南京夏季城、郊辐射及能量平衡特征观测与模拟研究

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:cnunicomlxq
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城市化发展导致城、郊下垫面辐射平衡及能量平衡存在明显差异。本文主要利用城、郊夏季涡度相关系统观测数据,并在城市观测数据进行后处理及质量控制的基础上分析了南京城、郊下垫面在晴天条件下的辐射平衡、能量平衡、反照率以及储热项变化特征;同时根据南京城市实际人为热总量对WRF模式人为热参数方案进行修正,本文给出二个模拟算例的结果,对两个算例模拟的城、郊辐射及能量平衡进行验证与比较分析。主要结论如下:(1)夏季晴天条件下,城、郊辐射收支分配有显著不同。城市辐射陷阱作用导致城区向上短波辐射日均值小于郊区,城、郊分别为24.6W/m2和39.5W/m2,城市辐射陷阱效应导致截留的短波辐射日平均值可达23.7W/m2。同时城市地表向上长波辐射日均值大于郊区自然地表,城、郊分别为505.1W/m2和488.3W/m2,这与城、郊地区不同的下垫面温度直接相关。(2)城、郊能量平衡分配的方式有显著不同,城市地表储热及感热为能量分配的主要方式,感热全天为正,始终处于不稳定层结。郊区潜热为能量分配的主要方式,夜间存在稳定层结条件。(3)城区楼顶铁塔上33m处日平均反照率为0.11,郊区草地日平均反照率为0.17,城区水泥楼顶2m处为0.23。城区铁塔上日均反照率代表整体城市下垫面反照率的特征,城市辐射陷阱作用导致其小于郊区反照率。而水泥楼顶的反照率代表水泥板单一下垫面城市特征,因此大于前2者的反照率日均值。另外,郊区日平均反照率的日变化比城区表现出更明显的不对称性。(4)白天城区储热项占净辐射的56%,而郊区储热项仅占净辐射的7%,并与已有试验中夏季白天储热项数据进行了比较,城市储热项特征与观测所处站点的水泥(硬地)面积所占比重以及是否考虑人为热的影响密切相关。(5)两个算例模拟值与观测数据验证分析得出,模拟的城、郊2m高度的气温效果较好,分别比观测值日均值平均小2℃与0.18℃。两个算例在城区能够较好的模拟长波辐射,其相对误差均不超过2.1%,而在郊区模拟向上长波辐射时相对误差为2%,这与算例能够较好的模拟郊区气温直接相关。(6)两个模拟算例本身对比来看,算例2模拟的城、郊2m气温及能量平衡四个分量均大于算例1模拟值,并能够看出增加人为热总量对模拟感热通量影响最大,城、郊分别增加了8.7W/m2与8.SW/m2;同时算例2模拟的城、郊辐射四分量均更趋于实际观测值。
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