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利用WRF模式5种常见边界层参数化方案(BL、MYJ、MYNN、YSU、SH)和4种城市冠层方案(noUCM、UCM、BEP、BEM)及南京自动站资料和探空资料(2015年8月2日～3日),对比分析了各方案的不同组合方式对南京城市地区各气象要素的日变化特征及垂直结构的模拟效果并利用北京朝阳、宝联和大兴同步垂直探空资料对最优组合再次验证。结果表明:(1)BL+BEM方案对2m气温的模拟效果最好,均方根误差最小(0.82℃);而对位温垂直廓线的模拟,BL+BEM方案更具优势(白天相关系数0.95,均方根误差3.1℃;夜间相关系数0.97,均方根误差0.54℃)。(2)MYJ+BEP方案对2m比湿的相关系数最大(0.85),均方根误差最小(0.57g/kg),模拟效果最优;对于比湿廓线,MYJ+UCM方案在夜间效果最好(相关系数0.93,均方根误差1.75g/kg),BL+BEP方案在白天最佳(相关系数0.97,均方根误差0.5g/kg)。(3)MYJ+BEP方案对1Om风速的模拟最好(相关系数0.91,均方根误差1.26m/s);对于风速廓线,BL+BEM方案在夜间(相关系数为0.99,均方根误差0.77 m/s)和白天(相关系数为0.98,均方根误差2.46 m/s)的模拟效果均最好。(4)BL+BEM方案对10m风向的模拟效果较好(均方根误差25.91°);对于风向垂直廓线,BL+BEM方案白天的模拟效果最优(均方根误差5.35°),BL+UCM方案在夜间最优(均方根误差11.97°)。(5)综合来看,BL+BEM方案则可以较好地模拟出平原地区夏季晴天条件下边界层内各气象要素廓线的基本特征。利用BL+BEM方案对北京城市热岛的日变化特征及热岛垂直结构进行研究,结果表明:(1)近地面城市热岛夜间强度最大,可以达到7.16℃,并一直表现为正值,直到日出。日出之后,热岛强度逐渐减小,在中午前最小,约-0.26℃,表现为冷岛。中午热岛强度重新回到正值,但强度比夜间小。太阳落山后热岛增强,在18:00～06:00期间均存在强热岛。(2)在夜间时,不论是郊区还是城区,湍流发展都比较弱,不利于热岛的垂直发展;而在中午14:00时,建筑物的存在使城区上空的湍流动能较大,最大可以达到4m2/s2,郊区仅能达到0.5m2/s2,使热岛的范围能维持在一个较高的高度。(3)夜间在逆温层的影响下,城市热岛强度达到最大,约5.5℃,在边界层急流的作用下,热岛只能维持在200m以下;中午热岛强度较弱,约为2℃,混合层高度达到2500m,湍流充分发展,令热岛的高度也可以延伸至900～1800m,热岛强度、相对湿度差、风速差随高度基本保持不变,但热岛和干岛的影响范围随着高度的增加而减小。城区边界层急流将抑制城市热岛的垂直发展,而郊区的边界层急流将促进热岛的垂直发展。利用WRF模式耦合UCM模式,针对屋顶绿化对城市降温效果进行了模拟,结果表明在南京夏季(1)绿化后的屋顶反照率约为0.15,较水泥及其它反光材料的反照率略小,在白天可造成约0.2℃的升温。(2)绿化后的屋顶热容量明显增加,可使白天气温下降0.33℃。在夜间,可使气温升高0.21℃左右。(3)在植被阻挡作用及土壤层阻挡作用下,屋顶的导热率降低。在白天,净辐射能很难向下层传递,从而转化为感热加热大气,造成气温升高。(4)土壤湿度的改变使更多净辐射能转化为潜热释放。在白天可使温度降低1.23℃。在夜间,平均降温幅度为0.44℃。(5)不同季节的统计结果表明,屋顶绿化降温效果在夏季最为明显,平均降幅可达1.22℃,春季0.96℃,秋季0.75℃,冬季只有0.38℃。