环境气象学

X16 200500040 硬化路面与温度场响应模型研究/陈亮(中国环科院)…//环境科学研究/中国环科院.-2004,17 (3).-71～74 环图X-6 硬化路面是城市热环境效应影响因素中较为重要的一个因素。笔者在研究了深圳市城市热效应的基础上,建立了一个三维动态模型对硬化路面条件下的温度场进行模拟。通过将模型的计算     

城市热效应与热效应模型研究

影响城市热环境的因素有很多,其中地表覆盖类型是热效应影响因素中较为重要的一个。笔者在研究深圳市城市热环境效应的基础之上建立了一个三维动态模型,对硬化路面覆盖条件下的温度场进行模拟,并对该热环境效应模型进行了较为详细的分析。      

基于ZJU400土工离心机的CFD模拟方法

目的给出可靠的CFD模拟方法,用于土工离心机风阻功率估算,得到流场及温度场模拟结果。方法针对ZJU400中高速大型土工离心机,利用结构化网格划分使转臂及内壁面处的y+值<30,使其满足湍流模型边界层厚度要求。利用k-omega SST湍流模型和MRF多参考系方法对ZJU400土工离心机进行数值模拟,对模拟所得风阻功率、流场和温度场进行对比验证。结果模拟所得风阻功率与ZJU400实测数据偏差<10%,模拟所得流场与文献[8]中的结果吻合,温度场与实测数据吻合。结论针对ZJU400中高速大型土工离心机的CFD模拟方法取得了精度较高的模拟结果,通过仿真模拟弥补了大型土工离心机实验数据缺乏问题,减少了对实验数据的依赖,为制造设计和研究大型土工离心机提供了CFD模拟方法。     

无人机热红外支持下的城市微尺度热环境模拟

随着人们对生活舒适度、身体健康要求的进一步提高,微小尺度的热环境状况日益受到关注.地表温度场模拟是研究城市微小尺度热环境的关键,采用地面有限实测资料很难满足不同下垫面地表温度模拟的精度需求.针对这一问题,本研究利用无人机搭载热红外成像仪获取南京市江宁区某大学校园内典型区域夏秋两季的地表温度数据,通过ENVI-met和PALM-4U两个数值模拟模型模拟研究区地表温度,并结合实测数据对不同地表类型及阴影遮挡下的模拟精度进行误差分析.结果表明,数值模拟结果与真实结果较为接近,能够用于高空间精度的城市微热环境研究中;模型对人造地表的模拟效果均优于自然地表,对空旷处地表的模拟效果优于非空旷处地表;两个模型均能较好模拟存在建筑物遮挡下的地表温度,但在植被遮挡下PALM-4U则无法达到ENVI-met的效果,综合模拟结果显示ENVI-met在城市微热环境模拟上的适用性优于PLAM-4U.本研究可为城市微尺度热环境高分辨率遥感研究提供参考.     

湖泊水质模型SALMO在太湖梅梁湾的应用

改进了湖泊水质模型SALMO,针对太湖梅梁湾,利用2005年实测数据进行模型参数率定,并模拟了2006年水质.结果发现,绿藻、蓝藻、硅藻3种藻类的模拟结果与藻类的实测年变化格局一致,反应了3种藻类的季节性演替,其中,硅藻、绿藻在冬末春初占优势,蓝藻在夏秋季占优势;溶解氧模拟结果与实测数据非常一致,年平均相对误差为14.3%;NO-3-N和PO3-4-P的变化趋势与实测结果基本一致.研究结果表明,SALMO能很好地模拟藻类和营养盐的浓度动态,并在一定程度上揭示水华机制.     

内陆河网温排水预测模型开发及其应用研究

针对热电厂冷却水排放河网BI起的热污染问题．考虑风速、水深、水温对自由水表面散热的影响,BI入水温综合衰减系数,利用生态模型试验室（ECO Lab）开发了适用于平原感潮内陆河网的一维温排水模型,并利用该模型对某化工区热电厂的温排水过程进行了模拟,利用实测水温资料对模型进行了率定和验证。结果表明,模拟结果同实测结果非常吻合,所开发的温排水预测模型和关键参数取值很好地反映了受人工调控的平原河网的水流和温度场输移扩散规律;利用所建模型对该热电厂移位方案的可行性进行了预测分析并提出了相应的应急工程措施。     

C/N比调控污泥厌氧发酵产酸的数学模型研究

采用改进粒子群算法对ADM1模型中的关键参数进行了估计,经敏感性分析,确定了Monod最大比吸收速率、半饱和值、产物对底物的产率等3种参数对产酸速率具有较大影响.应用修正后的动力学参数对ADM1模型在不同C/N比调控下污泥厌氧发酵产酸结果进行了模拟.结果表明,模拟产酸数据和实测数据误差较小,说明修正后的ADM1模型能够很好地描述污泥厌氧发酵中C/N比条件对产酸的影响.     

山城型道路交通噪声与路面坡度的关系

本文介绍了山城型道路交通噪声与以路面坡度为最大特征的各有关因素的关系。在对青岛市区的道路及其噪声进行长期调查测量分析的基础上,得到路面坡度、车速与不同类型机动车辆噪声级的线性关系式;同时指出坡道两侧附近下坡侧不同于上坡侧的噪声污染,并给出其修正值;归纳出坡道路面结构、两侧环境结构的修正量;提出了山城型道路交通噪声等效声级的预报数学模型,用该模型对山城坡道及一般城市具有坡道的交通噪声进行的理论计算与实测声级值相比较,均符合得较好。     

大气多环芳烃区域迁移转化模型比较与关键影响因素:以京津冀地区为例

针对芘(Pyr)和苯并[a]芘(BaP),以京津冀地区2014年为例分别构建CMAQ和BETR模型系统开展数值模拟,对比评估两种模型对PAHs大气迁移转化的模拟效果,并利用XGBoost模型识别CMAQ中影响PAHs环境行为的关键大气物理化学过程和参数.结果表明,BETR和CMAQ模拟年均值与实测年均值比值基本在1/2～2之间,且CMAQ模拟值和实测值季节变化趋势相同,验证了两类模型结果的可靠性.同时,将CMAQ模型9 km网格模拟浓度平均至27 km网格并和BETR模拟浓度的对比结果显示,BETR模型Pyr和BaP模拟浓度平均分别约为CMAQ年均模拟浓度的1.59倍和1.38倍,两类模型在年均浓度水平和空间分布方面具有较好的可比性.基于XGBoost模型的SHAP变量重要性分析表明,边界层高是对Pyr和BaP迁移转化影响最大的气象因素,其重要性在所有因素中占比高达22%～35%,在部分城市和污染物中对浓度变化的贡献甚至超过排放量,且和两种PAHs浓度呈显著负相关;PAHs浓度水平其次受风速影响最大,且风速和PAHs浓度呈负相关关系;风向对不同城市污染物浓度的影响则各不相同.     

子汇水区划分精度对SWMM模拟城市非点源的影响

SWMM作为动态模拟的城市非点源污染模型,被广泛应用于城市非点源负荷估算研究,并在很多小尺度研究中取得了很好的效果。随着中国城市发展不断加快,城市非点源污染研究的空间尺度也随之变大,如何科学合理选择建模时子汇水区划分精度成为研究中一个重要问题。文章主要分析SWMM应用于城市区域非点源污染模拟时,不同子汇水区划分精度对水质模拟结果的影响,并在此基础上,以降低SWMM建模工作量并保证模拟结果的准确度为原则,对如何选择子汇水区的精度进行了深入的探讨。结果表明事件降雨为降雨输入时,子汇水区划分精度对水质模拟结果影响较大,宜采用高精度或高中精度模型;单月份和雨季连续降雨为降雨输入时,子汇水区划分精度对水质模拟结果影响较小,可以使用低精度模型。     

定量遥感技术在城市热岛效应研究及其治理中的应用

以长春市为例,基于LandSat7 ETM 影像数据定量反演晴空状态下城市地表温度、地表反照率和NDVI(归一化植被指数),通过分析地表温度空间分布状况及其与地表反照率、NDVI的关系,研究城市热岛效应并提出治理对策.研究表明:长春市城区热岛效应显著,热岛中心主要分布在铁北工业园区、二道区北部和绿园区西南部;城区的地表反照率和NDVI始终小于郊区;城区地表温度随着地表反照率和NDVI的增加而降低.因此,在提高工业热源和能源的利用率,减少热量散失和排放的同时,提高城区植被覆盖率和地表反照率可以有效缓解城市热岛效应给城市生态环境带来的不良影响.     

基于TM影像的城市地表湿度对城市热岛效应的调控机理研究

论文以探究城市热岛效应调控机理为研究目的,以徐州地区1985-2010 年夏季四期Landsat TM影像为研究数据,应用单窗算法、K-T变换、空间叠加分析以及缓冲区分析等研究方法,对徐州市城市热岛时空变化特征进行了反演,重点对徐州市城市热岛强度的调控机理进行了分析并提出了通过K-T变换提取表示城市建成区内部植被与水体覆盖程度的城市地表湿度(ULSW)这一新指标.研究结果显示:城市地表湿度显著区对城市热岛效应起到了有效的调控作用,并且随着城市地表湿度值的提高,区域内部以及周围环境的温度都会随之下降.城市地表湿度指标对于城市热岛效应的调控水平具有一定的代表意义.     

武陵山区两种不同下垫面温度观测及对比分析

文章通过对铜仁国家基本气象站2007-2008年探测获得的水泥地面温度资料与日常地温场观测资料进行统计分析和对比研究,发现模拟高速公路和城市的水泥地表面与自然状态下的裸土地表面两者之间,在相同太阳辐射条件下不同的季节存在着不同的温度变化和散热差异,并分析了产生温度和热力差异的原因,对比分析发现,水泥地面在夏、春季节增温效果最明显,对城市"热岛效应"的贡献较大,同时找出了水泥地面和裸土地面两者的地表平均温度、最高、最低温度在高温、降水和凝冻天气条件下的温度变化规律,掌握不同下垫面温度变化规律,有助于台站开展交通路面温度预报、道路结冰预警信息发布以及城市气象服务。     

基于TM数据的自贡市热岛时空变化研究

热岛效应是城市化对城市环境影响的一个重要特征.为了研究自贡市10年来城市化进程对热岛效应的影响,采用TM数据与GIS相结合的方法定量分析城市地表温度的时空变化.根据2000和2009年两个时相的LandsatTM影像本文提取了研究区的地表温度以及土地覆被信息,在此基础上对这10年来自贡地区的热岛时空变化及其与植被、建筑用地变化的关系进行研究.分析结果表明,研究区地表温度与植被、建筑用地之间存在明显的相关性.     

西安大气环境要素变化特征分析

利用1951年至2007年西安气象观测资料及2002年至2007年环境监测资料,对西安市大气环境要素进行分析。结果表明,（1）随着西安城市化进程的加快,和NOx年平均浓度变化具有明显增加的趋势。（2）从1951到2007,西安市气温增长了约2℃,仅21世纪以来,就增长了近1℃。热夜天数自上世纪90年代中期以来明显上升。2008年7月上旬西安市区与周边郊区地表温度温差约为8—10℃。（3）年平均风速,极大风速明显减小。分析认为,随着西安城市规模的扩大、人口的增加,高楼林立,城市下垫面发生巨大变化,使城市热容量增加,耗能增大,有效蒸发减少,增温明显,从而导致城市风速减小、大气污染物浓度增加、温度升高、热岛效应越来越显著。提出建立人工环境与自然环境协调一致的城市规划环境气候图,有效缓解因城市化进程引起的城市大气环境问题。     

近20年来重庆市主城区地表热岛的时空变化

为了揭示快速城市化地区热岛的时空变化特点,以重庆市主城区为例,利用1988─2009年共5个时期的TM/ETM+影像反演地表温度,分析了地表热岛和相对热岛强度的空间格局及其变化趋势. 结果表明:近20年来地表热岛的空间格局经历了集聚→较集聚→集聚的演变过程,热岛逐渐由重庆市老城区向外围城市组团转移;最大的相对热岛强度总体呈先增大后减小的变化趋势;老城区的相对热岛强度明显减弱,外围新兴城市组团相对热岛强度显著增加,沿长江和嘉陵江的开发建设导致滨江带相对热岛强度明显增强;相对热岛强度增强幅度与减弱幅度基本相当,大部分地区的相对热岛强度变化较平缓.相对热岛强度及其时空变化与重庆市扩张十分吻合,具有显著的城市组团式特点.      

1989~2015年海口城市热环境与景观格局的时空演变及其相互关系

利用1989,1999,2007和2015年的4期Landsat 5TM/8OLI-TIRS遥感数据,综合应用遥感、地理信息系统、景观生态学和统计分析相结合的方法,探讨海口城市热环境与景观格局的时空演变关系.结果显示,1989~2015年间,海口城市陆地表面温度（LST）总体呈逐步上升的趋势.城市热岛面积逐步扩大,空间质心向西南方向转移,且在2007年以后转移速率明显加快;冷岛质心则向东部生态核心区转移.城市LST较高的区域往往与不透水表面分布一致,较低的LST与绿地或水体分布一致.4期绿地的平均LST比不透水表面低4.17℃,其中2015年绿地景观类型百分比（PLAND）每增加10%导致LST下降0.57℃;不透水表面每增加10%,LST则上升0.78℃.不同时期绿地和不透水表面的平均LST与PLAND、最大斑块指数（LPI）、聚集度指数（AI）均表现为一致的极显著相关关系,且相关性逐年增强,其中绿地为负相关,不透水表面为正相关;景观斑块的大小和聚集程度对城市LST有较大影响.研究结果可以拓展对城市热环境与景观格局时空演变关系的认识,为城市规划和决策者提供参考.     

济南城市热岛动态变化遥感定量监测及其驱动因素分析研究

城市热岛是城市发展过程中遇到的难题,对人居环境造成较大影响.定量分析研究城市时空演变特征,探究热岛驱动因素,有助于为城市热岛动态变化分析提供技术支撑.论文以济南市为研究对象,采用2000年-2009年间7-8月份MODIS LST数据,分析10年间热岛变化特征.结果表明,10年间,济南城区温度明显高于郊区,热岛效应显著,并且,热核区、特高温区等区域呈现周期性扩张与收缩规律;通过提取2000年及2009年济南市人工表面与植被面积,发现2009年比2000年人工表面面积扩张33.33％,植被减少6.76％,且人工表面扩张与植被减少的区域大部分重合,这对城市热岛形成产生了一定促进作用.另一方面,通过统计分析2000年与2009年人口数量、机动车保有量、烟尘排放量数据,分析济南城市热岛驱动因素,结合城市规划建设,为缓解济南城市热岛提出参考性建议.     

矿业密集区地表热环境时空异质性驱动机理

基于Landsat遥感影像热红外波段数据，利用大气校正法反演地表水热因子中的地表温度值，基于Landsat遥感影像可见光波段，从生物地球物理效应角度提取下垫面地表扰动类型和4个生物物理参数（光合植被覆盖度，Fractional Cover of Photosynthetic Vegetation，f_PV；土壤湿度监测指数，Soil Moisture Monitoring Index，SMMI；增强型裸土指数，Enhanced Bare Soil Index，EBSI；归一化不透水面指数，Normalized Difference Impervious Surface Index，NDISI），借助叠加分析、相关分析和回归分析，定量分析了河北省迁安市马兰庄镇地表热环境时空异质性特征并可视化，以及4个生物地球物理参数的响应规律.结果表明：矿业用地地表温度最高，属热岛效应聚集区；地表下垫面扰动类型以及4个驱动因子的时空变化，导致研究区夏季午间地表热环境异质性较大，且5期影像下垫面地表温度均呈现出工矿用地>居民地>耕地>林地>水域的分异特征；单因素回归分析表明，f_PV和SMMI指数与归一化地表温度（Normalized Land Surface Temperature，NLST）呈线性负相关（P<0.01），EBSI和NDISI与NLST呈线性正相关（P<0.01）；多元回归分析表明，利用4个生物物理参数综合考量地表热环境异质性，可全面反映下垫面生物物理参数与地表温度的真实关系，且5期影像与LST呈负相关关系的SMMI回归系数均大于f_PV，说明地表温度的下降与土壤湿度的增加有明显的关系；与LST呈正相关关系的EBSI回归系数均大于NDISI，说明地表温度的上升与裸土的增加有明显的关系.研究结果可为矿业密集区地表热环境异质性的评估和优化提供定量参考.