a) j u n11 与 j u n03 湍能之差 , ( b) j u n11 与 j u n10 湍能之差fig. 6 the spatial2tempo ral di st ributio ns of t ur bulence ener gy diff erence a nd diff usio n pa rameter diff erence in cit y regio n o n 1617 j une 2001 . (a) t ur bulence ener gy diff erence bet ween j u n11 a nd j u n03 ,( b) t ur bulence ener gy diff erence bet ween j u n11 and j u n10冬季城市地区湍流动能的分布如图 7 所示 。湍流动能出现了两个高值区 , 最强的一次出现在中午12 :00 , 此时低层风速小 , 热量交换强 , 热力作用产 生的浮力项大小成为决定湍流动能的主要因素 , 湍 流动能出现了第一次峰值 。21 : 00 左右出现了另一 次湍流动能峰值 , 但是高度比中午低 , 不超过 100 m 。此时热量交换减弱 , 浮力项作用减小 , 但风速 较大 , 100 m 高度风速约为 67 m/ s , 城市建筑物 引起的风速减小幅度大 , 增加了湍流动能中的机械 产生项作用 , 成为决定湍能大小的主要因素 , 湍能 出现了第二个高值区 。不同建筑物高度和密度引起 的湍能 差 值 和 扩 散 系 数 差 值 的 最 大 值 也 出 现 在21 :00 , 这表明建筑物对湍流交换的 影 响 , 主 要 是 通过减小风速 , 增加机械产生项作用 , 加强湍流交 换强度 。这种影响在风速较大时作用大 , 如果恰好 浮力 项 也 较 弱 , 在 两 者 共 同 作 用 下 , 湍 能 增 加 明显 , 如冬季的 21 : 00 ; 在夏季算例中 , 中午低层风速大 , 建筑物引起的湍流动能增加明显 ; 夜间虽然 热力的浮力作用减小 , 但由于风速小 , 建筑物引起的湍流动能增加并不明显 。3 . 3对地气之间动量和热量交换的影响风速和大气稳定度是影响地表和大气之间动 量 、热 量 交 换 强 度 的 两 个 主 要 因 素 , 一 般 风 速 越 大 , 交换越强 ; 大气稳定度越高 , 交换越弱 。由前面的 分 析 可 知 , 建 筑 物 使 风 速 减 小 , 湍 流 交 换 加强 , 大气稳定度降低 , 这些影响对地气之间动量 、热量交换 的 作用 是 相 反 的 , 这 就 需 要 针 对 不 同 时刻 、不同情况进行分析 , 讨论哪种影响起决定性作 用 。图 8 是不同时刻动量通量差值分布 。夏季算例 中 , 风速减小幅度较大 , 一般超过 0 . 5 m/ s , 在这 种情况下 , 风速减小对地气之间动量交换的影响大图 7 1998 年 12 月 1718 日城市地区湍能时空分布( a) d ec03d e11 平均湍能 , ( b) d ec11 与 o ec03 湍能之差 , (c) d ec11 与 d ec10 湍能之差fig. 7 the spatial2tempo ral di st ri butio ns of t ur bulence ener gy in cit y regio n o n 1718 december 1998 . (a) mea n t ur bulence of d ec03d ec11 , ( b) t ur bulence ener gy diff erence bet ween d ec11a nd d ec03 , (c) t ur bulence ener gy diff erence bet ween d ec11 a nd d ec10高原气象25 卷830图 8 d ec11 与 d ec03 动量通量差值分布( a) 16 :00 , ( b) 02 : 00 , (c) 20 :00 , ( d) 02 :00fig. 8 di st ributio n of mo ment um f l ux diff erence of d ec11 a nd d ec03于湍流交换增强所产生的影响 , 使动量交换减弱 。尤其以 16 : 00 最明显 , j u n11 和 j u n03 之差最大 为 - 0 . 15 kg/ ( m s2 ) 。冬季的情况和夏季类似 ,风速减小起主导作用 , 动量通量减小 。20 : 00 风速 大时 , 动量通量变化最 大 , d ec11 方 案和 d ec02 方案之差为 - 0 . 1 kg/ ( m s2 ) , 比其它时刻大一个 量级 。建筑物对热量通量的影响与动量通量不完全一样 。图 9 给出了不同时刻热量通量差值分布 。白天 地表温度高 , 热量由地表向大气传输 , 定义热量通 量为负 ; 夜间情况则相反 , 为正 。热量通量的正负 号表明了地气之间热量传输的方向 , 绝对值大小表 明热量交换的强弱程度 。从模拟结果可以发现 , 当建筑物比较高大密集时 , 白天风速减小起决定性作用 , 热量通量绝对值减小 , 热量交换减弱 , j u n11比 j u n03 方案变化了 0 . 1 k k g/ ( m2 s) ; 夜间的 情况相反 , 湍流交换加强起决定性作用 , 地气之间热量 交 换 加 强 。j u n11 比 j u n03 方 案 变 化 了0 . 003 k kg/ ( m2 s) 。不同季节相比 , 夏季风速 减小幅度大 , 所以白天热量通量减少幅度大 , 夜间 增加幅度小 ; 冬季 20 : 00 风速减小幅度最大 , 此时热量通量的变化幅度最大 。3 . 4 对大气温度层结的影响建筑物的存在增加了湍能 , 混合加强 , 改变了 温度的垂直分布 , 对城市边界层高度的发展变化产生影响 。图 10 是夏季算例中城市地区的位温廓线 。图 9 d ec11 与 d ec03 热量通量差值分布( a) 14 :00 , ( b) 02 : 00 , (c) 20 :00 , ( d) 02 :00fig. 9 di st ributio n of heat f l ux diff erence of d ec11 a nd d ec03建筑物变高 、变密时 , 低层大气和高层之间湍流交换更强 , 大气层结不稳定性增加 , 白天更容易出现 强烈混合的情况 , 且出现的高度高 , 厚度大 , 边界 层高度也相应增高 。在城市地区 , 中午 14 : 00 时 , j u n11 、j u n07 和 j u n03 算例中 , 混合层的高度分别为 750 , 630 和 440 m ; j u n11 的混合层厚度 也最大 , 约为 200 m 以上 。早晨 08 : 00 风速小 , 建 筑 物 的 影 响 弱 , 湍 流 混 合 发 展 程 度 的 差 别 较 小 , j u n11 的边界层高度比 j u n07 和 j u n03 约高 70 m , 差别较小 。由 上 述 分 析 可 知 , 建 筑 物 的 作 用 使 冬 季 在20 :00会出现湍流交换的一个峰值 ( 图 11) , 此时大 气稳定度下降 , 从位温廓线上可以相应 地发 现 80 m 高度以下没有出现 稳定 的 逆温 层结 , 在 d ec11方案中最明显 。这体现了不同建筑物高度 、密度对温度层结不同程度的影响 。结论为了了解建筑物对城市气象环境的影响 , 在区 域边界层模式的动量方程 、湍能方程中引入建筑物 作用 。通过与实际观测结果的对比表明 , 模式较好 地体现了建筑物对城市风场的影响 , 提高了模拟性 能 。根据城市密度特征 , 设计了不同的建筑物高度 和密度的敏感性试验 , 通过数值试验分析其对城市 动力结构的直接影响 , 以及对城市气象环境其它方 面的影响 , 得到以下初步结论 :4(1)建筑物对风场的阻尼作用一般会使城市地区风速减小 , 在本文设计的算例中最大减小了高原气象25 卷832图 10夏季城市地区位温廓线( a) 14 :00 , ( b) 08 :00 , 其中空心圆点 、实心圆点和空心方框点分别代表 j u n11 方案 、j u n07 方案和 j u n03 方案的计算结果fig. 10po tential temp erat ure p rofile of cit y regio n i n summer(3)建筑物对地气之间动量交换的影响 , 风速衰减起主导作用 , 使动量交换减弱 。对地气热量交换的影响受风速减小和湍流加强两方面的共同作 用 。白天风速减小起决定性作用 , 热量交换减弱 ;夜间湍流交换加强起决定性作用 , 热量交换加强 。(4)建筑物对动量的拖曳作用 , 以及建筑物产生的尾流对湍流动能的贡献 , 和建筑物的形状 、朝向关系密切 。气流经过不同形状 、不同高度 、不同朝向的建筑物和街谷时 , 气流的减速 、尾流的形 成不完全一样 。这就需要在今后的研究中将建筑物 外形对于气流的影响通过参数化的形式加以考虑 , 更全面的引入建筑物的影响 。致谢 : 本文所用杭州有关资料由浙江省气象局 提供 , 顾骏强研究员在本文工作过程中也给予诸多 帮助 , 特此致谢 。参考文献图 11 同图 10 , 但为 20 :00fig. 11 the sa me a s fig. 10 , excep t fo r 20 :00 1 so r bjan z , m ulia sz . so me numerical ur ba n bo unda r y layer st udie sj . bo unda r y2l ayer met eo r , 1982 , 22 : 450 - 481u ra no a , ichi no se t ha na ki k. ther mal envi ro n ment si mula2tio n fo r t hree di mensio nal replacement of ur ba n activit y j . j wi nd eng ind aero dyn , 1999 , 81 : 172 - 210ot t e t l , a l acser , s dupo nt , et al . imple ment atio n of a n ur ban ca nop y p a ra met erizatio n i n a meso scale met eo rolo gical mo del j . j appl met eo r , 2004 , 43 ( 11) : 1648 - 1665j azcilevich a d , v fuent es , e j a uer gui , et al . si mulat ed ur21 . 6 m/ s , 容易引起低层气流的辐合 , 垂直速度增加 , 这会促使低层的热量 、水汽向高空输送 。 2 (2)建筑物对低层风场的扰动作用 , 增加湍 3 流动能中的机械产生作用 , 湍能增加 。高 、低层大气之间湍 流交 换 加 强 , 使 大 气 层 结 的 不 稳 定 性 增 加 , 并容易出现数百米厚度的强烈混合的情况 。 4 r ural soil moi st ure j . j appl met eo r , 2002 , 41 ( 12) : 1247 -1266 12 fa ng xiao yi ( 房小怡) , j ia ng wei mei ( 蒋维楣) , miao shi gua ng ( 苗世光) , et al . the mat ti2scale nu merical mo deli ng syst em fo r re sea rch o n t he relatio n ship bet ween ur ba n pla nni ng met e2 o rolo gical envi ro n ment j . a dv at mo s sci , 2004 , 21 ( 1) : 103- 114 13 陈燕 , 蒋维楣 , 吴涧 , 等. 利用区域边界层模式对杭州市热岛 的模拟研究j . 高原气象 , 2004 , 23 ( 4) : 519 - 528 14 陈燕 , 蒋维楣 , 徐敏 , 等. 城市规划中绿化布局对区域气象环 境影响的数值试验 研究 j . 地 球 物 理 学 报 , 2005 , 48 ( 2 ) :265 - 274 15 ra up ach m r. drag a nd drag pa rtitio n o n ro ugh surf aces j .bo undar y2l ayer met eo r , 1992 , 60 ( 3) : 375 - 395 16 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j . 应用气象学报 , 2003 , 14 ( 1) : 61 - 67 17 sa ka ki ba ra y. a numerical st udy of t he eff ect of ur ba n geo me2t r y upo n t he surf ace ener gy budget j . at mo s envi ro n , 1996 ,30 ( 3) : 487 - 496 18 hugo viei ra , j oao va sco ncelo s. u r ba n mo rp holo gy charact er2 izatio n to i ncl ude i n a gis fo r cli matic p urpo se s i n li sbo n : di s2 cu ssio n of t wo diff erent met ho ds c . proceedi ng of t he 2001int er natio nal sympo si um o n envi ro nment al hydra ulicsban cli mat e respo n se to hi sto rical la nd u se mo dificatio n i n t he ba si n of mexico j . cli matic change , 2000 , 44 ( 4) : 515 - 536gri mmo nd c s b , t s ki ng , m ro t h m , et al . a ne mo met2ricall y det er mi ned ro ughne ss a nd di splace ment lengt h s i n ur ba n a rea sj . bo unda r y2l ayer met eo r , 1998 , 89 : 1 - 24gri mmo nd c s b , t r o ke . aero dyna mic p ropertie s of ur ba n a rea s derived f ro m a nal ysi s of surf ace fo r m j . j appl met e2 o r , 1999 , 38 : 1262 - 1292ya mada t. a nu merical mo del st udy of t ur bulent ai rflo w i n a nd a bo ve a fo re st ca nop y j . j met eo r soc j apa n , 1982 , 60 ( 1) : 439 - 454u no i , h u eda . n u merical mo deli ng of noct ur nal ur ba n bo undar y layer j . bo unda r y2l ayer met eo r , 1998 , 49 ( 1) : 77- 98ma r uya ma t. surf ace a nd i nlet bo unda r y co nditio n s fo r t he si mulatio n of t ur bulent bo unda r y layer o ver co mplex ro ugh surf ace sj . j wi nd eng ind aero dyn , 1999 , 81 : 311 - 322 5 6 7 8 9 10 ku sa ka h , h ko ndo , y ki kegawa . a si mple si ngle layer ur2ban ca nop y mo del fo r at mo sp heric mo del s : co mpa ri so n wit hmulti2layer a nd slab mo del s j . bo undar y2l ayer2001 , 101 ( 3) : 329 - 358 11 ma rtilli a . n u merical st udy of ur ba n i mp act o n bo unda r y layer st r uct ure : sen sitivit y to wi nd sp eed , ur ba n mo rp holo gy , a ndmet eo r ,the numerical experiments of the ef f ect of urbanbui