北京城市化对大气边界层和大气环境容量影响的数值模拟研究

Human activity altered underlying surface characteristics over urban area, and then affected urban boundary layer structure and atmospheric environmental capacity via physical processes such as land surface processes and turbulent transport. Taking Beijing city as a research object, this project focuses on the influence of urbanization on urban atmospheric boundary layer and environmental capacity. Using high resolution land surface data, urban canopy parameter dataset and anthropogenic heat emission inventory, urban boundary layer simulation is improved. The feedback processes from atmospheric pollution to boundary layer meteorology, simulated by numerical model, are improved combined with assimilated pollutant concentration based on optimal interpolation method. Through numerical sensitivity tests, this project studies variation characteristics of urban atmospheric environmental capacity during urbanization processes, and reveals possible mechanism of impact of urbanization on atmospheric boundary layer and environmental capacity. The results provide scientific basis for urban atmospheric pollution control, urban total pollutant emission control, and urban planning layout.

人类活动改变了城市下垫面特征，通过陆面过程、湍流输送等物理过程影响城市边界层结构和大气环境容量。本项目将研究目标聚焦在城市化对城市大气边界层和城市大气环境容量的影响上，以北京城区作为研究对象，基于高分辨率的陆面资料数据、城市冠层参数数据集和人为热排放清单，优化模式中关于城市边界层模拟的精度；同时结合基于最优插值方法获得的同化模拟污染物浓度的数据，以期提高数值模式精确地模拟大气污染对边界层气象反馈影响的精度；并且利用模式通过设置敏感性试验的手段，模拟研究城市化进程中城市大气环境容量的演变特征，揭示城市化对大气边界层和大气环境容量影响的可能机制。研究结果为城市大气污染防治、城市污染物排放总量控制和城市规划布局提供科学依据。

受人类活动等因素影响，我国的下垫面特征发现显著变化。下垫面的变化对局地气候和环境的影响是人们关注的热点问题之一。本研究建立了高分辨率的陆面资料数据集，包括MODIS土地利用资料、基于MODIS NDVI计算得到的植被覆盖度资料、SRTM地形资料和HWSD土壤类型资料，并将数据集转换成WRF WPS静态数据格式；利用WUDAPT方法构建北京市局地气候分区(LCZ)地图，利用卫星影像资料和MODIS反照率资料建立LCZ分类的城市覆盖度和反照率参数表，将城市冠层参数作为模式输入；通过敏感性试验方法，模拟研究城市发展对城市大气边界层和大气环境的影响。研究结果发现采用高分辨率陆面资料、城市冠层资料等数据作为模式输入可以显著改进气象场模拟；下垫面的变化显著影响了局地气候和大气环境容量。研究成果为提高气象和环境预报水平提供技术支撑。