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《南京信息工程大学》 2008年
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南京冬季城、郊下垫面近地层地—气能量交换和湍流特征分析

彭江良  
【摘要】: 城市是人类活动作用最强烈的地区,在城市化过程中,由于改变了原来的自然地表,而使城市下垫面反射率、粗糙度和热力差异发生变化,由此引起的地表能量平衡和地-气间物质交换过程、及湍流特征将会与其他地区有很大的不同,这必然深刻地影响着城市气候和城市环境。但是由于城市环境的复杂性及近地层观测仪器的限制,目前在城、郊下垫面条件下进行该项研究还不多。 市区水泥下垫面是城市各种人为下垫面类型中占比重最大的一种,且具有典型的城市化特征,分析南京市区水泥下垫面和郊区下垫面相近高度层(距离下垫面2m处)的能量平衡和湍流输送特征,旨在为南京城、郊下垫面物质、能量交换和湍流输送特征的地-气相互作用物理过程研究提供观测事实,有助于进一步了解城市化对边界层影响及城市气候的成因和影响机制,为城市环境变化和大气污染物的输送、扩散提供科学依据,对于促进生态环境和社会经济可持续发展具有极为重要的意义。 本文利用2006年2月17—3月2日在南京市区和郊区测得的水汽、温度、辐射、湍流通量和脉动风速资料,定量分析了城、郊不同下垫面辐射收支、热量平衡特征及各分量的变化和湍流特征,结果表明:(1)不同天气条件下辐射平衡特征城、郊有一定差异,在晴天时差异最大,在下雪天时差异最小,但多云时更接近各辐射分量城、郊差异的平均特征;(2)在冬季多云时的城市“干岛”效应和雪天时的城市“热岛”效应也是影响城市辐射平衡及各分量城、郊对比差异的重要因子;(3)城、郊下垫面感热和潜热分布不均,尤其是潜热城、郊对比有较大差异。观测期间平均波文比(Q_h/Q_e)市区为7.8,与荒漠干旱地区接近,郊区为1.8; 利用同步观测的南京城、郊近地层湍流资料,分析了城、郊下垫面无量纲化风速分量、温度的湍流特征,验证了M-O相似理论在城、郊下垫面的适用性,并与其他城市和地区的观测结果进行了比较,结果表明:(1)在市区和在郊区无量纲脉动风速标准差随稳定度的变化虽然都符合“1/3”次方律,但城、郊有一定差异,尤其在水平方向更为明显。在非中性时垂直向的变化要比水平向更符合“1/3”次方律;(2)σ_T/|T_*|与z/L关系在城、郊有一定差异,在不稳定时在市区和郊区分别按“-1/3”次和“-2/3”次方规律变化,而在稳定时市区按“-2/3”次方变化,郊区无普适函数关系。在稳定和不稳定条件下,城、郊σ_T/|T_*|都随着|z/L|的减小而增大。
【学位授予单位】:南京信息工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:P425.21

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【参考文献】
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