《城市冠層模式中水分平衡過程參數化方案研究》是依託南京大學，由王學遠擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：城市冠層模式中水分平衡過程參數化方案研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王學遠
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
城市冠層參數化方案的發展是改進城市地氣通量模擬、提升城市邊界層及中尺度模式底邊界條件數值模擬效果的關鍵。目前城市冠層模式幾乎都對城市下墊面水分平衡過程的處理不夠完善，影響了模式對水、熱通量的模擬效果。本項目擬在南京大學多層城市冠層模式中引入城市地表與大氣之間特有的水分交換過程：分別考慮城市透水面和不透水面的水循環過程，並通過計算街渠單元各組分之間，以及各組分表面與上層大氣之間的蒸散/蒸發通量、潛熱通量，建立耦合城市地表能量平衡與水分平衡過程的城市冠層模式，並利用觀測資料予以檢驗，揭示城市水循環過程對城市街渠單元各組分，特別是不透水面潛熱通量和水汽傳輸過程的影響機理，為深入認識城市冠層對城市地氣相互作用及其對城市天氣氣候預測的影響,提供科學依據和有效工具。
城市冠層參數化方案的發展是改進城市地氣通量模擬的關鍵,目前城市冠層模式中對於城市水分平衡過程研究不夠完善。本研究首先利用“自下而上”的方法，製作了南京市夏季空調製冷和汽車尾氣排放的人為潛熱排放清單，考慮了其時間變化和空間分布，發現人為潛熱通量與建築物密度緊密相關。在此基礎上，採用改進水分平衡過程的WRF模式定量分析了人為潛熱排放、綠地澆水、不透水面的蒸發、以及屋頂綠化等人為水汽過程對氣象要素和能量平衡的影響。模擬結果表明考慮人為水汽的各方案能夠顯著改善模式對潛熱通量的模擬效果，綠地澆水和屋頂綠化方案的改進效果最明顯。其次，本研究在區域邊界層模式RBLM當中建立了城市植被冠層模式，改進了城市冠層中水分平衡過程的參數化方案，模擬結果表明改進後的模式可以改善城市地表潛熱通量和相對濕度的模擬效果。敏感性試驗表明，城市地區植被覆蓋率的提高可以增加大氣濕度和潛熱通量，降低感熱通量和熱島強度。再次，屋頂綠化進一步精細的敏感性試驗表明，屋頂綠化可以改善小區內的微氣候，緩解敏感區域的熱島效應，屋頂綠化對小區的冷卻強度取決於小區屋頂綠化的程度以及建築物之間的距離。屋頂綠化也可使得敏感小區水平風速增加。隨著屋頂綠化面積的越大，平均水平風速的增幅越大。然後，利用考慮屋頂綠化方案的空氣品質模式模擬發現，增加屋頂綠化過程能夠改善模式對氣象要素的模擬效果，污染物濃度和能見度模擬結果與觀測更加吻合。此外，本研究通過將改進水分平衡過程的WRF模式和城市熱島強度預報相結合，建立了城市天氣氣候應急預警系統，可以對城市熱島和高溫熱浪進行預報，能夠改善相關業務部門對典型公共場所及重大社會活動場所的服務能力。
