城市大气边界层垂直通风机制研究

The ventilation of atmospheric boundary layer is both impacted by the synoptic processes and local forcing, including multi-scale processes such as turbulence/entrainment/sub-scale circulation/synoptic background processes. This project will analyze the spatial and temporal characteristics of the atmospheric boundary layer ventilation in Yangtze River delta. An Urban-Real-Large eddy simulation (Urban-Real-LES) model will be established by coupling urban canopy model into a LES model and designing a coupling-interface between the LES and mesoscale numerical model for the purpose to simulate the urban boundary layer ventilation processes under real synoptic conditions. The contributions of turbulence/entertainment, subscale-circulations, and synoptic processes will be analyzed and quantified by using the Urban-Real-LES model to representing typical synoptic/air pollution episodes. The results will help understand the energy/mass exchange between atmospheric boundary layer and free atmosphere, and understand the important mechanisms for urban heavy-pollution episodes.

城市复杂下垫面上的边界层通风过程既受天气过程的影响，又受局地下垫面强迫的影响，涵盖湍流/夹卷/次级环流/天气背景等多个尺度迥异的物理过程,目前既缺少对其影响机制的研究，也缺少准确的数值模拟工具。本项目拟将城市冠层模式与大涡模式耦合，并开发中尺度模式与大涡模式的接口，建立能描述以上多个尺度物理过程的城市实况大涡模式，为模拟真实天气背景下的城市边界层精细结构提供有力的数值工具。以城市实况大涡模拟为工具，结合再分析资料和大气边界层观测资料，研究典型城市湍流夹卷、次级环流等垂直通风过程的时空特征及其作用，并探讨不同天气背景下垂直通风与水平通风过程的相互作用，建立各个过程贡献的定量描述。研究结果对理解城市大气边界层与自由大气之间的物质能量交换，城市重污染过程的发生与演变机制有着重要的意义。

城市复杂下垫面上的边界层通风过程既受天气过程的影响，又受局地下垫面强迫的影 响，涵盖湍流/夹等多个尺度迥异的物理过程,目前既缺少对其影响机制的研究，也缺少准确的数值模拟工具。本项目基于风廓线等地基遥感观测资料和再分析资料，以长三角地区的城市群为研究对象分析了该地区城市大气边界层的风场特征和重污染过程下风场与颗粒物污染的关系；以南京的城市地表能量平衡冠层为基础，评估了多个城市冠层模式的模拟性能，并基于并行大涡模拟系统PALM研究了理想城市建筑物和不同城市功能区的真实建筑物影响下的城市通风特征，最后基于WRF模式和快速应急风场模式建立了城市全尺度通风的数值评估工具。