城市建筑对对流边界层影响的敏感性大涡模拟研究

"城市建筑动力学效应对对流边界层影响的敏感性试验 (2008年) - 刘红年, 苗世光, 蒋维橱, 刘豆, 孙鉴泞 - 气象科学 - 第28卷第6期" 这篇论文探讨了城市建筑对对流边界层（CBL）湍流结构和流场特征的影响。作者们利用大涡模拟（LES）方法，这是一种能够捕捉中等尺度湍流特征的数值模拟技术，来研究城市环境中建筑物如何改变风速、湍流动能（TKE）以及对流运动。在大涡模式中，他们引入了一个拖曳系数的表达式，该表达式考虑了建筑物的高度和高度的标准差，以量化次网格建筑物对风速和TKE的平均影响。 模拟结果显示，城市建筑物的存在显著降低了建筑物冠层及整个CBL内的风速。尤其是在城市冠层内部，风速的减小尤为突出，而在夹卷层（混合层）中，风速呈现一个显著的跃变现象。此外，城市建筑物的动力学效应导致对流运动在边界层中部形成更强大的热泡，这使得热泡的水平尺度增大。同时，CBL内的平均上升气流速度和下沉气流速度减小，而上升气流的比例相对平坦地面有所增加，这意味着城市的热岛效应可能更加强烈。 论文还指出，城市建筑物增加了CBL低层的热通量、动量通量、速度方差和位温方差，这些都是城市环境对气候影响的重要指标。然而，这些影响主要集中在近地层，对近地层以上高度的TKE影响较小，表明建筑物对高层大气的湍流活动影响相对较小。 该研究揭示了城市化对大气动力学的深刻影响，尤其是对对流边界层结构和流场特征的改变，这些发现对于理解和预测城市气候、空气质量和气象灾害具有重要意义。城市规划和气候建模领域可以参考这些研究结果，以更好地评估和减轻城市化对环境的影响。