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四川盆地冬季局地环流特征、成因及城市化影响模拟

四川盆地，城市化，局地环流，数值模拟，昼夜差异

为研究盆地冬季局地环流对城市化的响应机制，本论文首先利用 1990~2019年 1月近 30年 ERA-Interim的风场和温度场再分析资料，将水平风场分解为绕流和爬流分量，探讨了四川盆地冬季局地环流的热力和动力形成原因，然后结合 21世纪以来的三个典型城市化阶段（ 2005年、 2010年、 2015年），利用 NCEP再分析资料，对比分析了典型时段下四川盆地冬季局地环流的昼夜差异特征。最后，引入中尺度数值预报模式 WRF，固定初始场（ 2016年 1月 1日~4日）和边界场，更换不同城市化时期的实际下垫面土地利用类型，揭示了四川盆地（以下简称盆地）局地环流对城市化的响应机理，得出结论如下：

（1）盆地冬季存在山谷风环流，垂直经向剖面在对流层中层的高原与盆地各出现一个下沉中心，形成两个相反的环流圈，夜晚辐射降温，低层为弱上升运动是因为高原山风与盆地偏东风在盆地辐合，这与夜晚山风的路径保持一致。盆地内的山谷风形成热力原因为山谷间的昼夜温差，绕流和爬流运动是动力原因。

（2）冬季盆地爬流运动占主导，典型时段进程下，受城市建面阻挡水平风速减小，绕流和爬流运动减弱，垂直运动加强；盆地中心形成区域性城市干岛，夜晚湿度增大，边界层高度变化不明显；盆地内绝对涡度为正，且对流层中高层大于低层，城市化进程下绝对涡度增大，夜晚高层辐合作用增强，有利于产生下沉运动。

（3）本次个例中（ 2016年 1月 1日~4日），模式根据近地面温度的日变化特征能很好的再现盆地昼夜山谷风，说明温度是山谷风形成的热力原因。城市化使城市下风向水平风速减小，低层粗糙度加深促使垂直运动加强，且晚上增幅大于白天，强度弱于高层，这是由于夜间城市热岛作用抑制了低层上升气流的加强，从而低层垂直运动增幅较弱。同时城市化建设使得边界层高度升高，低层转为不透水的下垫面，导致湿度减小，形成城市干岛，且白天对城市化边界层因子场的响应更为剧烈。此外，白天地表能量的变化更为显著，其中感热和潜热通量峰值出现在午后 13：00，城市化关键区昼夜基本为一致的增加趋势，成都在午后则出现大幅度的减少；太阳的短波辐射在白天增加，而晚上的长波辐射减少，该结果与先前的研究相反，因为在此分析期间（ 2016年 1月 1日至 4日），主要的城市化地区以阴天和多云为主，而晴天较少，表明城市的 “干岛 ”效应也是冬季阴天影响城市辐射条件的重要因素，而成都地区则以晴天为主，其结果是与之相对应。