图1 耦合中尺度—计算流体动力（CFD）模式的区域设置和城市建筑物：（a）WRF模式的四个嵌套模拟范围；（b）CFD模式区域在WRF模式最内层区域D4中的所在位置；（c）CFD模式区域内的广州地形（阴影为地形高度单位：m）和城市建筑物（灰色格点），黑色方块和红色圆点分别标记福今路和广州塔自动观测站；（d）广州市区中心 [图（c）中黑色矩形区域] 的建筑物的三维视图（阴影為建筑物高度单位：m）

图2 冷空气入侵广州市前（左列）、后（右列）的地面风场（箭头，单位：m s^?1）和气压场（等值线单位：hPa）：（a，b）FNL分析资料；（cd）WRF模拟

图3 2012年12月29日广州市区风速的时间演变。黑线为广州塔自动站观测资料（离地面127 m高处）红线为WRF模式的模拟结果。橫坐标蓝色长方形标记三次CFD模拟时段分别代表冷空气入侵之前、入侵期间和入侵之后的三个阶段。数值模拟的冷空气抵达时间比实际观測提前2 h 10 min绘图时已移除相应的时间差

图4 福今路和广州塔自动站的观测风速和风场扰动时间演变（单位：m s^?1）。黑色实线为50 min滑动平均的风速；蓝色柱状图标示偏离滑动平均风速的5 min风速；红色实线代表风速偏差的滑动标准差（a，b）分别为福今路28 m和 94 m高处的观测；（cd）分别为广州塔127 m和532 m高处的观测

图5 2012年12月29日14～17时（当地标准时，下同）福今路和广州塔自动站的观测风场扰动的功率谱：（ab）分别为福今路28 m和127 m高处的观測；（c，d）分别为广州塔127 m和532 m高处的观测

图6 同图4c但为广州塔127 m处的冷空气（a）入侵之前、（b）入侵期间和（c）入侵之后的CFD模拟风速和风场扰動。三次模拟时段见图3中标注

图7 同图5但为冷空气入侵期间的CFD模拟风场的功率谱

图8 CFD模拟10～40 min期间的市区平均风速（左列）和风场扰动（右列）水平分布。（ab）冷空气入侵前；（c，d）冷空气入侵期间；（ef）冷空气入侵之后。箭头为水平风场填色为平均风速或标准差（单位：m s^?1），灰色标记地面建筑物

市区中心建筑物和CFD模拟的冷空气入侵期间风场垂直结构（a）建筑物分布和分析区域，红色矩形为珠江北岸嘚建筑区域绿色竖矩形和横矩形分别标记花城广场—广州塔和珠江南岸的局地强风区；（b）珠江北岸的建筑密度，统计范围为图区域（a）的红色矩形；（ce）珠江北岸沿纵坐标y=520的平均风速和风场扰动标准差；（d，f）珠江南岸沿纵坐标y=450的平均风速和风场扰动标准差

图10 CFD模拟的冷空气入侵期间花城广场—广州塔（左列）和珠江南岸（右列）的风速随时间的演变（阴影单位：m s^?1）。统计区域位于图9a的绿色矩形区域（a，c）的虚线箭头标注图12显示的一次强风扰动；（bd）的虚线标注图14显示的一次强风扰动

图11 冷空气入侵期间的花城广场国际金融中心嘚模拟风场和气压的水平分布和时间演变。（ab）时间平均的风场（箭头，单位：m s^?1）气压偏差（等值线，单位：Pa）和垂直运动（阴影单位：m s^?1），黑色区域为建筑物（c）金融中心上游（黑色线条）和下游（红色线条）的近地面风速（单位：m s^?1）和差值（蓝色柱）的時间演变。（d）东塔迎风面的高层风速（黑色线条单位：m s^?1）、气压（红色线条，单位：Pa）和下沉运动强度（蓝色柱单位：m s^?1）的时間演变。（cd）中的红色三角大致标注短期变化的7次局地极值

图12 一次强风扰动经过金融中心东西塔期间沿横坐标x=820的垂直结构和时间演变。陰影为水平风速（单位：m s^?1）等值线为强于?0.4 m s^?1的下沉运动。虚线标注强风轴线蓝色箭头标注下沉运动中心位置，红色三角形为东西塔所在位置

图13 强风扰动分别经过广州塔（a-e）西侧和（f-j）东侧时的近地面风场（箭头单位：m s^?1）和气压偏差（线条，单位：Pa）红色粗箭頭标注风场扰动中心，“XY，Z”分别标注三个周边建筑群黑色区域为建筑物

图14 一次强风扰动经过珠江南岸建筑群时的风场（箭头，单位：m s^?1）、气压偏差（黑色等值线单位：Pa）和垂直运动（阴影，单位：m s^?1）黑色区域为建筑物，灰色线条标注下方建筑物轮廓红色箭頭标注中山大学北门附近的气流