城市的低空气温分布特征及其对大气污染物扩散的影响

本文从城市热岛和城市逆温两个相互联系的不同侧面，分析城市低空气温的分布特征，并结合城市实际污染分布特征，讨论这种局地城市小气候效应对城市大气污染的形成以及对大气污染物扩散的影响，认为热岛效应以及由此引起的对低空温度层结和局地风场影响等的小气候效应是形成城市大气污染分布特征的主要气象原因。     

建筑动力学作用对近地面短历时点源污染扩散的影响

利用一次示踪剂扩散外场实验获得的数据,对城市小区尺度模式USSM在模拟短历时点源方面的能力进行了验证,结果表明USSM能较为合理地描述城区短历时点源的扩散特征。利用USSM进行了3个案例的情景模拟分析,得出结论:1)街区内建筑群的平均高度越高,建筑群之间的流场越紊乱,并且越容易形成涡旋型环流,同时建筑群之间的风速会变得越来越小。除此之外,随着建筑群平均高度的增加,受建筑群影响风场出现扰动现象的范围越大。2)建筑群平均高度的增高会显著降低街区内的扩散能力,并且这种影响可能是非线性的,当街区由小高层建筑为主变为高层建筑为主时,污染物输送扩散效率会急剧下降。     

街区污染物扩散的数值研究

对街区峡谷内交通污染扩散规律的研究是城市空气质量预测的主要内容之一。应用现代流体力学数值模拟方法进行大量算例的计算和分析,研究了城市街区峡谷污染物二维扩散的规律。包括比较各种条件下污染物的扩散浓度,考察来流风速、街区特征比例和日照等因素对扩散的影响,通过研究流场及湍流强度分析其扩散的动力学原因,为改进工程预测模式提供依据。     

福州市行道树对交通污染物扩散的影响

选择福州市中心城区3种典型的行道树结构作为研究对象,以CO为交通污染物的示踪气体,分别对绿化带两侧,即道路中央和人行道上CO浓度的时空变化进行了测定,分析了道路中央CO浓度与人行道上CO浓度的差值ΔC。研究结果表明:不同结构的行道树对交通污染物扩散有显著影响。主干道低覆盖度结构,最有利于交通污染物扩散;主干道高覆盖度结构和支路结构,则不利于交通污染物的扩散,使大量污染物涌入人行道,对行人健康构成危害。交通污染物的扩散效果取决于树冠结构,通过对各道路树冠结构的研究发现,疏透度与覆盖度均较小时,扩散效果最好;疏透度较大、覆盖度也较大时,扩散效果最差。     

土壤污染物运移轨迹模拟研究

研究土壤污染物的运移轨迹,可以掌握污染物在土壤中迁移的时空规律,为土壤环境质量评价及污染预测、污染防治提供科学的根据与途径,具有重要的理论和实际意义.本文以对流扩散传输理论为依据,建立了土壤环境下污染物运移的数学模型,然后基于COM SOL对几种特定初始及边界条件下的对流扩散问题进行数值模拟,计算了稳定连续、指数变化、瞬时释放三种典型污染源排放模型,并探讨模型中的一些因子对污染物浓度分布的影响,最后对污染物浓度分布的计算结果进行了相关分析.     

建筑物对空气污染扩散影响的研究

本文简要地介绍了建筑物对空气污染物扩散的影响，回顾了风洞实验，回顾了风洞实验、现场观测和模型计算机等几种研究方法及结果的对比情况，重点讲话了各种计模型的性质和适用范围及使用效果，并展望了未来计算建筑物影响污染物扩散方法的发展趋势。     

城市街道内机动车排放污染物NO对流扩散的特征

采用现场观测和数值模拟的方法研究了城市街道内机动车排放污染物中的NO扩散特征。结果表明:城市街道中机动车排放污染物的对流扩散取决于屋顶风向和风速,随着建筑物顶部气流速度的增大,街道内同样位置的污染物浓度相对减小;当风向垂直于街道轴线时,街道内同样位置的污染物浓度最大;同时街道内机动车排放的污染物浓度与车流量成正比关系,即机动车流量越大污染物浓度越高。     

建筑物对空气污染物扩散影响的研究

本文简要地介绍了建筑物对空气污染物扩散的影响，回顾了风洞实验、现场观测和模型计算等几种研究方法及结果的对比情况，重点讨论了各种计算模型的性质和适用范围及使用效果，并展望了未来计算建筑物影响污染物扩散方法的发展趋势     

街区交通污染物光化学反应及其自然通风稀释

随着城市化进程的加剧,汽车尾气在太阳辐射作用下发生光化学反应,生成的气态污染物NO_x会在街区中扩散造成环境污染,这也是光化学烟雾形成的重要环节.本文通过数值模拟的方法,将风洞实验对比验证典型高宽比1的街区峡谷模型计算的可靠性和准确性,再运用RNG k-ε湍流模型耦合NO_x化学反应模型进行数值计算,探究存在光化学反应下的气态污染物在城市六街区中的扩散迁移规律.结果发现,上游街区的光化学反应程度要大于下游街区,但是因为街区自身涡旋结构的流动以及自然通风的稀释作用会慢慢将生成气态污染物迁移到下游街区中,且气态污染物会在街区背风侧形成积聚达到一定的浓度后会沉积在整个街区中.     

珠江三角洲土地利用变化对特征大气污染物扩散的影响

在珠江三角洲两种下垫面条件下,应用CALPUFF大气污染扩散模式,对特征污染物SO2、SO42-的扩散进行数值模拟,探讨大规模土地利用变化,尤其是城镇建设用地增加,对珠江三角洲地区大气污染物扩散的影响,并通过对4个典型区污染物月均质量浓度变化特征分析,揭示土地利用变化对不同地区的污染物分布的影响机制。模拟结果表明：土地利用变化,尤其是城镇建设用地增加,不利于污染物扩散,污染源下风方向地区受影响较大,污染物质量浓度明显升高,SO2和 SO42-年均质量浓度分别增加14.07%和3.31%;受影响范围、变化幅度与污染源排污强度呈正相关,变化幅度亦与污染源距离远近呈负相关。土地利用变化后,尤其是城镇建设用地增加,四个典型区 SO2月均质量浓度都表现为升高趋势,且冬季 SO2质量浓度升高幅度最大,夏季升高幅度最小,临近污染源密集区的两个典型区SO2月均质量浓度分别增加33.6%和26.3%。土地利用变化不仅改变局地的污染扩散,也会对区域的污染扩散有一定影响,尤其对污染源分布密集区的大气污染物扩散影响强度最大。因此,建议人类在城市化建设过程中尽可能保留自然斑块,消除人工下垫面对污染物扩散的负面影响。     

天津城市热岛效应演变特征研究

城市热岛效应对城市生态环境影响极大,城市热岛及其环境效应的研究有利于城市合理规划和可持续发展。本文利用天津市1964—2003年城郊气温,1993年6月15日和2001年5月12日不同时间陆地卫星遥感资料分析了天津市热岛演变特征,结果显示天津城市发展对热岛效应影响明显,随年代以0.11℃/10a速率加强;2002年最强为1.2℃,是60年代末的2倍。7月份的热岛强度增强趋势明显;用平均气温分析热岛强度变化趋势表明:热岛强度在秋季最强春季最小,分别为0.16℃/10a和0.06℃/10a。平均最高气温差在四季中均有微弱上升趋势,平均为0.06℃/10a;平均最低气温差在秋季和冬季上升幅度最大,分别为0.16℃/10a和0.12℃/10a。不同年代遥感亮温场也表明天津城市化对热岛空间分布的影响。热岛分布基本与建成区一致,热岛中还包括许多大小不同、形状各异、强度有别的小热岛群;而且随着城市的发展,热场范围呈扩大趋势。最后对热岛变化规律的成因进行了初步分析。     

城市热岛效应研究进展

作为现代城市气候主要特征之一的城市热岛效应有日渐严重的趋势。文章综述了城市热岛的生态环境效应、热岛的主要形成机制、时空分布特征等研究状况和发展趋势；基于当前城市热岛研究的现状，提出了未来城市热岛效应研究的方向及缓解城市热岛效应的有关对策。     

功能区对热岛发生频率及其强度的影响

通过定点观测的方法对商业区、工业区、社区和森林公园的热岛发生频率及其强度进行了研究.结果显示,功能区对热岛发生频率及其强度具有明显的影响,但在各季节影响规律各不相同.总体来说,商业区和森林公园对热岛发生频率及其强度影响较大,商业区对热岛效应具有正效应.而森林公园对其则趋向于负效应.结果表明,城市各功能区的热岛效应可以通过生态型功能区规划和特殊管理方式进行缓解.     

城市大气总悬浮颗粒物与城市热岛

城市大气总悬浮颗粒物是造成全球大部分城市空气污染严重的原因之一,世界各国对之已进行过很多的研究。大量的研究显示,总悬浮颗粒物的污染非常严重,是影响城市空气质量的首要污染物。总悬浮颗粒物的源以人为来源为主,其汇则以湿沉降为主。总悬浮颗粒物对城市气候的影响主要通过2种方式:一种是通过散射或吸收太阳辐射直接影响气候;另一种是以云凝结核的形式改变云的光学特性和云的分布而间接影响气候。但是总悬浮颗粒物与城市热岛相互关系的研究目前还未受到应有的关注,总悬浮颗粒物与城市热岛的相互作用尚未有定论,总悬浮颗粒物既有促进城市热岛形成,也有促进城市冷岛形成的研究报道。文章认为可从如下3个方面探讨总悬浮颗粒物与城市热岛的相互关系:(1)总悬浮颗粒物在城市热岛中的贡献;(2)总悬浮颗粒物影响城市热岛的作用机理;(3)总悬浮颗粒物与城市植被和城市热岛的相互关系及植被对总悬浮颗粒物的净化、对城市热岛的缓解。研究总悬浮颗粒物与城市热岛的相互关系为制定科学合理的城市大气总悬浮颗粒物污染防治措施,有效缓解现代城市热岛难题提供理论依据。     

广州市城市热岛时间变化特征及与大气总悬浮颗粒物关系的研究(英文)

文章研究了1985-2005年期间广州市城市热岛强度时间变化及与大气总悬浮颗粒物浓度的关系.结果表明.由于经济的快速增长和城市化进程不断加快,广州市城市热岛效应十分明显,年平均热岛强度在0.20～2.10℃之间波动.受季风等大范围气候背景及降雨的影响,月平均热岛强度具有明显的季节变化特征,总体上呈"U"字形变化,其中7月份热岛强度最低,11月份最高.不同时次(02:00,08:00,14:00和20:00)的热岛强度以08:00时最高,而以14:00最低.最低温度下的热岛强度呈现出稳定增长的趋势(平均值为1.09℃),显示出广州近地面平均气温上升以最低温度最为明显.自1994年之后广州市大气总悬浮颗粒物水平呈现出明显的下降趋势,然而1982年到1998年期间仍然超过了国家大气质量二级标准所规定的浓度限值0.200 mg/m3.研究还表明,广州城市年平均热岛强度与年平均大气总悬浮颗粒物浓度之间存在显著的负相关,负相关系数为-0.676.尽管市区大气总悬浮颗粒物可以反射太阳辐射,降低日照时间,最终产生致冷效应,但是广州城市热岛效应是全球气候变暖下的大气增温和悬浮颗粒物降温之间平衡作用的结果.     

陕西关中城市群热岛效应指标初探

选取陕西关中地区12个大、小城市,1970—2009年逐月平均最高、最低和平均气温资料进行不同季节的城市热岛效应分析,对描述热岛效应的热岛强度指标进行研究,并提出以华县站为对比站的改进型温度差直线趋势作为关中城市群热岛强度衡量指标。该指标既消除了局地气候变化影响又剔除了个别小城市增温速率过快的影响。计算结果发现：无论城市规模大小,关中城市群一年四季都存在热岛效应。热岛强度冬春季强,夏秋季弱。大城市的热岛强度无论季节或年增加幅度均比小城市大。     

杭州城市热岛空间分布及时域-频域多尺度变化特征

利用杭州20个自动气象站逐时数据计算2006年四季各站平均热岛强度,用薄盘样条函数法研究杭州城市热岛的空间变化,发现:夏秋季时较强,而春冬季强度较弱;总体趋势是杭州市丰体城区最大,向外辐散,逐渐减弱.利用2006年2月～2007年2月逐时气象数据,结合Morlet小波变换方法分析了杭州热岛周期变化特征,发现:其在频域上具有多尺度的周期振荡,尺度主要是24 h(日)、168 h(周)和1 490 h(2月).以日为周期的热岛强度与局地气候系统、地面长波辐射、近地层热量交换、人为热的日周期变化有关;而以周为周期的热岛强度变化成因主要与人类活动及城市大气污染物排放的"周末效应"有显著的关系;以2个月为周期的变化特征与一些较大尺度的自然变化相关.结果表明,杭州城市热岛时空变化是天气系统、地面长波辐射、下垫面、大气污染、人为热、人类活动、近地层热量交换等共同作用的结果.     

深圳市蛇口半岛人工填海及其城市热岛效应分析

为满足日益增长的土地需求,人工填海已成为目前世界范围内沿海地区城市空间扩张的主要方式。深圳作为中国首批经济特区和改革开放先锋,在经历30多年经济高速发展和城市快速变迁后,已由过去的小渔村发展为现代化国际大都市,与此同时,也开展了大量人工填海工程。城市热岛效应,作为城市热环境评价的重要指标,随着人工填海的快速推进会愈发明显,从而会导致城市热环境和微气候改变,加剧大气污染,严重影响着城市人居生态环境。然而,针对人工填海对城市热岛效应影响的具体研究并不多见。基于TM及ETM+遥感数据,对深圳市蛇口半岛人工填海区域的城市扩张及其热岛效应进行了分析,并对该区域地表温度的变化与归一化植被指数(NDVI)的关系进行了探讨,以期为沿海地区城市热环境的研究和空间地理的合理规划提供参考。结果表明,①该区域1999年至2009年间人工填海面积增加近16 km2,相当于1999年整个蛇口半岛面积的1/3。②利用城市热岛效应表达模型对1999年、2009年蛇口半岛的热岛分布等级进行了分析。研究表明,2009年热岛区域较1999年显著扩张,绿岛面积显著减少,弱热岛、中等热岛、强热岛面积均有不同程度地增长。强热岛正向变化最显著,2009年的强热岛面积相较于1999年增加了5.5倍,中等热岛的扩张面积也超过了1999年的4倍。③热岛扩张区域与人工填海增加区域高度吻合,可见人工填海工程显著增强了城市的热岛效应。④蛇口半岛区域地表温度与植被指数NDVI呈现显著负相关(P<0.01)。地表温度在蛇口半岛两侧的人工填海区形成高值区,在南山和赤湾山植被覆盖指数较高的区域形成低值区,而城市建筑群居中。     

An analytical model of an urban heat island circulation in calm conditions

Environmental Fluid Mechanics - We obtain an analytical model solution to an idealization of an urban heat island (UHI) circulation—the steady shallow convective flow of a viscous stably...     

The role of materials selection in the urban heat island effect in dry mid-latitude climates

This work investigates the role of materials selected for different urban surfaces (e.g. on building walls, roofs and pavements) in the intensity of the urban heat island (UHI) phenomenon. Three archetypal street-canyon geometries are considered, reflecting two-dimensional canyon arrays with frontal packing densities (λ_f) of 0.5, 0.25 and 0.125 under direct solar radiation and ground heating. The impact of radiative heat transfer in the urban environment is examined for each of the different built packing densities. A number of extreme heat scenarios were modelled in order to mimic conditions often found at low- to mid-latitudes dry climates. The investigation involved a suite of different computational fluid dynamics (CFD) simulations using the Reynolds-Averaged Navier–Stokes equations for mass and momentum coupled with the energy equation as well as using the standard k-ε turbulence model. Results indicate that a higher rate of ventilation within the street canyon is observed in areas with sparser built packing density. However, such higher ventilation rates were not necessarily found to be linked with lower temperatures within the canyon; this is because such sparser geometries are associated with higher heat transfer from the wider surfaces of road material under the condition of direct solar radiation and ground heating. Sparser canyon arrays corresponding to wider asphalt street roads in particular, have been found to yield substantially higher air temperatures. Additional simulations indicated that replacing asphalt road surfaces in streets with concrete roads (of different albedo or emissivity characteristics) can lead up to a ~5 °C reduction in the canyon air temperature in dry climates. It is finally concluded that an optimized selection of materials in the urban infrastructure design can lead to a more effective mitigation of the UHI phenomenon than the optimisation of the built packing density.