[00764762]城市气象环境问题模拟系统的建立与应用研究

该项目属大气科学城市气象学领域。项目以城市边界层特征、城市冠层结构、城市气象环境、城市污染扩散及灰霾为研究内容，通过观测份与数值模拟研究着重揭示了城市热岛、城市人为热因素的作用和影响、城市冠层结构和城市污染扩散及灰霾形成的机理，建立了多尺度城市气象环境模拟系统，项目的主要成果在国内得到广泛应用，为城市气象服务、城市空气质量和城市灰霾业务预报提供了新方法，为城市规划、城市大气环境调控提供科学依据，取得了积极的社会效益。项目取得了四个方面的原创性成果：(1)揭示了城市地表能量平衡特征和城市热岛形成机制。通过城市边界层观测分析，给出了城市地表能量平衡特征、城市建筑冠层特征及其影响；提出了人为热引入城市边界层模式的新方法，即对城市中的人为热排放分层考虑，将低层的人为热源加入地表能量平衡方程，将高层人为热源分布与建筑物高度和密度联系起来，加入热量方程中。定量评估人为热和城市冠层对城市热岛的贡献，发现夜晚冠层释放存储的热量加热冠层表面，通过向上的感热通量传输加热上部大气，感热通量为正值。(2)创建了多尺度城市气象环境模拟系统。以大量观测和应用以及风洞实验检验，在正确认识城市边界层、城市冠层特征的基础上，建立了多尺度城市边界层模拟系统和多尺度城市污染扩散模拟系统，包括区域尺度、城市尺度、小区尺度、单体(多体)建筑尺度。建立了基于建筑物三维分布的多层城市冠层模式，模式中引入建筑冠层拖曳力及雷诺应力的影响，考虑建筑形态对辐射的截陷作用。建立的城市空气质量模拟系统还可以进行细颗粒物Pm2.5及其成分，如硫酸盐、硝酸亚、黑碳、有机碳浓度计算，根据污染物浓度可以计算能见度、空气污染指数、灰霾等级。(3)获得了城市冠层特征以及城市建筑对冠层特征和污染扩散的影响。通过冠层模式的模拟研究，发现城市建筑面积、建筑高度、建筑密度等对城市边界层特征有重要影响，定量评估了城市建筑特征对地面热通量、动量通量、大气稳定度、城市温度场和风场的影响。给出了城市冠层和人为热等不同因子对城市热岛的贡献。研究了城市不同尺度的污染扩散特征，揭示了城市建筑特征等对城市污染扩散的影响。(4)揭示了城市化发展和城市规划布局与气象环境的影响关系。发现随着城市的发展、植被减少，城市反照率变化、地表湿度减小，蒸发耗热减少，感热通量增加，城市波恩比增加。地表和大气之间热量交换加强，白天混合层高度抬高。项目为城市规划布局的大气环境评估给出了新思路。上述成果深化了对城市气象环境及其变化规律和影响机制的认识，为深入研究城市气象环境提供了新思路；多尺度城市气象环境模拟系统广泛应用于南京、苏州、北京、杭州等省内外许多城市，为北京奥运场馆、金融街改造等大气环境影响评估、奥运会青岛奥帆赛区精细预报、苏州城市热岛预报，城市空气质量研究与预报提供了关键的技术支撑，取得了积极的社会效益。该项目主要完成国家自然科学基金重点项目1项、面上项目2项。共发表主要论著45篇。其中SCI收录14篇，国内权威和核心期刊31篇。主要论著在中文数据库中被引用733次(他引524次)，论文被SCI刊物引用73次(他引45次)；成果受到国际、国内同行广泛好评和重视。