中文摘要：

建筑物结构、分布特征是影响城市边界层动力结构的基本因素，无论是边界层平均风特性的计算，还是湍流特征参数的获取都与其密切相关。本项目以"结构决定表现形式"为研究思路，通过风洞实验方法，对多种建筑物结构、分布方案进行物理模拟。在粗糙度，零平面位移，动力拖曳系数等动力学特征参数的计算过程中，引入建筑物高度方差、建筑物有效影响面积、风道面积等，新的建筑物几何特征参数，改进原有的形态学参数化方案。此外，通过风洞实验资料，分析研究建筑物结构、分布特征对湍流通量、湍流能谱结构的影响机制，建立几何特征参数与湍流特征量之间的参数化关系。并结合已有的外场观测资料对上述研究结果进行检验。为边界层物理，城市气象学的研究提供新的科学依据和理论基础。

结论摘要：

利用两次风洞试验资料、外场观测资料及数值模拟方法，就“建筑物对城市边界层动力结构的影响”展开研究。 （1）对“简单、均匀分布”建筑物模型进行风洞试验，在已有形态学参数化方案基础上，引入建筑物高度标准差、有效迎风面积等新参数。结果表明，新参数的引入对粗糙子层高度的确定更为合理、明确。此外，在前人的工作基础上，以局地建筑物拖曳力和切应力平衡为动力学框架，建立了一组能适用于城市冠层、粗糙子层及其上部风速廓线计算方案。将新方案计算结果与风洞试验结果对比，结果表明两者在趋势分布上吻合的较好，只是在建筑物密度较大条件下，粗糙子层高度以内计算值略大于风洞观测值。 （2）对“复杂、非均匀分布”建筑物模型进行风洞试验，分析讨论了不同粗糙度、不同风向条件下，高密度建筑群和超高建筑物对近地层风场的影响。结果表明，高密度建筑群对风场的影响主要表现为，地表粗糙度越小，大风区范围越大。此外，建筑群的分布、排列形式会明显改变来流走向。由于超高建筑物其形态上下不一致，在一定条件下，不同高度处的风矢量存在明显差异。 （3）利用南京城市边界层外场观测资料，分析对比了城、郊、居民区3种不同下垫面风、温垂直结构分布特征。结果表明，城市区域上空存在明显的急流大风区，这一高度较稳定地维持在400m左右，与夜间城市混合层发展高度较为一致。此外，两个不同高度上无量纲风速标准差随稳定度的变化关系表现为低层差，高层好。主要原因为观测高度越低，风速扰动受建筑物的影响越明显。 （4）利用WRF/Noah/UCM系统对南京城、郊两地风场分布特征进行了比较。结果表明，主城区近地面风速明显小于郊区。由于城市区域复杂的地形和密集的建筑群，对流场的阻挡作用，近地面风场在城市区域存在明显绕流现象。在夜间，500m高度附近有明显的急流区，这一模拟结果与观测事实相符合的较好。