城市形态参数对不同城市冠层方案热动力环境模拟的影响

申冲; 刘一鸣; 陈希; 陈晓阳; 樊琦; 王雪梅; 吴晓绚; 蓝静; 吴婕

doi:10.11714/acta.snus.ZR20260088

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城市形态参数对不同城市冠层方案热动力环境模拟的影响

研究论文 | 更新时间：2026-09-24

- 城市形态参数对不同城市冠层方案热动力环境模拟的影响
- Impacts of urban morphology parameters on thermodynamic environmental simulations using different urban canopy schemes
- 中山大学学报(自然科学版)(中英文) 2026年65卷第5期页码：13-25
- 作者机构：
  
  1.广州市生态与农业气象中心，广东广州511430
  2.广东省气候变化与自然灾害研究重点实验室 / 中山大学大气科学学院，广东珠海519082
  3.广东省环境科学研究院，广东广州510045
  4.粤港澳大湾区气象研究院 / 中国气象局广州热带海洋气象研究所，广东广州510640
  5.粤港澳环境质量协同创新联合实验室 / 暨南大学环境与气候学院，广东广州511486
  6.广州市城市规划勘测设计研究院有限公司，广东广州510060
- 作者简介：
  
  申冲（1988年生），女；研究方向：大气数值模拟；E-mail： shchong@alumni.sysu.edu.cn
  樊琦（1977年生），女；研究方向：大气数值模拟；E-mail： eesfq@mail.sysu.edu.cn
- 基金信息：
  
  广东省基础与应用基础研究基金(2023A1515110103);广州市智慧气象科技协同创新中心;气象科研项目(M202505);国家自然科学基金(42507160;42405194)
- DOI：10.11714/acta.snus.ZR20260088
  中图分类号： P40
- 收稿：2026-04-08，
  
  修回：2026-05-31，
  
  录用：2026-06-08，
  
  网络首发：2026-09-20，
  
  纸质出版：2026-09-25
- 稿件说明：
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申冲,刘一鸣,陈希等.城市形态参数对不同城市冠层方案热动力环境模拟的影响[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2026,65(05):13-25.

Shen Chong,Liu Yiming,Chen Xi,et al.Impacts of urban morphology parameters on thermodynamic environmental simulations using different urban canopy schemes[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2026,65(05):13-25.
申冲,刘一鸣,陈希等.城市形态参数对不同城市冠层方案热动力环境模拟的影响[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2026,65(05):13-25. DOI： 10.11714/acta.snus.ZR20260088.

Shen Chong,Liu Yiming,Chen Xi,et al.Impacts of urban morphology parameters on thermodynamic environmental simulations using different urban canopy schemes[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2026,65(05):13-25. DOI： 10.11714/acta.snus.ZR20260088.

摘要

WRF（weather research and forecasting）模式默认城市形态参数呈均质化特征，难以真实刻画城市下垫面空间异质性。为探究本地化城市形态参数对WRF模式不同城市冠层方案热动力环境模拟的影响，以超大城市广州为研究对象，开展敏感性试验，对比模式默认与本地化城市形态参数下，单层城市冠层（UCM）和多层城市冠层（BEP）方案对近地面气象要素的模拟差异。结果表明：1）本地化城市形态参数优化效果存在方案差异，对UCM方案2 m温度、BEP方案10 m风速改善最突出，偏差改善率分别达90.1%和49.8%，超71%站点的2 m温度、93%站点的10 m风速模拟能力提升。2）本地化城市形态参数导致UCM方案和BEP方案模拟的地表温度升高，中心城区增幅更大；BEP方案受街谷收窄、热量截留增强的影响对升温的作用更显著，且本地化参数对地表温度的影响高于2 m温度。3）建筑物高度标准差增加提升了地表粗糙度，使2种方案的10 m风速均下降0.8 m/s以上；城市形态参数导致UCM方案边界层高度增加60~90 m，BEP方案则降低10~30 m，该差异与2 m温度及动量湍流垂直交换相关。本研究揭示了城市冠层方案对城市形态参数的响应规律，完善了WRF模式城市形态参数的本地化应用，可为城市精细化气候模拟提供技术支撑。

Abstract

The default urban morphology parameters in the WRF （weather research and forecasting） model are spatially homogenized and cannot adequately characterize the spatial heterogeneity of real urban underlying surfaces. To investigate the impacts of localized urban morphology parameters on thermodynamic environment simulations using different urban canopy schemes in the WRF model， this study takes the megacity of Guangzhou as a case study and conducts sensitivity experiments. The simulation performances of the single-layer urban canopy （UCM） and the multi-layer building effect parameterization （BEP） schemes for near-surface meteorological elements under the default and localized parameters settings are compared. The results show that： 1） The optimization effects of the localized urban morphology parameters differ significantly between the two schemes. The most notable improvements are found in 2 m temperature for the UCM scheme and in 10 m wind speed for the BEP scheme， with bias reduction rates reaching 90.1% and 49.8%， respectively. More than 71% of stations exhibit improved performance in 2 m temperature simulations， and over 93% show enhanced capability in 10 m wind speed simulations. 2） The localized urban morphology parameters lead to increases in simulated surface skin temperature in both schemes， with a more pronounced rise in the central urban area. Specifically， the BEP scheme demonstrates a greater temperature rise due to narrowed street canyons and enhanced heat trapping. The impact of these parameters on surface skin temperature is greater than that on 2 m temperature. 3） Due to increased surface roughness induced by larger standard deviations of building height， the 10 m wind speeds in both schemes decrease by more than 0.8 m/s. These parameters cause the planetary boundary layer height to increase by 60-90 m in the UCM scheme， while it decreases by 10-30 m in the BEP scheme. These differences are closely related to changes in 2 m temperature and vertical turbulent momentum exchange. This study clarifies the response characteristics of different urban canopy schemes to urban morphology parameters， refines the localized application of these parameters in the WRF model，and provides technical support for high-resolution urban climate simulations.

关键词

Keywords

references

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