【摘要】：人類的生存環(huán)境與大氣邊界層息息相關(guān)。進入20世紀以來,由于工業(yè)、交通的發(fā)展,尤其是城市化進程的加劇,城市邊界層特征變得日趨復(fù)雜,影響因素諸多,使其物理化學(xué)過程難以認識。為了保護人類生存環(huán)境,建立城市環(huán)境良性循環(huán)的結(jié)構(gòu),進而調(diào)控城市大氣污染狀況,對城市邊界層大氣動力和大氣化學(xué)特征及其相互作用機理的研究已成為直接影響社會、經(jīng)濟發(fā)展的重大課題。北京作為我國的首都,其城市化環(huán)境問題尤為突出和重要。本文利用“BECAPEX”大氣環(huán)境科學(xué)試驗北京氣象塔15層梯度觀測資料、三層超聲風溫儀觀測資料以及系留氣艇垂直探測資料,通過對北京城市邊界層大氣過程垂直動力特征的綜合研究,揭示北京城市邊界層不同層次湍流特征及北京地區(qū)與其它不同城市和不同類型下墊面地區(qū)湍流特征的差異,研究了不同城市災(zāi)害性天氣過程沙塵天氣和城市大霧天氣過程的城市邊界層垂直動力結(jié)構(gòu)尤其是湍流垂直結(jié)構(gòu)的特征及其與污染物濃度變化的關(guān)系,同時通過修正數(shù)值模式中城市下墊面動力學(xué)參數(shù)改善了模式對邊界層結(jié)構(gòu)的模擬效果,并進一步研究了城市下墊面特征的變化對邊界層動力、熱力及湍流的影響特征。初步揭示了北京城市邊界層湍流動力結(jié)構(gòu)模型。 主要結(jié)論概括如下: (1) 對北京城市邊界層垂直方向不同層次湍流特征的綜合研究結(jié)果表明:在不穩(wěn)定層結(jié)條件下,北京城市邊界層47m和120m高度上無因次湍流速度方差(σ_u/u*、,σ_v/u*、σ_w/u*)與空氣動力學(xué)穩(wěn)定度參數(shù)(z’/L)之間關(guān)系符合1/3次律,無因次溫度方差(σ_T/T*)符合-1/3次律,并給出相應(yīng)的擬合公式。而280m高度上資料離散度較大,缺乏擬合基礎(chǔ);47m和120m高度的湍流通量特征比較相近,280m明顯低于其它兩層,在白天,近地層包含了47m和120m,而280m則已在近地層之上;在穩(wěn)定層結(jié)條件下,47m高度大氣邊界層可按穩(wěn)定度參數(shù).z’/L分成二分區(qū),z’/L0.1為弱穩(wěn)定區(qū),此時相似規(guī)律可適用,z’/L0.1為強穩(wěn)定區(qū),在此區(qū)內(nèi)無因次速度方差隨穩(wěn)定度增大有增大趨勢,而無因次溫度方差則保持不變,相似規(guī)律不適用。120m和280m高度則無上述規(guī)律。 (2) 北京城市邊界層各高度無因次速度方差的大小都表現(xiàn)為,σ_u/u*最大,σ_v/u*次之,σ_w/u*最小。在垂直方向上,σ_u/u*隨高度增加而增大,σ_v/u*、σ_w/u*隨高度變化都表現(xiàn)為在47m和120m的值比較接近,280m處的值高于其它兩層的值。城
【學(xué)位授予單位】：中國氣象科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2005
【分類號】：X16
【圖文】：

北京城市邊界層低層湍流動力結(jié)構(gòu)及其影響特征混合層，其中，城市冠層、圖1.2。其各層的特征見表粗糙副層、慣性層屬于城市近地層。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖1.2城市大氣邊界層的垂直結(jié)構(gòu)【54’城市近地層的結(jié)構(gòu)垂直范圍城市冠層地面到屋頂UrbnaCnaoPyLyaer特征城市下墊面結(jié)構(gòu)，如城市的建筑結(jié)構(gòu)、城市地面構(gòu)成的非均勻性等特征直接影響著該層大氣的動量、湍流動能、熱量及地面凈輻射收支狀況【54’。粗糙副層Roughnesssublyae從屋頂?shù)?.該層中的大氣動力和熱力特征受與下墊面粗糙度相關(guān)(2.為粗糙副的長度尺度的影響。另外，觀測結(jié)果表明【5，一58’，城層的高度)市大氣近地層中的城市粗糙副層和冠層中的湍流通量不是隨高度不變的常數(shù)，傳統(tǒng)的Monin一Obukhov近地層相似理論在這兩層中是不完全適用的。慣性層Inertiallayer2.以上的大約該層也稱為常值通量層，在此層中，可以利用0.1.2的厚度Mnoni一obu比ov近地層相似理論來研究城市下墊面結(jié)構(gòu)對大氣的影響作用‘’9’�；旌蠈覯ixedLyaer大約1.1*2到城市邊界層頂表1.3湍流特性可能與表面粗糙度無關(guān)，它的頂層是夾卷層，它增強了粗糙且濕暖的城市表面和混合層之間的禍合

第四章城市霧邊界層結(jié)構(gòu)，大霧天氣給北京地區(qū)帶來了嚴重的空氣污染，使北京地區(qū)的其中22日02:00時~17:00時是北京地區(qū)能見度最低的時期，在大刻，22日08:00時一11:0O時，最低能見度只有10Om。大氣能見度的變化受大氣中硫酸根濃度、顆粒物濃度、相對濕物濃度的影響較大【3”。大霧期間如此低的能見度是與大氣中有著密切的關(guān)系，下面我們就來分析一下此次大霧過程幾種污征。

袱袱二;:x二;二:;;;奮奮父·二谷井井、、.二、.，“二’x’’》》父裸..6委委(M1八X、JMAX〕(l，JMAX圖5.1MMS模式的水平格點結(jié)構(gòu)示意圖rkaawaB跳點的水平格點結(jié)構(gòu)，圖中小框表示嵌套區(qū)域，其中粗網(wǎng)格格距比為3:)l

【引證文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 陳霞;魏文壽;顧光芹;安月改;;塔克拉瑪干沙漠腹地沙塵氣溶膠對低層大氣的加熱效應(yīng)[J];氣象學(xué)報;2012年06期

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相關(guān)會議論文 前1條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 馬應(yīng)生;2006春季珠江口海岸帶近地面層湍流結(jié)構(gòu)與熱通量的觀測研究[D];中國海洋大學(xué);2011年

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3 劉浩;北京城區(qū)近地面強風場的統(tǒng)計特性[D];北京交通大學(xué);2010年

4 趙玲慧;邊界層壁面特性的改變對大渦結(jié)構(gòu)作用的數(shù)值研究[D];南京信息工程大學(xué);2012年

本文編號：2789520