城市热岛效应与下垫面季节性变化及其对风运动的影响

下垫面特指与大气下层直接接触的地球表面，包括土壤、植被、水域、地形、地质等，对区域气候的形成具有重要作用。在风的短期预测中，需要为数值天气预报模型选定适当的下垫面参数，在对单个风力发电机组进行风速预测时，也需要考虑山体、水域等下垫面属性对空气流速的影响。

大气运动的直接驱动力来源于地表反馈的长波辐射。不同的下垫面属性使得地球表面对短波辐射吸收能力不同，因而长波辐射的反馈作用产生差异。这使得地表对底层大气的湍流输送、水汽输送发生相应变化。

城市热岛效应是一种较为典型的由下垫面差异所造成的大气现象。城市等人口聚集区的建筑密度大、绿化率比重偏低，与周边区域相比呈现明显的“高温化”。日间，这些人工建筑物吸收太阳短波辐射的速率快，而相对较小的热容则使得大气的长波加热效应强于周边区域。由此产生的热力环流造成城区地表温度升高、风速减弱。城市周边地区通常拥有远高于城市的大面积绿地，下垫面的自然属性强，太阳辐射利用率高，呈相对的低温化。由于上述环境温度的差异，产生了与海陆风相近的局地性大气环流，它与更大尺度天气系统的相互作用将对这一区域风速变化产生深刻影响。

下垫面属性的变化存在季节性，如降雪等大型天气过程也会对下垫面的性质产生影响。通过上述分析不难发现，近地层的风能、太阳能资源预测和评估往往需要对初始的下垫面参数进行精细设置，必要时可针对风能预测的实际地点进行现场踏勘。(www.xing528.com)

已有研究表明，下垫面不仅对风的水平运动产生影响，不同下垫面对于大风过程的风切变指数也产生一定的作用。对于均匀平坦下垫面，风切变指数随着风速的增大而减小，复杂下垫面下，风切变指数较为平稳。湍流强度与风切变指数成正比例关系，且越靠近地面，这种线性关系越明显。

非均匀下垫面大气边界层理论是气象学领域的前沿热点，主要包括地表的动力非均匀作用和热力非均匀作用。由于目前风能的短期预测主要采用基于中尺度数值天气预报的方法，因而非均匀下垫面的研究将直接影响到中尺度数值模式中的边界层参数化问题。其次，对于分布式新能源发电而言，城市边界层的研究将对未来城市风能模拟、预测起到关键性影响。如何有效地将真实下垫面影响融入风能的短期预测中，将在一定意义上决定风能预测乃至风力发电预测技术的实用性。