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城市化对登陆台风风场及边界层结构影响的模拟研究

台风，城市冠层，边界层风场，数值模拟

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.22 气候变化下极端天气灾害的机制、预测和应对

随着沿海城市化的快速发展，城市下垫面与登陆台风之间的相互作用日益凸显，但其对台风边界层风场结构的影响机制尚不明确。本研究基于高分辨率数值模拟，结合多层城市冠层模型与详细的建筑形态学数据集，以2019年登陆长三角城市群的台风“利奇马”为例，深入探究了城市化与海陆对比的协同作用对台风风场及边界层结构的影响。结果表明，城市化对台风边界层风速具有显著调控作用。在台风主要影响时段，由于城市热岛效应几乎消失，白天边界层更加稳定，导致垂直混合减弱，进而削弱了动量向近地面的垂直向下输送，使得近地面风速的垂直梯度显著增大。观测与模拟均揭示，城市近地面风速与建筑形态参数呈显著负相关，其中与建筑表面积比和建筑全面积比的相关系数最高。城市化对台风整体路径和强度的影响较小，但会略微加速登陆后台风强度的衰减，并使最大风速半径增宽约10-15公里。进一步分析海陆差异与城市化的耦合效应发现，台风边界层内径向风速的非对称分布主要由海陆差异主导，而城市化提供了局地调制作用。城市化增强了登陆侧（左侧象限）向内的梯度非平衡力，增强了离岸流侧（左后象限）的低层径向入流，从而促进了低层辐合与垂直运动，导致向岸流侧边界层顶附近的切向风增强，可能加剧风灾风险。在湍流特征方面，城市化显著增强了湍流动能，尤其在离岸流一侧的城市区域。本研究揭示了城市化与海陆差异对台风边界层结构与动力过程的协同调控机制。研究结果为提升城市台风精细化预报水平及灾害风险评估提供了理论支撑。