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三维城市建筑群落模式

陆面模式,城市模式,地球系统模式,陆面过程模拟

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.1 地球系统模式与模拟

现有城市冠层模式大多基于二维街谷假设，以建筑高度与街道宽度之比（H/W）作为核心形态参数，难以准确刻画真实城市的三维空间结构，带来较大的模拟误差。针对这一局限，本研究发展了一种新型三维城市建筑群落模式（Urban Building Community Model, UBCM），并将其作为城市陆面参数化方案耦合至通用陆面模式（CoLM），支持从区域到全球尺度的高分辨率城市气候模拟。在UBCM中，提出了新的三维城市结构核心参数——建筑高度与建筑边长之比（H/L），以替代传统H/W参数；基于三维建筑群落架构，发展了新的三维辐射传输方案与湍流交换方案，显式考虑了城市植被的辐射与湍流效应，并对辐射、湍流、热力、水文及人类活动等关键过程进行了综合表达。与此同时，本研究构建了一套全球500米分辨率城市冠层数据集，涵盖城市形态、生态功能、物理特征及人类活动等多维信息，并引入时间动态变化，以支持城市扩张与演变过程的动态模拟。利用理想化蒙特卡罗辐射传输实验对模式进行验证，并在典型城市站点、区域及全球尺度上对辐射通量、湍流通量和人为热通量开展系统性评估。结果表明，CoLM-UBCM能够准确模拟城市辐射与湍流通量，对城市关键陆面过程的模拟性能较传统二维街谷模式有显著提升，可集成至天气模式与地球系统模式，开展高分辨率城市模拟应用研究。