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2005年夏季、2006年春季在南京市区及南京郊区进行了两次近地层通量观测实验,运用涡动相关(eddy-covariance, EC)技术得到感热通量、潜热通量、二氧化碳通量和摩擦速度。为了消除地形对这些测量值的影响,运用平面拟合方法(PF)对其进行倾斜校正。进一步研究发现,平面拟合因子与风向角度密切相关,因而在采用平面拟合方法处理数据时,必须考虑风向的影响,分别做出不同风向扇区的拟合平面,我们命名这种改进后的新方法为分角度平面拟合法(sector planar fit,简称SPF)；相应的,称不区分风向扇区的平面内拟合法为总体平面拟合(general planar fit,简称GPF)。着重比较了不同季节、不同地点两种方法修正后的通量结果的差异。春夏两季,市区各通量分布总体趋势一致；地域上,市区SPF法、GPF法修正后通量值之间有明显差异,郊区两者差异较小。接着,运用SPF方法、GPF方法修正这个垂直速度,两方法修正后的垂直速度差异显著；最终,得出两方法修正后垂直速度的概率分布,SPF方法得到的垂直速度更接近于正态分布。通过观测城市复杂下垫面和近地面层发现,有必要通过数值模拟研究,进一步研究非均匀场对边界层特性的影响。使用中尺度模式WRF (Weather Research and Forecasting)及其大涡模拟子程序(Large Eddy Simulation,简称LES)来研究热力非均匀下垫面驱使的对流边界层特点。表面加热被设计成棋盘状,由两个热通量不同大小的正方形块交错而成。包括均匀下垫面,总计三个方案(A、B&C),其中非均匀方案的热力非均匀尺度为5千米和2.5千米。将非均匀下垫面方案与均匀下垫面方案的结果进行比较后发现,非均匀尺度对对流边界层域平均量的影响并非十分显著,位温、热通量的廓线并未受很大影响。然而,不同的非均匀表面加热导致了不同的湍流特征。最大非均匀尺度的方案产生了最大的湍流动能,次大非均匀与均匀场产生的湍流动能大小十分接近,暗示着只有当非均匀尺度足够大时,湍流动能才会增强。各参量的方差廓线不同程度受到非均匀尺度影响：最大非均匀尺度案例的位温方差较大,但随着时间推移,对流边界层高度增大,各案例的位温方差廓线趋于一致,即非均匀性对位温方差的影响减弱了,表明随着对流边界层发展,湍涡结构也发生改变；对于湍流速度而言,在混合层内,最大的非均匀尺度产生最大的水平速度方差和最小的垂直速度方差,这种趋势—直持续；结合湍流动能分析,最大尺度非均匀会引发强烈的局地环流,由于局地环流存在水平运动的贡献,从而有较大的水平速度方差和最小的垂直速度方差。热力非均匀性引起的环流在对流边界层发展初期能较好维持,湍涡由表面非均匀尺度控制。然而在某一时刻,环流无法维持,在自由对流驱使下,对流边界层继续发展,此时湍涡主要为固有湍涡,即大涡。