森林下垫面大气环境多尺度模拟研究  

Multiscale modeling of the atmospheric environment over a forest canopy

作　　者：严超 苗世光 刘郁珏 崔桂香[3] Yan C;Miao S;Liu Y;Cui G

机构地区：[1]北京城市气象研究院,北京100089 [2]中国科学院大气物理研究所,北京100029 [3]清华大学工程力学系,北京100084

出　　处：《中国科学：地球科学》2020年第6期775-792,共18页Scientia Sinica(Terrae)

基　　金：北京市自然科学基金项目(编号:8184074);国家自然科学基金项目(批准号:41705006、41805011);青年北京学者计划项目资助

摘　　要：植被是重要的城市地表覆盖类型之一,它通过蒸散降温和阻挡强冷空气,对城市风温湿大气微环境和污染物扩散特征会产生显著影响.准确预测植被环境流动和标量输运特性,理解植被与大气之间湍流交换过程,对城市环境改善具有重要意义.文章建立和发展了适用于森林植被环境湍流流动和标量场演化仿真计算的大涡模拟方法,将中尺度气象预报模式与微尺度精细大涡模拟方法耦合,利用地表能量平衡关系考虑大气辐射等多物理过程,研究了典型天气条件下复杂森林下垫面大气流动问题.通过考察不同大气稳定度条件下森林植被环境流动发现,在不稳定和稳定大气情况,浮力分别起到增强和抑制大气湍流混合作用,风切变也相应减小和增加.在北京奥林匹克森林公园的多尺度模拟试验中,通过与外场观测结果比较,文章验证了耦合模型可以较好地模拟城市复杂地表上空风速、温度和相对湿度的日变化.尤其是对于风场的模拟,耦合方案明显优于传统中尺度数值模拟,这主要是由于耦合方案既考虑了外部中尺度流动的影响,又通过降尺度方法可以精细分辨城市非均匀地表粗糙元素分布,从而较为精确的复现了城市粗糙子层内复杂大气流动和湍流通量输运.

关 键 词：城市森林环境 植被湍流 大涡模拟 多尺度模拟 

分 类 号：Q948[生物学—植物学]