【摘要】：半個世紀(jì)多以來,隨著城市化的不斷發(fā)展,城市面積的不斷擴大以及城市區(qū)域建筑物高度、寬度等的變化對大氣的影響逐漸引起關(guān)注和重視。中國經(jīng)歷了快速的城市化進程,尤以長三角和珠三角地區(qū)為顯著代表。土地利用類型的變化會影響近地層的大氣變化,進而影響城市降水過程。但是以往的研究多是從氣候的角度考慮城市效應(yīng)對降水的影響,在天氣尺度上,也是以考慮局地的強對流的發(fā)展為主。而熱帶氣旋作為一個強大的天氣系統(tǒng),其所伴隨的強風(fēng)在遇到城市下墊面時,對熱帶氣旋降水造成的影響目前在研究中仍不多見。因此運用城市冠層模式和更新下墊面土地利用資料來研究城市化對登陸熱帶氣旋降水的影響,是一個很有意義的工作。為了研究城市效應(yīng)對熱帶氣旋降水的影響,本文運用中尺度數(shù)值模式WRF耦合城市冠層模式(UCM,Urban Canopy Model),對選取登陸在廣東省城市群的熱帶氣旋個例進行了數(shù)值模擬。同時,利用最新土地利用資料以及是否耦合城市冠層模式進行了敏感性試驗,針對影響熱帶氣旋降水的直接相關(guān)物理量進行研究,從熱力和動力方面探究影響熱帶氣旋降水因子的時空分布和發(fā)展演變特征,分析在熱帶氣旋登陸后城市的出現(xiàn)給熱帶氣旋系統(tǒng)降水帶來的可能影響。分析表明:高分辨率數(shù)值模擬較好地再現(xiàn)了熱帶氣旋登陸前后的路徑、強度和累積降水。利用城市化過程中下墊面的更新和城市冠層模式的耦合對路徑的模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)城市效應(yīng)對路徑的影響較小,在登陸之前路徑基本一致,登陸之后路徑差異仍不明顯。顯示出對珠三角地區(qū)土地類型的改變不是決定熱帶氣旋移動路徑的關(guān)鍵因素。進一步對熱帶氣旋登陸過程的強度變化分析,發(fā)現(xiàn)模式不能很好地模擬出熱帶氣旋登陸后的強度減弱變化。不同方案模擬的熱帶氣旋強度在登陸之前沒有明顯的改變,但是登陸之后存在一定的差異,結(jié)果表明城市冠層的考慮與下墊面土地利用類型的更新,導(dǎo)致模擬的熱帶氣旋強度有所減弱。將WRF模式中耦合城市冠層模塊,針對對流運動、水汽條件、對流有效位能(CAPE)等與熱帶氣旋降水直接相關(guān)的核心物理過程進行研究,結(jié)合動力作用和熱力作用分析城市冠層在影響熱帶氣旋降水中所起的作用。其結(jié)果表明城市冠層的存在會使得對流運動減弱,減少水汽輸送,使得城市區(qū)域累積降水量略有減少。城市化導(dǎo)致的土地利用類型的變化與城市化之前的下墊面對比表明,城市下墊面粗糙度的增加,一方面,城市不透水下墊面的存在和擴大造成了熱帶氣旋登陸后地面風(fēng)的減速,強度減弱且城區(qū)地表潛熱通量會相應(yīng)地減小。另一個更為重要的方面是城市化導(dǎo)致的土地利用類型的變化會加強城區(qū)上空垂直對流運動以及對應(yīng)城區(qū)上空對流有效位能(CAPE)增加,尤其在珠江口附近一帶,累積降水增加量最大可以達(dá)20mm以上,相當(dāng)于總降水比例的20%�？傮w而言,對登陸熱帶氣旋降水而言,在城市冠層和城市下墊面共同作用下,降水增加明顯受到抑制。這就意味著在高分辨率模擬中城市冠層和城市下墊面的作用相反,單純城市化下墊面條件會造成登陸熱帶氣旋降水增加,而耦合了城市冠層模塊后的登陸熱帶氣旋降水減少。在數(shù)值模擬中城市冠層影響并不顯著,但是城市化下墊面對登陸熱帶氣旋暴雨的增幅作用明顯,這在登陸熱帶氣旋的降雨預(yù)報中應(yīng)該得到重視。
【學(xué)位授予單位】：中國氣象科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P461
【圖文】：

如圖1.1a（Oke and Hosker, 1998）是不同尺度上城市冠層以及城市邊界層的示意圖，圖 1.1b表示鄉(xiāng)村和城市地表能量平衡的定量描述，城市化以來，城區(qū)地表的覆蓋材料，尤其是不透水材料例如水泥人行道、磚石、金屬板等的使用導(dǎo)致陸面物理學(xué)屬性例如熱傳導(dǎo)率、熱容量、比熱、反射率以及吸放熱性質(zhì)等）和動力學(xué)屬性例如粗糙度等發(fā)生改變，會在反射太陽輻射、人為熱、向外長波輻射等地表能量平衡中體現(xiàn)出來。城市冠層對大氣運動的影響如圖 1.2 所示，有幾下六個方面過程（王詠薇等，2008；蔣維楣等，2009）：圖 1.1 （a）不同尺度上城市冠層以及城市邊界層示意圖（b）地表能量平衡的定量描述過程（Okeand Hosker, 1998）

圖 1.2 城市冠層對大氣運動的影響（王詠薇等，2008）當(dāng)前，關(guān)于城市冠層影響的研究正在積極展開。隨著城市規(guī)模的擴張，建筑物覆蓋率顯著增加，城市高樓林立，進行城市環(huán)境、城市邊界層結(jié)構(gòu)等必須合理地考慮城市建筑物三維結(jié)構(gòu)對大氣運動的影響。Wang（1993）和 Ro等通過一系列城市大氣湍流運動的觀測試驗，驗證了城市下墊面對風(fēng)場的影流特性，發(fā)現(xiàn)城市復(fù)雜下墊面影響邊界層結(jié)構(gòu)主要通過以下兩個方面，一是會顯著影響太陽短波輻射和地面長波輻射過程；二是建筑物會對氣流產(chǎn)生明曳作用。在上述兩個作用的共同影響下，從而對冠層內(nèi)部向大氣傳導(dǎo)的熱通量同時得到結(jié)論：城市湍流狀態(tài)的相關(guān)特征包括拖曳系數(shù)、湍流長度以及寬度不同于平坦下墊面上與湍流有關(guān)的參數(shù)，在任何尺度下，城市下墊面都是非燕燕等，2006）。國內(nèi)外相關(guān)研究學(xué)者的發(fā)現(xiàn)為完善和改進城市冠層模式提供基礎(chǔ)。隨著城市的擴張，城市效應(yīng)對大氣運動的影響是數(shù)值模擬研究中一個不理過程，城市冠層的出現(xiàn)使得地形、擾動及不同能量之間的相互轉(zhuǎn)化過程都變

程序是由標(biāo)準(zhǔn)的 Fortran 程序編寫，分為 ARW 與 N們主要使用 ARW 內(nèi)核。該模式垂直方向采用地dinate），耦合了與大氣輻射傳輸、云微物理、邊界層案（李英華，2006），并在持續(xù)進化和完善修改。此天氣尺度等天氣系統(tǒng)進行預(yù)報和模擬，是因為其包RF 模式也可以很好模擬真實天氣過程例如熱帶氣旋，也可以較好的模擬出其中的云雨分布和演變特預(yù)報模式，適用于解決中尺度天氣系統(tǒng)研究。://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/）包括三個部分：塊 ARW、模式的同化模塊和模式數(shù)據(jù)的后處理工為真實數(shù)據(jù)模擬準(zhǔn)備輸入場，geogrid 確定模式區(qū)域模式的網(wǎng)格點上，ungrib 和 geogrid 屬并列關(guān)系，象數(shù)據(jù)，并歸納成一個 intermediate 文件格式，me區(qū)域內(nèi)（孫科，2011）。核心組成部分 ARW 的功能

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2786619