[毕业论文] 北京城市热岛效应的初步研究 [复制链接]

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毕业论文-北京城市热岛效应的初步研究，共90页，35789字

摘要

城市热岛是在局部天气条件、城市化下垫面条件以及人工热源的共同作用

形成的一种特殊的小气候。其影响因素比较复杂，如不同区域气候的背景，人

类活动，特别是城市化因素影等。热岛效应作为城市气候的重要特征，其研究

办法在不断发展和改进，从目前来看，数值模型和物理模型是城市热岛研究的

重要手段。北京市作为国际大都市，在最近几十年里城市规模迅速膨胀，城市

人口急剧增加，城市建筑物越来越密集，加上越来越多的机动交通工具和工业

生产，已经给城市生态环境造成很大的影响，其中城市热岛效应发展已经非常

显著。本论文的研究目的就是尝试定量地描述不同城市下垫面条件对于北京城

市风场、温度场等的影响，从而研究通过改变下垫面条件，如增加绿地和水体

对改善城市热岛效应的可能性和作用。研究中采用了由 PSU 和 NCAR 开发的有

限区域中尺度模拟系统 MM5 模式。从模拟结果来看，MM5 模式对城市热岛具

有较强的模拟能力。在水平方向上，十分清晰地模拟出了城市大气边界层低层

的高温中心。在垂直方向上，成功模拟了城区热岛的高温中心和垂直上升气流

区对应关系，以及城市热岛环流。为了改进 MM5 模式中陆面过程的不足，本

研究中还采用了 MM5/Noah 耦合模型来模拟北京的城市热岛，同时还采用资料

同化技术。从模拟结果可知，耦合模型和资料同化技术能很大程度地改善对下

垫面强迫作用的模拟，能够更细致地描绘出大气边界层的风场和温度场，同时

也能很好地模拟陆面和大气之间能量通量的交换。

关键词：热岛效应，下垫面条件，MM5 模式，陆面过程，资料同化

目录

摘要 ..II

Abstract.......III

目录 IV

主要符号表 .......... VI

第一章 引言 .......... 1

1.1 研究的背景和意义 ....... 1

1.1.1 “城市热岛”的起源.... 1

1.1.2 城市热岛的影响因素.... 3

1.1.3 热岛效应对城市舒适度的影响.......... 7

1.2 北京市的热岛效应 ....... 9

1.2.1 北京的地理概况 9

1.2.2 北京市热岛效应发展现状....... 9

1.3 研究目的及论文结构 . 12

第二章 城市热岛的研究模型及方法.. 13

2.1 国内外已有的研究 ..... 13

2.1.1 国内的研究成果 ......... 13

2.1.2 国外的研究成果 ......... 15

2.2 城市热岛的观测手段 . 18

2.2.1 传统方法 .......... 18

2.2.2 利用遥感技术进行观测......... 19

2.3 城市热岛的研究模型 . 21

2.3.1 统计模型 .......... 21

2.3.2 能量平衡模型 .. 22

2.3.3 数值模型 .......... 24

2.3.4 解析模型 .......... 25

2.3.5 物理模型 .......... 25

第三章 城市热岛数值模拟的方法 ..... 27

3.1 概述 ....... 27

3.2 模型的建立 ...... 28

3.2.1 基本方程的简化 ......... 28

3.2.2 坐标变换 .......... 31

3.2.3 次网格参数化 .. 31

3.3 求解方法 .......... 33

3.3.1 方程的离散化 .. 33

3.3.2 套网格 ... 33

3.4 MM5 模型简介 . 34

3.4.1 MM5 的坐标系统 ........ 36

3.4.2 MM5 中的套网格 ........ 38

3.4.3 静力模式和非静力模式......... 38

3.4.4 四维资料同化 .. 38

第四章 北京城市热岛的数值模拟 ..... 40

4.1 模拟区域的选定 ......... 40

4.2 模拟区域的初始场与边界场. 48

4.3 模拟结果与分析 ......... 54

4.3.1 参数选择 .......... 54

4.3.2 模拟结果 .......... 55

4.4 MM5/Noah耦合计算结果....... 67

第五章 结论与讨论 ....... 74

5.1 结论 ....... 74

5.2 存在的问题及展望 ..... 75

参考文献 ... 78

致 谢........ 81

声 明........ 82

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