【摘要】：近幾十年來,長江三角洲地區(qū)城市化進程迅速,城市熱島效應顯著,城市間距離不斷縮短,城市之間熱島效應以及大氣污染物的相互影響不斷增強。因此,本研究利用長三角近十幾年人口和城市面積統(tǒng)計年鑒資料以及多年氣象資料統(tǒng)計了長三角的城市化進程對長三角氣溫和濕度的影響以及城市之間熱島高溫的相互輸送。并利用WRF耦合多層城市冠層模式BEP和空氣質量模式CMAQ討論城市下墊面對局地和下風向地區(qū)熱島效應及03濃度的影響。本文統(tǒng)計了1970—2009年長三角氣象資料,發(fā)現(xiàn)2000年以后長三角城市化進程加劇,導致城市氣溫迅速增加,春夏季增溫幅度高于秋冬季；同時城市濕度下降明顯,夏季濕度下降最強,冬季最弱。當風向與城市排列方向一致時,上游城市對下游城市熱島溫度的輸送強度隨風速增加先上升后下降。從觀測角度證實了城市之間熱島效應的相互作用。利用WRF耦合多層城市冠層模式BEP計算了城市下墊面對蘇錫常城市群熱島效應的影響以及太湖的湖風效應對蘇錫常城市群熱島效應的作用。蘇州-無錫-常州城市帶熱島效應明顯。在東南風的作用下,城市熱島強度向下游逐漸增加,蘇州熱島強度最弱,常州最強。城市熱島對其下風向地區(qū)有顯著增溫效應。白天,在東南風的影響下,這三座城市的熱島效應連成一片,形成了一個更強大的熱島環(huán)流。夜晚,邊界層逐漸趨于穩(wěn)定,熱島環(huán)流減弱,有利于熱島高溫向下游地區(qū)的輸送。受上游城市的影響,無錫和常州傍晚的城市熱島強度和垂直發(fā)展高度都有顯著增加。白天太湖表面氣溫比周圍陸地低5-8℃,形成強盛的湖風,進而影響周邊城市白天的熱島效應。太湖導致無錫和常州白天近地面平均氣溫分別下降0.49℃和0.52℃,削弱了其白天城市熱島強度以及這兩座城市之間城市熱島的聯(lián)系,且抑制了城市熱島的發(fā)展高度。城市下墊面導致蘇錫常近地面城市干島效應顯著,受上游地區(qū)水汽輸送的影響,蘇州的干島效應最弱,常州最強。城市熱島環(huán)流將近地層水汽向高空輸送,導致城市上空比濕高于郊區(qū),形成高空濕島現(xiàn)象。太湖對蘇錫常近地面濕度的影響較小,但對無錫和常州高空濕度影響較大。太湖使無錫和常州熱島效應減弱,邊界層高度降低,近地面水汽向高空的輸送減少,高空濕度明顯下降。城市下墊面對局地向下短波輻射通量的影響很小,但它通過減小城市地表反照率,增加地表吸收面積等,增加了城市地表的凈短波輻射通量,削弱了地表向上短波輻射通量。城市下墊面的增溫效應導致局地向下長波輻射通量普遍增強,但向上長波輻射通量僅在中午前后增加,夜間和早晨表現(xiàn)為減少。地表凈輻射通量在夜晚和早晨增加較為明顯,約20～30 W m-2,午后的增加幅度較小,不足10 W m-2。城市下墊面導致城市地表感熱通量明顯增加,但潛熱通量下降顯著。城市下墊面使城市地表白天存儲更多熱量,夜晚釋放更多熱量。上海對昆山短波輻射通量的影響可以忽略,但使昆山地表向下和向上長波輻射通量均有所增加,向上長波輻射通量增加更明顯。上海城市下墊面導致昆山地表感熱通量略有下降,對潛熱通量的影響很小,但使地表熱存儲量明顯上升。上海的城市熱島會導致下風向城市昆山的氣溫升高,升溫大小取決于上海的城市熱島強度和熱島環(huán)流結構。午后雖然上海的熱島強度較強,但強盛的熱島環(huán)流抑制了熱島高溫向下游地區(qū)的輸送。傍晚熱島強度雖然有所下降,但隨著氣溫下降,熱島環(huán)流迅速削弱,上海對下游城市的熱島溫度輸送達到最強,使昆山平均氣溫上升了約2.5℃。城市下墊面導致上海白天近地面平均03濃度上升10 ppb左右,邊界層頂附近03濃度上升尤為明顯,最大可達40 ppb左右。由于城市下墊面使得上海的城市邊界層高度上升,大氣湍流運動增強,近地面排放的NOx向高空輸送增強,使近地面NOx濃度下降,高空濃度上升。因此近地面NOx對O3的消耗減少,而高空03的光化學反應生成增加。城市下墊面使上海夜間邊界層中下層03濃度略微上升,而邊界層中上層和邊界層頂以上03濃度下降。上海城市下墊面導致昆山白天邊界層中下層03濃度有所下降,而邊界層頂附近及邊界層頂以上03濃度顯著上升。城市下墊面造成的熱島環(huán)流削弱了上海邊界層中下層污染物向昆山的輸送,而NOx和VOC平流貢獻的減少則削弱了03的光化學產(chǎn)生。熱島環(huán)流加劇了高空的東南風,導致上海高空03及其前體物對昆山的平流輸送增強,進而促進了昆山高空03的光化學生成。上游地區(qū)城市化使昆山夜間近地面03濃度上升,高空03濃度下降。
【圖文】：

度、±地類型Ｗ及王壤類型等）插值到模擬區(qū)域Ｗ及將氣象數(shù)據(jù)提取并插值到模擬區(qū)域。逡逑處理常規(guī)和非常規(guī)觀測資料的資料同化模塊（ＷＲＦ－ＶＡ：Ｒ）、理想試驗模塊、預報模式Ｗ逡逑及模式產(chǎn)品后處理模塊（圖２．２）。在程序結構設計上，ＷＲＦ模式采用三層結構，包括驅逡逑動層、中介層和模式層。逡逑２３逡逑

ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ邋ｇｒｉｄ邐ｖｅｒｔｉｃａｌ邋ｇｒｉｄ逡逑圖２．１邋Ｗ民Ｆ水平和垂直格點示意圖Ｗ逡逑該模式支持模巧區(qū)域的單向和雙向嵌套。單向嵌套中，大尺度與小尺度大氣運動被逡逑分開計算，，二者之間沒有溝通；雙向嵌套考慮了小尺度大氣運動對大巧度運動的反饋，逡逑且同時考慮了不同波形在粗細邊界中的數(shù)值震蕩和反射帶來的影響。模式包含高分辨率逡逑非靜力應用的優(yōu)先級設計、大量的物理參數(shù)化方案選項Ｗ及與模式本身相協(xié)調的先進的逡逑資料同化系統(tǒng)。目前ＷＲＦ模式在北美等許多地區(qū)取得了較好的預報效果，ＷＲＦ模式對逡逑各種天氣和中小尺度系統(tǒng)都具有較強的模能力。逡逑ＷＲＦ邋Ａ民Ｗ模式系統(tǒng)的前處理模塊（ＷＰ＾具有定義模擬區(qū)域、將地下數(shù)據(jù)（地形高逡逑度、±地類型Ｗ及王壤類型等）插值到模擬區(qū)域Ｗ及將氣象數(shù)據(jù)提取并插值到模擬區(qū)域。逡逑處理常規(guī)和非常規(guī)觀測資料的資料同化模塊（ＷＲＦ－ＶＡ：Ｒ）、理想試驗模塊、預報模式Ｗ逡逑及模式產(chǎn)品后處理模塊（圖２．２）。在程序結構設計上，ＷＲＦ模式采用三層結構，包括驅逡逑動層、中介層和模式層。逡逑２３逡逑
【學位授予單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：X16

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本文編號：2598627