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考虑建筑物与植被集成效应的局域尺度日变化风-热-湿环境数值模拟

城市冠层；参数化；阻力；辐射

近年来，城市规划对城市微尺度气候影响的研究日益受到研究者的关注，此类问题需要建立适当的模型来表示精细尺度的物理过程，同时在计算效率上需要保持高效。为了满足上述需要，多种城市冠层模式被相继提出。城市微尺度的气象变量会受到建筑物的形态和布局、地表覆盖类型等的影响。地表覆盖类型中，城市植被，特别是高大植被（例如行道树），是影响城市微尺度的气象变量的重要因素之一。然而，现有的大多数城市冠层模式对于城市植被，特别是高大植被的考虑不够充分。高大的树木与建筑物间存在复杂的辐射交换，建筑物遮蔽树木，树木也可为建筑提供遮蔽作用，从而增加整个城市冠层的辐射捕获。树木通过对空气流动施加阻力，改变树冠高度以下建筑周围的风速，还影响着树冠内外的空气交换，最终影响污染物的扩散。在考虑城市植被影响的城市冠层模式中，一般采用平板法将不同城市覆盖类型与大气之间的动量、能量和水气通量等按照各覆盖类型的覆盖率进行组合。在平板法中，城市冠层内建筑与植被间的相互影响只能通过大气模式间接地反映，无法真正的反映出实际中的建筑物与植被间的相互影响。因此，城市冠层模式未来发展的一个重点是考虑城市建筑物与城区植被的相互作用。本研究以Redon和Lemonsu等基于城镇能量平衡(Town Energy Balance, TEB)模型提出的TEB-SURFEX v8.0为基础，提出了考虑建筑与植被间的集成效应的城市冠层模式。针对我国高大化发展的城市冠层结构，以树冠高度为界将城市冠层分为地表建筑-植被覆盖混合层和树冠高度以上的中高层建筑效益层。重点在地表建筑-植被覆盖混合层内考虑建筑与植被的集成效应，包括树木对建筑和地表提供遮蔽作用以及建筑对植被有效叶面积密度的影响。分别采用平板法和集成法模式对西安交通大学兴庆校区日变化风-热-湿环境进行模拟，模拟结果表明：集成法所得的时空平均水平风速更为接近实测值；集成法所得的温度值与实测结果最为接近，15:00的温度误差为1.06^。C，小于平板模式的误差（3.11^。C）；比湿结果日变化趋势与实测结果的变化基本一致。