【摘要】：半個(gè)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(kuò)大以及城市區(qū)域建筑物高度、寬度等的變化對(duì)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(jìn)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(huì)影響近地層的大氣變化,進(jìn)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(duì)降水的影響,在天氣尺度上,也是以考慮局地的強(qiáng)對(duì)流的發(fā)展為主。而熱帶氣旋作為一個(gè)強(qiáng)大的天氣系統(tǒng),其所伴隨的強(qiáng)風(fēng)在遇到城市下墊面時(shí),對(duì)熱帶氣旋降水造成的影響目前在研究中仍不多見。因此運(yùn)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(duì)登陸熱帶氣旋降水的影響,是一個(gè)很有意義的工作。為了研究城市效應(yīng)對(duì)熱帶氣旋降水的影響,本文運(yùn)用中尺度數(shù)值模式WRF耦合城市冠層模式(UCM,Urban Canopy Model),對(duì)選取登陸在廣東省城市群的熱帶氣旋個(gè)例進(jìn)行了數(shù)值模擬。同時(shí),利用最新土地利用資料以及是否耦合城市冠層模式進(jìn)行了敏感性試驗(yàn),針對(duì)影響熱帶氣旋降水的直接相關(guān)物理量進(jìn)行研究,從熱力和動(dòng)力方面探究影響熱帶氣旋降水因子的時(shí)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(qiáng)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(duì)路徑的模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)城市效應(yīng)對(duì)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(duì)珠三角地區(qū)土地類型的改變不是決定熱帶氣旋移動(dòng)路徑的關(guān)鍵因素。進(jìn)一步對(duì)熱帶氣旋登陸過程的強(qiáng)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(qiáng)度減弱變化。不同方案模擬的熱帶氣旋強(qiáng)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(qiáng)度有所減弱。將WRF模式中耦合城市冠層模塊,針對(duì)對(duì)流運(yùn)動(dòng)、水汽條件、對(duì)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(jìn)行研究,結(jié)合動(dòng)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(huì)使得對(duì)流運(yùn)動(dòng)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(duì)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(kuò)大造成了熱帶氣旋登陸后地面風(fēng)的減速,強(qiáng)度減弱且城區(qū)地表潛熱通量會(huì)相應(yīng)地減小。另一個(gè)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(huì)加強(qiáng)城區(qū)上空垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)以及對(duì)應(yīng)城區(qū)上空對(duì)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(duì)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(huì)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(duì)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(bào)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：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(dòng)力學(xué)屬性例如粗糙度等發(fā)生改變，會(huì)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(duì)大氣運(yùn)動(dòng)的影響如圖 1.2 所示，有幾下六個(gè)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(duì)大氣運(yùn)動(dòng)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(kuò)張，建筑物覆蓋率顯著增加，城市高樓林立，進(jìn)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(duì)大氣運(yùn)動(dòng)的影響。Wang（1993）和 Ro等通過一系列城市大氣湍流運(yùn)動(dòng)的觀測(cè)試驗(yàn)，驗(yàn)證了城市下墊面對(duì)風(fēng)場(chǎng)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(gè)方面，一是會(huì)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(huì)對(duì)氣流產(chǎn)生明曳作用。在上述兩個(gè)作用的共同影響下，從而對(duì)冠層內(nèi)部向大氣傳導(dǎo)的熱通量同時(shí)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(jìn)城市冠層模式提供基礎(chǔ)。隨著城市的擴(kuò)張，城市效應(yīng)對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)的影響是數(shù)值模擬研究中一個(gè)不理過程，城市冠層的出現(xiàn)使得地形、擾動(dòng)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(jìn)化和完善修改。此天氣尺度等天氣系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)報(bào)和模擬，是因?yàn)槠浒黂F 模式也可以很好模擬真實(shí)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(bào)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(gè)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(shí)數(shù)據(jù)模擬準(zhǔn)備輸入場(chǎng)，geogrid 確定模式區(qū)域模式的網(wǎng)格點(diǎn)上，ungrib 和 geogrid 屬并列關(guān)系，象數(shù)據(jù)，并歸納成一個(gè) 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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1 齊慶華;蔡榕碩;;21世紀(jì)海上絲綢之路海洋環(huán)境的氣候變化與風(fēng)暴災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探析[J];海洋開發(fā)與管理;2017年05期

2 鄭亦佳;劉樹華;何萍;繆育聰;王姝;;城市化對(duì)昆明一次強(qiáng)降水過程影響的數(shù)值模擬研究[J];北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2017年04期

3 姚帥;蔣德海;張艷霞;李菲;鄧雪嬌;王寶民;;利用GRAPES-UCM模式對(duì)廣州典型污染天氣過程的數(shù)值模擬研究[J];南京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué));2016年06期

4 張微;周毓荃;;一次積層混合云降水不同尺度結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬[J];大氣科學(xué)學(xué)報(bào);2014年04期

5 童曉偉;王克林;岳躍民;廖楚杰;徐艷芳;朱海濤;;桂西北喀斯特區(qū)域植被變化趨勢(shì)及其對(duì)氣候和地形的響應(yīng)[J];生態(tài)學(xué)報(bào);2014年12期

6 王詠薇;伍見軍;杜欽;高陽華;;不同城市冠層參數(shù)化方案對(duì)重慶高密度建筑物環(huán)境的數(shù)值模擬研究[J];氣象學(xué)報(bào);2013年06期

7 張艷霞;蒙偉光;戴光豐;蔣德海;;WRF耦合城市冠層模式對(duì)珠三角城市群天氣模擬影響的評(píng)估[J];熱帶氣象學(xué)報(bào);2013年06期

8 方偉華;林偉;;面向?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)模型研究綜述[J];地理科學(xué)進(jìn)展;2013年06期

9 鄭祚芳;高華;李青春;;城市化對(duì)北京一次極端降水過程影響的數(shù)值分析[J];氣象;2013年03期

10 李響;;WRF模式中積云對(duì)流參數(shù)化方案對(duì)西北太平洋臺(tái)風(fēng)路徑與強(qiáng)度模擬的影響[J];中國科學(xué):地球科學(xué);2012年12期

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2 張微;一次積層混合云降水不同尺度結(jié)構(gòu)特征的數(shù)值模擬研究[D];南京信息工程大學(xué);2012年

3 尹瑞雪;城市冠層參數(shù)化在WRF中的應(yīng)用研究[D];蘭州大學(xué);2012年

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6 劉煒樺;雷達(dá)反射率因子間接同化在颮線數(shù)值模擬中的應(yīng)用[D];南京信息工程大學(xué);2011年

7 陳鵬;一次川東南暴雨過程中低渦和中尺度對(duì)流系統(tǒng)的分析研究[D];南京信息工程大學(xué);2011年

8 孫科;WRF模式物理過程參數(shù)化方案對(duì)降水模擬影響研究[D];華北電力大學(xué)（北京）;2011年

9 李英華;大氣氣溶膠輻射參數(shù)化方案的對(duì)比分析[D];蘭州大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2786619