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城市化进程对城市气象的影响

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        城市是人类居住最密集的地方,而城市化进程的快速发展不断改变城市原有的下垫面特征与近地层大气结构,城市中大部分原有的自然植被为沥青、水泥马路以及各种高低不同的建筑物所代替,人们的生产和生活增加了城市额外的热量,城市工业排放大量烟尘、气溶胶等,这些对城市的气温、湿度、降水、风、能见度等气象要素都产生显著的影响。城市气候的局地性特征严重影响着城市居民的生活、生产和各类活动。 大气边界层是人类生活和生产活动的主要空间,也是地球大气动量、能量和各种物质(水分、二氧化碳和其它温室气体及各种大气污染物质)上下输送的通道,全球变化的区域响应以及地表变化和人类活动对气候的影响也是通过大气边界层过程来实现的。城市气象研究的主要内容包括:城市气候、城市环境和城市高影响天气,而这些都与城市边界层过程关系密切。 本项目以国家自然科学基金重点项目“地表通量参数化与大气边界层过程的基础研究”(编号:40233030)为依托,利用中国科学院大气物理研究所在北京的325m气象观测塔资料以及北京市常规气象观测资料,对北京市城市气候趋势与城市环境、城市化进程对城市边界层的影响以及城市高影响天气(沙尘)的大气边界层特征等3个方面进行了深入的研究,并应用能量平衡原理,建立了南昌市城市水泥路面温度预报模型。具体研究成果如下: 1、1994~2003年期间,北京市气温、湿度、蒸发、降水、日照、地温、能见度等气象要素的变化凸现了城市化进程的影响。主要体现在: (1)城区相对湿度较郊区明显偏小,比郊区约小2~5%,呈现一“干岛”特征,且相对湿度呈逐年下降趋势; (2)降水方面,北京市的夏季降水量逐年下降非常明显。尤其是1998年以后,7、8月份平均降水不足200mm。并且,在北京市夏季的下风区—怀柔和密云,降水明显大于城市中心地区; (3)平均日蒸发量和日照时数城区大于郊区; (4)虽然城区能见度明显小于郊区,但总体来讲,1999年以后,北京地区的能见度趋好; (5)地温(尤其是浅层地温)同样存在城市热岛现象; (6)北京地区35℃以上高温天数基本呈增多趋势,且城区高温天数明显多于郊区; (7)边界层强逆温的存在和弱的风场(≤2m/s)环境非常有利于城市夏季强热岛的出现。 2、北京市夏季城市热岛现象明显,1998~2003年期间平均热岛强度达到1.64℃;强热岛主要发生在夜间,02时的平均热岛强度为2.62℃。而白天城市热岛减弱较快,14时的平均强度为0.6℃,有时甚至会出现冷岛现象;随着北京城市化进程的不断深入,其城市热岛强度>2℃的天数也在逐年增加,最强时可达9℃;当热岛强度很强时,北京市近地层的风场会出现较明显的热岛环流(辐合),且风速较小(<2m/s)。城市强热岛出现时,北京市的大气边界层逆温不仅强,而且逆温层顶较高。 3、对2002年3月18~22日影响北京市的强沙尘天气过程进行分析得到,冷空气的影响是从上层开始的。沙尘爆发前,边界层水平风速一直较小,气温较高,有强逆温结构存在,动量以中尺度输送为主,湍流很弱。沙尘爆发时,边界层水平风速和平均湍流速度急剧增强,向下的湍流动量通量明显加大,温度也突然变化,先迅速上升后又持续下降,逆温层结被破坏。湍流动量通量是沙尘沉降的主要原因,但沙尘爆发前的中尺度过程不能忽略。沙尘爆发前后,感热通量均以小尺度的湍流输送为主,中尺度输送不明显。另外,本次沙尘暴过程中,120m和47m层的摩擦速度都明显超过了北京市的临界摩擦速度,表明局地起沙也是本次沙尘暴过程中北京沙尘的一个重要的沙源。 4、应用能量守恒方法,考虑太阳短波辐射、大气和地面长波辐射(辐散)潜热、感热传输等能量之间的平衡,并考虑水汽、气溶胶、浮尘以及云等对太阳短波辐射的吸收和散射,建立了一种较实用的路面温度预报模型。应用南昌市自动气象观测站2002年7月26日至8月24日共30d逐时的各气象要素资料进行模拟分析,并与该时段内所测到的水泥路面温度进行对比,发现:当夏季日照时间超过5h时,水泥路面最高温度预报最大误差<4℃,多日误差绝对值平均为2.13℃,该模型具有较好的实际应用价值;但当雨日或无日照时,结果较差。
研究起止时间: 2003.05 至2008.04 成果登记时间: 2010-05-20 课题来源: 国家科技计划
成果体现形式: 研究形式: 与院校合作 成果水平: 国内领先
成果属性: 成果所处阶段: 完成单位: 江西省气象科学研究所
完成单位: 江西省气象科学研究所 单位电话: 0791-86235229 单位传真: 0791-6268003
通讯地址: 江西省南昌市省政府大院北二路109号 邮政编码: 330046 单位网址:
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