城市街区尺度数值模式的建立、验证与应用

摘要

介绍了精细模拟街区尺度风场、湍流场与气态物质扩散过程的数值模式——北京大学街区尺度模式(Peking University Block Scale Model,PKU-BSM)的理论框架,运用CEDVAL(Compilation of Experimental Datafor Validation of Microscale Dispersion Models)和Thompson风洞实验数据集对PKU-BSM的模拟结果进行了验证,在此基础上应用PKU-BSM模拟了实际城市街区的扩散过程.结果表明:(1)PKU-BSM可较理想地模拟城市街区风场、湍流动能(TKE);随着建筑物宽度的增加,建筑物迎风面回流区和建筑物背风面的尾流涡区范围增大,同时这些区域的TKE也会相应增大;(2)PKU-BS在背风面下风向一定距离的区域,模拟的浓度值几乎与实测值一致.在建筑物周围,PKU-BSM模拟的浓度极值有一定误差.(3)与基于高斯扩散理论的AERMOD(AMS/EPA Regulatory Model)模式相比,PKU-BSM在模拟建筑物周围浓度场时显现出很大的优势.(4)在实际城区下垫面,受建筑区的影响,建筑区内的流场和湍流场分布变得十分复杂.在建筑区内部,大部分地区风速将大幅度减小,其降福可达50％～80％,湍流动能也随之减小.并且,在建筑物之间形成很多涡区,不利于污染物的扩散;(5)建筑区域的浓度分布受排放源位置和走向影响很大.当排放源在建筑区内部时,浓度极值也急剧升高.在某些建筑物隔离区,浓度的上升幅度会更大.