利用GRAPES­UCM模式对广州典型污染天气过程的数值模拟研究

南京大学学报(自然科学版) ›› 2016, Vol. 52 ›› Issue (6): 1016–.

利用GRAPESUCM模式对广州典型污染天气过程的数值模拟研究

姚　帅1，2，3，蒋德海1，张艳霞1，李　菲1，邓雪娇1，2 *，王宝民2*

出版日期:2016-11-21 发布日期:2016-11-21
作者简介:1.中国气象局广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室，广州，510080； 2．中山大学环境科学与工程学院，广州，510275；3.吉林省气象台，长春，130062
基金资助:
基金项目：国家自然科学基金(41475105，41105006)，国家科技支撑计划课题(2014BAC16B06)，科技部公益性(气象)行业项目(GYHY201306042)，广东省科技计划项目(2015A020215020)，广东省气象局科技创新团队计划(201506)，广东省自然科学基金博士启动项目(S2011040002251)，城市气象科学研究基金(IUMKY&UMRF201110) 收稿日期：2016－09－01 *通讯联系人，Email：dxj@grmc.gov.cn，wangbm@mail.sysu.edu.cn

Study on the numerical simulation of the typical polluted weather process in Guangzhou using GRAPESUCM

Yao Shuai1，2，3，Jiang Dehai1，Zhang Yanxia1，Li Fei1，Deng Xuejiao1，2 *，Wang Baomin2*

Online:2016-11-21 Published:2016-11-21
About author:1.Guangzhou Institute of Tropical and Marine Meteorology/Guangdong Provincial Key Laboratory of Regional Numerical Weather Prediction, CMA，Guangzhou，510080，China； 2．School of Environmental Science and Engineering，Sun Yatsen University，Guangzhou，510275，China； 3．Meteorological Observatory of Jilin Province，Changchun，130062，China

摘要/Abstract

摘要： 利用城市冠层加强观测资料对GRAPESUCM模式进行了多个例的模拟分析与效果检验，表明：城市冠层效应使城市平均气温升高1.2 ℃，感热通量增加163%，热岛效应增强近1.3 ℃；城区风速减小16%，而风速的脉动增大；GRAPESUCM模式对城市地表温度、风速、向下短波辐射、向上长波辐射、感热通量等的模拟结果与实际观测更为接近．近地面静小风、稳定的近地面层结(逆温)及风向的辐合导致污染物的局地堆积，容易造成高PM2.5浓度与低能见度的灰霾天气；与台风外围下沉气流相联系的高温有利于高臭氧事件的发生．城市冠层模式的引入对GRAPES模式在城市下垫面的模拟效果有显著的提升作用，能更好模拟出不利于污染物扩散的气象条件．

Abstract: Several cases are simulated by using GRAPES coupled with the singlelayer urban canopy model(UCM)and the results are tested with the UCM intensified observation.The results show that urban canopy effect raise the city temperature by 1.2 ℃，and increase the sensible heat by 163%，and the intensity of the urban heat island is enhanced by 1.3 ℃；the effect reduce urban wind speed by 16%，and increase the fluctuations；the results of simulating urban surface temperature，wind speed，net radiation flux and sensible heat by GRAPESUCM are closer to the observations.Calm wind near surface，stable layer(temperature inversion)and the convergence of surface wind cause the accumulation of the pollutants and lead to high PM2.5 concentration and low visibility.High temperature related to peripheral downdraft of typhoon is conductive to the occurrence of high O3 events.The simulation of urban land cover will be elevated by introducing UCM to the GRAPES and GRAPESUCM does better when simulating weather conditions of polluted days.

姚　帅1，2，3，蒋德海1，张艳霞1，李　菲1，邓雪娇1，2 *，王宝民2* . 利用GRAPESUCM模式对广州典型污染天气过程的数值模拟研究[J]. 南京大学学报(自然科学版), 2016, 52(6): 1016–.

Yao Shuai1，2，3，Jiang Dehai1，Zhang Yanxia1，Li Fei1，Deng Xuejiao1，2 *，Wang Baomin2* . Study on the numerical simulation of the typical polluted weather process in Guangzhou using GRAPESUCM[J]. Journal of Nanjing University(Natural Sciences), 2016, 52(6): 1016–.

参考文献

[1]　麦建华，罗乃兴，赖文峰等．城市化对珠江三角洲热岛效应影响的模拟．热带地理，2011，31(2)：187－192.(Mai J H，Luo N X，Lai W F，et al.A simulation about the impact of uon the urban heat island in the Pearl River Delta region.Tropical Geography，2011，31(2)：187－192.) [2] 陶　丽，周宇桐，李瑞芬．我国霾日和API分布特征及典型大城市中它们与气象条件关系．大气科学学报，2016，39(1)：110－125.(Tao L，Zhou Y T，Li R F．Characteristics of haze days and air pollution index(API)and their relationship with weather conditions at four large cities/district of China.Transactions of Atmospheric Sciences，2016，39(1)：110－125.) [3] 伍红雨，杜尧东，何　健等．华南霾日和雾日的气候特征及变化．气　象，2011，37(5)：607－614.(Wu H Y，Du Y D，He J，et al.Climatic characteristics and variations of haze days and fog days in south China.Meteorological Monthly，2011，37(5)：607－614.) [4] 刘红年，苗世光，蒋维楣等．城市建筑动力学效应对对流边界层影响的敏感性试验．气象科学，2008，28(6)：599－605.(Liu H N，Miao S G，JiangW M，et al.The sensitivity study on the effect of city building dynamics on turbulence characteristic of convective boundary layer.Scientia Meteorologica Sinica，2008，28(6)：599－605.) [5] 吕梦瑶，刘红年，张　宁等．南京市灰霾影响因子的数值模拟．高原气象，2011，30(4)：929－941.(Lü M Y，Liu H N，Zhang N，et al.Numerical simulation of impact factors of urban haze in Nanjing area.Plateau Meteorology，2011，30(4)：929－941.) [6] 陈　燕，蒋维楣．南京城市化进程对大气边界层的影响研究．地球物理学报，2007，50(1)：66－73.(Chen Y，Jiang W M．Impact of urban development on the boundary layer.Chinese Journal of Geophysics，2007，50(1)：66－73.) [7] 段献忠，陈欢欢．珠江三角洲空气污染时空分布特征及一次区域性污染过程气象特征数值模拟．中山大学研究生学刊(自然科学、医学版)，2008，29(3)：42－49.(Duan X Z，Chen H H．Air pollution in the Pearl River Delta and the temporal and spatial distribution and a regional meteorological characteristics of the pollution of numerical simulation.Journal of the Graduates Sun YATSEN University(Natural Sciences，Medicine)，2008，29(3)：42－49.) [8] 宋迅殊，陈燕，张　宁．城市发展对区域气象环境影响的数值模拟：以苏州为例，南京大学学报(自然科学)，2011，47(1)：51－59.(Song X S，Chen Y，Zhang N．Influences of urban development on meteorological environment：A case study of Suzhou，eastern China.Journal of Nanjing University(Natural Sciences)，2011，47(1)：51－59.) [9] 宋玉强，刘红年，朱　焱等．城市非均匀性对城市气象特征影响的数值模拟．高原气象，2014，33(6)：1579－1588.(Song Y Q，Liu H N，Zhu Y，et al.Numerical simulation of urban heterogeneity’s influence on urban meteorological characteristic.Plateau Meteorology，2014，33(6)：1579－1588.) [10] Oke T R．Boundary Layer Climate.London：Methuan & Co.LTD，1987，274. [11] Brown M J，Williams M D．An urban canopy parameterization for mesoscale meteorological models.In：Proceedings of the AMS Conference on 2nd Urban Environment Symposium.Albuquerque，NM：American Meteorological Society，1998，144－147. [12] Masson V．A physicallybased scheme for the urban energy budget in atmospheric models.BoundaryLayer Meteorology，2000，94(2)：357－397. [13] Kusaka H，Kondo H，Kikegawa Y，et al.A simple singlelayer urban canopy model for atmospheric models：comparison with multilayer and slab models.BoundaryLayer Meteorology，2001，101：329－358. [14] 李晓莉，何金海，毕宝贵等．MM5模式中城市冠层参数化方案的设计及其数值试验．气象学报，2003，61(5)：526－539.(Li X L，He J H，Bi B G，et al.The design of urban canopy parameterization of MM5 and its numerical simulations.Acta Meteorologica Sinica，2003，61(5)：526－539.) [15] Konda H，Liu F H．A study on the urban thermal environment obtained through onedimensional urban canopy model.Journal of Japan Society for Atmospheric Environment，1998，33：179－192(in Japanese)． [16] Vu T C，Asaeda T，Ashie Y．Development of a numerical model for the evaluation of the urban thermal environment.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，1999，81(1－3)：181－196. [17] Chen F，Liu Y，Kusaka H，et al.Challenge of forecasting urban weather with NWP models.5th MM5 and WRF Users Workshop，Boulder，Colorado，2004. [18] 陈　燕，蒋维楣，郭文利等．珠江三角洲地区城市群发展对局地大气污染物扩散的影响．环境科学学报，2005，25(5)：700－710.(Chen Y，Jiang W M，Guo W L，et al.Study on the effect of the city group development in Pearl River Delta on local air pollutant dispersion by numerical modeling.Acta Scientiae Circumstantiae，2005，25(5)：700－710.) [19] 邓雪娇，毕雪岩，吴　兑等．广州番禺地区草地陆气相互作用观测研究．应用气象学报，2006，17(1)：59－66.(Deng X J，Bi X Y，Wu D，et al.An observational study on landair interaction over grass in Guangzhou Panyu area.Journal of Applied Meteorological Science，2006，17(1)：59－66.) [20] 徐自为，刘绍民，宫丽娟等．涡动相关仪器观测数据的处理与质量评价研究．地球科学进展，2008，23(4)：357－370.(Xu Z W，Liu S M，Gong L J，et al.A study on the data processing and quality assessment of the eddy covariance system.Advances in Earth Science，2008，23(4)：357－370.) [21] Foken T，Wichura B．Tools for quality assessment of surfacebased flux measurements.Agricultural land Forest Meteorology，1996，78：83－105. [22] 陈德辉，薛纪善，沈学顺等．我国自主研制的全球/区域一体化数值天气预报系统GRAPES的应用与展望．中国工程科学，2012，14(9)：46－54.(Chen D H，Xue J S，Shen X S，et al.Application and prospect of a new generation of numerical weather prediction system(GRAPES)．Engineering Sciences，2012，14(9)：46－54.) [23] 周荣卫，蒋维楣，何晓凤等．城市冠层结构热力效应对城市热岛形成及强度影响的模拟研究．地球物理学报，2008，51(3)：725－726.(Zhou W R，Jiang W M，He X F，et al.Numerical simulation of the impacts of the thermal effects of urban canopy structure on the formation and the intensity of the urban heat island.Chinese Journal of Geophysics，2008，51(3)：725－726.) [24] 何晓凤，蒋维楣，陈　燕等．人为热源对城市边界层结构影响的数值研究．地球物理学报，2007，50(1)：75－83.(He X F，Jiang W M，Chen Y，et al.Numerical simulation of the impacts of anthropogenic heat on the structure of the urban boundary layer.Chinese Journal of Geophysics，2007，50(1)：75－83.) [25] 中华人民共和国国家环境保护标准．环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)．HJ633－2012.(State environmental protection standards of the People’s Republic of China.Technical Regulation on Ambient Air Quality Index(on trial)．HJ633－2012.) [26] World Health Organization.WHO Air quality guidelines for particulate matter，ozone，nitrogen dioxide and sulfur dioxide.Geneva：WHO，2006. [27] 蒙伟光，张艳霞，李江南等．WRF/UCM在广州高温天气及城市热岛模拟研究的应用．热带气象学报，2010，26(3)：273－282.(Meng W G，Zhang Y X，Li J N，et al.Application of WRF/UCM in the simulation of a heat wave event and urban heat island around Guangzhou city.Journal of Tropical Meteorology，2010，26(3)：273－282.)

Metrics

Viewed

Full text

Abstract

Cited

Shared

Discussed