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北京不同城市热力条件对降水影响的数值模拟研究

城市效应,人为热,降水

城市通过多种不同机制对降水产生影响，包括动力、热力、水汽和气溶胶等。研究表明，城市的不同影响机制并非单独作用，而是同时对降水产生影响。在不同降水过程中，城市的主要影响机制可能并不相同。因此，分别探究城市的不同影响机制对边界层与降水的影响十分必要。本研究在已有城市分叉降水研究基础上，通过一系列不同城市人为热情景敏感性试验（表1），进一步揭示（1）BEP_BEM模式对降水的模拟效果以及不同人为热释放如何影响冠层热岛强度和边界层结构；（2）如何进一步对降水产生影响；（3）冷却塔模型是否可改进模式对降水的模拟效果。研究结果表明，开启开启BEM后建筑物能量加入到模式中，城区内地表感热通量由46 W m^-2增加到181 W m^-2。城市温度（热岛）被高估。随着热岛的不断增强，降水发生前近地面风场向城区辐合，垂直上升运动增强。对流系统经过城区过程中，系统出流和环境风场均有所增强，最终导致降水在城区增强。冷却塔模型耦合到BEM模式中后，城区感热通量降低、湿度升高、风速增大，降水在城区出现分叉。

                                                   表1 敏感性试验设置

No.	Experiment	Description
1	BEP	The control experiment, WRF with BEP scheme
2	BEM	WRF with BEP-BEM scheme
3	0.5SH	Same as BEM case, but with 50% air condition sensible heat
4	0.1SH	Same as BEM case, but with 10% air condition sensible heat
5	2SH	Same as BEM case, but with 200% air condition sensible heat
6	CT	Same as BEM case, but with Cooling Tower scheme