城市冠层模式的发展及耦合模拟研究

国内外着眼于建筑物对辐射、能量平衡及地气交换影响的冠层模式研究已有开展，然而通常基于建筑物理想分布（建筑物形状均匀、间隔相等、材质相同等），未引入实际建筑物数据，并且认为街渠单元仅由建筑物组成，大多未考虑植被组分的影响，这些假设导致已有方案的计算与实际情况存在一定差距。鉴于此，本项目在申请人已建的基于建筑物理想分布的冠层模式基础上，以理论研究及卫星、测绘等多种观测数据分析为手段，计算表征实际建筑物形态的迎风面积指数、平面密度指数、建筑物宽度、建筑物间距、可视因子、街渠朝向等等参数，引入现有模式，并增加街渠单元中植被组分地气交换的计算，从而建立考虑城市建筑物实际情况的冠层模式，将其作为城市陆面参数化方案耦合进入边界层模式，运用多种观测数据进行检验，并与国外同类模式结果进行平行对比检验。

本项目将实际城市建筑物特征因子引入已建的城市冠层方案，与南京大学城市边界层模式进行耦合，并进行了模拟检验。结果表明，当引入建筑物数据后，城市近地层气温的站点模拟结果相对原先改进较大，比湿及风速的模拟结果也有所改善。从平面分布的近地层气温可见，引入建筑物数据后，模式能够更好的模拟出城市近地层气温的不均匀分布。建筑物的高度、密度的变化对城市近地层气温的影响进行了敏感试验研究结果表明，建筑物高度密度变化对城市近地层气温的日变化存在明显的影响。城市建筑物间距减小使得白天近地面气温降低，夜晚则升高，且晚上变化幅度更大；城市建筑物高度增加使得白天近地面气温降低，夜晚则升高，且晚上变化幅度更大。此外，本项目运用高密度建筑物城市重庆夏季晴天小风的观测资料评估检验了WRF模式中单层冠层UCM、多层冠层BEP及考虑空调效应，室内外热量交换的BEP+BEM三种方案对于近地层气温的模拟性能。结果表明，BEP+BEM、BEP、UCM方案模拟城市2m气温值与观测值的均方差为2.1oC、1.4 oC、1.3 oC。 三种城市冠层方案都能模拟出大致的城市10m的风向，UCM方案模拟结果稍微偏大，两种多层方案与观测值有较好的一致性，二者差别较小。