基于WRF-CFD耦合的复杂城市形态街道通风性能模拟研究

目的研究静稳天气下复杂城市形态街道的通风性能。方法用WRF中尺度气象模式耦合CFD流体模型,通过选取冬季一次静稳天气过程,对南京市不同城市形态的街区通风性能进行分析,评价不同形态街区的通风性能,给出现有城市通风性能的状态,并对城市规划提供合理的意见。结果静稳天气条件下,人口密集居住的住宅区,通风性能严重不足,大部分街区风速只有0.3m/s,不利于居民的健康生活。局部区域的通风性能主要由街道的交叉口位置和街道与主导风向的位置关系决定,此次静稳天气综合型切片的中心区域通风性能明显优于中心区和住宅区。在迎风向的街谷或道路的通风性能明显,在静稳天气下能够达到2～3m/s,很好地起到了城市通风走廊的作用。结论合理的城市设计和建筑布局能够有效地增加局部区域,尤其是高密度地区的通风性能,有利于污染物等的扩散以及居民的健康。     

我国城市形态对空气质量影响的研究进展

近年来城市形态对空气质量的影响研究引起了国内学者的广泛关注,获得了大量研究成果,但仍然缺乏系统梳理。作者以中国期刊全文数据库（CNKI）和美国科学情报研究所Web of Science核心合集为数据源,采用文献归纳法和CiteSpace软件,对2000至2022年发表的我国城市形态对空气质量影响的文献进行了系统分析。研究发现：年度发文量整体呈上升趋势,2017年后英文文献发文量高于中文文献量,中英文研究机构重合度较低,缺少合作研究;研究主要以区域尺度和局地尺度为主,微观尺度街谷和西部的研究偏少;研究方法以统计分析、遥感和GIS的融合应用为主,数值模拟方法应用较少;城市规划与环境保护、空气污染与影响是研究热点,城市形态测度指标、城市形态对空气质量影响因素、相关性分析是主要的研究内容;土地审批、交通排放、人口分布、城市设计、植被覆盖是缓解空气污染的重要途径。     

WRF模式对污染天气下边界层高度的模拟研究

大气边界层高度是影响大气污染物浓度的重要因素之一,但数值模式中选择不同边界层参数化方案模拟的边界层高度有很大差异.利用WRF模式中5种边界层参数化方案及2006~2007年春、秋、冬3季河北香河地区激光雷达观测资料,对比分析了污染天气下,不同边界层方案对边界层高度的模拟效果,并分析了误差产生的可能原因.结果表明：5种参数化方案均能模拟出3季污染天气下边界层高度的变化特征,但各方案模拟的边界层高度与观测之间均存在较大误差.模拟的最大边界层高度月变化特征显示,秋冬季的模拟结果与观测值匹配较好,春季偏差较大;模拟的边界层高度日变化显示,均方根误差：春季 > 秋季 > 冬季,且误差在午后（14：00~18：00）更加明显;对该地区而言,非局地YSU方案能较好地模拟污染天气下的边界层高度;各参数化方案中边界层高度计算方法的不同及对大气廓线、湍流动能的模拟差异,可能是造成模拟边界层高度产生误差的主要原因.     

探析气象条件对城市空气质量的影响

摘要：本文通过分析影响冬季采暖期的空气质量要素,得出了大气稳定度以及相关的天气形势的状况是造成污染的不利气象条件,这一切都为大气环境污染发生的控制提供了重要的科学依据.     

基于机器学习的城市形态对地表温度影响研究

城市热环境的形成、发展和演变受多种因素影响,其中,城市形态对城市热岛效应具有明显的影响。当前有关城市形态对地表温度的影响研究多是集中于单一因子,而缺乏从系统综合的角度分析城市形态指标与城市热环境之间的联系。文章从建筑形态、生态基础设施和城市路网密度中选取7个城市形态指标,运用线性回归模型和随机森林模型分析了城市形态指标在150 m网格和450 m网格2个不同的观测尺度上对地表温度的作用效果。研究表明：城市形态指标的大小和类型对地表温度的影响随着季节和观测尺度的不同而存在差异。总体来看,城市建筑形态和城市生态基础设施对高密度城市中心区的地表温度变化具有主导作用。建筑密度和建筑归一化指数对地表温度具有显著的正影响,而建筑体积密度则对地表温度有负影响。450 m网格是获得最佳观测结果的网格。研究结果可为城市规划者和管理者进行研究和实施城市热环境缓解措施时提供决策依据。     

下垫面输入资料对深圳气象场及大气扩散能力模拟的影响

区域气象模式的输入资料更替相对城市化发展的实际态势存在滞后,使得空气质量预报模型受气象场模拟性能限制而难以准确预报污染事件.本文以深圳市的WRF模拟为例,对模式土地利用输入资料、城市冠层输入参数进行改进,通过提高气象场的模拟能力,探究下垫面输入资料对深圳气象场及大气扩散能力模拟的影响.结果表明,土地利用输入资料的更新使...     

新疆天山夏季气象条件对气溶胶粒径分布的影响

使用宽范围粒径谱仪对天山白杨沟风景区2019年8月5-25日10 nm~10 μm气溶胶数浓度粒径分布进行观测,结合气象要素数据,分析了天山地区夏季气象条件对气溶胶粒径分布特征的影响.结果表明,夏季天山地区10 nm~10 μm气溶胶数浓度、表面积浓度和体积浓度平均为3539.2 cm^-3、116.5 μm²·cm^-3和17.6 μm³·cm^-3.不同降水过程对气溶胶数浓度的影响不同.不同降水过程中气溶胶数浓度谱均为单峰型分布,持续时间长的小雨和毛毛雨对气溶胶数浓度谱谱形的影响较小,而降雨量较强的短时降水过程往往会使得气溶胶粒径谱峰值往大粒径段偏移.降雨过程气溶胶表面积浓度谱和体积浓度谱为多峰型分布,表面积浓度主要集中在30~500 nm的细粒子段,体积浓度主要集中在1~10 μm的粗粒子段.相对湿度（RH）对核模态气溶胶数浓度和积聚模态气溶胶数浓度的影响较大,对爱根核模态气溶胶数浓度的影响较小.不同相对湿度条件下气溶胶数浓度谱均为单峰型分布.随着相对湿度的增加,气溶胶数浓度谱的峰宽呈现先增加后减小的趋势,这种变化趋势在<40 nm时更加显著.气溶胶数浓度、表面积浓度和体积浓度随风速风向的分布与能见度随风速风向的分布呈现相反的趋势.     

边界层方案对华北一次污染过程模拟的影响

采用WRF模式中YSU、MYJ和ACM2 3种边界层参数化方案,利用WRF模式和空气质量模式CAMx对2015年11月11~15日发生在京津冀地区的一次污染过程进行了模拟,同时利用地面气象要素、风廓线、秒探空和空气质量观测数据对3种参数化方案下的模拟结果进行了验证对比.一种基于临界垂直湍流交换系数确定边界高度的方法被用于对比3种参数化方案之间垂直扩散能力的差异.结果表明,MYJ方案对10m风速高估最大（平均高估0.66m/s）,对2m温度和2m湿度低估最小,YSU和ACM2方案对地面气象要素的模拟效果相近;ACM2方案对于边界层内垂直廓线模拟效果优于YSU和MYJ方案,但是3种参数化方案对边界层内风速均存在高估（高估可达2.6m/s）;基于临界垂直湍流交换系数方法定义的边界层高度更能反映大气的垂直扩散能力,MYJ方案边界层高度最小,其模拟的PM_2.5浓度最高;MYJ方案对于地面风速的高估,会降低模拟的区域整体PM_2.5浓度,但是会增加风速较大区域下风向的PM_2.5浓度;ACM2方案对边界层垂直廓线模拟最好,夜间底层垂直湍流交换系数计算值较大,使得ACM2方案对于本次过程中PM_2.5等污染物的模拟优于MYJ和YSU方案.     

基于城市冠层模式的成都市静稳天气气象场模拟研究

目前城市气象场数值模拟结果与实际情况有一定误差.本文基于Landsat 8高分辨率遥感数据提取采用局地气候分区(LCZ)的城市下垫面,结合WRF模式自带下垫面分类建立了成都市精细分类下垫面,并利用WRF自带的城市冠层模式,设计了7种方案对成都市静稳天气的气象场进行了模拟分析,并结合实际监测数据对模拟结果进行了评估,对比...     

乌鲁木齐大气污染特征及气象条件的影响

乌鲁木齐市一直是世界上污染最严重的城市之一。该文选取2004-2006年乌鲁木齐市3个环境监测站逐时的PM10、SO2、NO2浓度数据以及乌鲁木齐市气象站、米泉气象站同期逐时的13类气象要素进行分析。结果表明,乌鲁木齐市PM10、SO2浓度冬季均达到轻微污染水平,其它3个季节属于优良级别,NO2四季都属优良级别;这三类大气污染物四季日变化基本呈现双峰型结构。冬季PM10、SO2浓度峰值出现在12:00-14:00时,最小值则分别出现在凌晨7:00时、傍晚19:00时,其它季节最大值(最小值)多出现在早晨(傍晚/凌晨);三类污染物的空间分布各有不同,PM10、SO2都是南部城区浓度较大,NO2浓度则是北部城区居首;各类气象要素与SO2浓度的相关性普遍高于与颗粒物PM10的相关性。全年与热力因素有关的气象要素与PM10、SO2浓度的相关性非常突出,冬季则是云量、降水等因素的影响明显提高;受蒙古高压和天山山脉地形的双重影响,乌鲁木齐冬季盛行偏南风和偏北风,山谷风交替现象明显;PM10浓度随乌鲁木齐市气象站、米泉气象站风速的增加均是先下降后上升,风速拐点分别是5 m/s、3 m/s,东南风对于污染物的远距离输送贡献较大;无论市区、还是北部城区,在偏北风和东南风的情形下,市区颗粒物浓度都比较大。     

不同天气系统影响下广东省酸雨特征对比分析 ——气象场数值模拟

运用WRF模式对3种不同天气系统(冷锋,低压槽以及台风)造成的广东省酸雨个例进行数值模拟,结合实际测站资料对酸雨分布特征及影响酸雨过程的风场、湿度场以及温度场进行分析.结果表明个例中酸雨主要分布在珠江三角洲区域以及重工业区韶关.不同天气系统影响下的降水酸度略有不同,台风个例降水pH值最高(5.81),其后依次为低压槽降水(5.60)及冷锋降水(5.40). 冷锋降水个例中酸雨的分布及变化主要受风速,风向,相对湿度及逆温的影响,低压槽和台风降水个例中的酸雨分布及变化主要受降水量和风速的影响.风速和降水量的增加有利于缓解降水的酸度,而逆温层的存在及不同风向的辐合作用有利于降水酸度的增加.     

成渝城市群臭氧污染特征及影响因素分析

为研究成渝城市群O_3污染特征及其影响因素,对成渝城市群15个城市2015—2016年国控环境监测站点和国家气象台站数据进行了研究.结果表明,研究区域15个城市均存在不同程度的O_3超标现象.2015—2016年成渝城市群O_3污染形势愈发严峻,春末及夏季污染最为严重,且在7月达到O_3浓度峰值(118μg·m~(-3)),O_3污染空间分布呈片状,以资阳为中心的遂宁、眉山、成都等城市为O_3污染较为严重的区域.颗粒物、NO_2及CO均与O_3有显著相关性,其中,颗粒物与O_3浓度在冬季呈负相关,在夏季则表现为正相关.太阳辐射、气温、相对湿度及流场均是影响O_3浓度的重要因子,强辐射、高温及低湿易形成较高浓度的O_3,相对湿度对O_3浓度的影响呈先升后降的关系.     

城市小区气象条件与污染扩散精细预报研究

从城市小区气象条件与污染扩散精细预报的科研需求和城市大气环境应急响应的应用需求出发,利用新一代全球/区域同化预报系统、城市小区尺度气象和污染扩散模式以及城市尺度污染扩散模式,对城市小区气象条件与污染扩散进行了精细预报试验,并进一步研究了城市小区尺度气象和污染扩散的精细模拟对城市尺度污染扩散模拟的影响.初步建立了城市小区气象条件与污染扩散精细预报方法,即:气象部分由全球到小区逐级单向嵌套、污染部分由小区到城市逐级单向嵌套的方法.预报试验结果表明,这种方法是合理可行的.小区尺度精细模拟对城市尺度污染扩散模拟的影响较大,但其模拟效果还有待利用观测资料进一步验证.     

南京城市下垫面变化对夏季臭氧浓度的影响研究

利用南京基准地面气象站1951~2010年的气象数据分析南京气象要素的长期变化,利用2007年南京草场门大气污染物监测数据探讨O3同气象要素之间关系并分析气象要素改变对污染的可能影响,结合WRF-CALGRID模式基于2008年7月的情景模拟研究1990年代以后南京城市下垫面变化对气象要素变化的贡献,并分析其对O3浓度的影响.结果显示,南京气温呈现增长趋势,平均风速、大气湿度、日照时数呈现降低趋势.气温与O3浓度呈一定的正相关关系、较小的风速和相对湿度有利于O3的生成.城市下垫面的增加使得南京城区气温增高超过1℃、风速减小0.4m/s、湿度下降0.5g/kg、混合层高度增加100m.气象要素的改变使地面NOx浓度减小,最大减小量超过6×10-9.对O3浓度的影响有增有减,南京市北部、西部增加,增加量超过2×10-9,主要受温度增加、风速减小以及NO的垂直输送影响;主城区的南部、东部O3浓度减小,减少量1×10-9~3×10-9,主要受混合层高度增加的影响.     

基于地基遥感资料的厦门市污染边界层特征分析

城市大气边界层是影响城市环境气象的重要研究对象,本研究利用新型地基遥感数据针对城市颗粒物污染过程开展边界层特征分析,旨在利用风廓线雷达和微波辐射计等高时空分辨率的遥感数据探讨边界层内大气运动、温湿条件的变化与近地面污染累积的关系.结果表明:厦门地区颗粒物污染过程中,边界层内弱风层厚度较地面风速而言更能够代表边界层内扩散条件的变化,可以更好地表征和预测近地面污染的变化;在局地累积的污染过程中,边界层内存在较厚的弱风层,同时2 km以下的风场有明显的风向转变特征,导致边界层内不存在有效的传输和扩散,另外,污染时边界层垂直温差可以在一定程度上反映干季的垂直扩散条件,0～3 km温差与PM_(2.5)浓度有着密切的联系;冷空气过程有将上游污染物向本地区输送的可能,城市边界层在东北大风的条件下伴随着显著的垂直下沉运动,有利于上空污染向下扩散.多源地基遥感数据联合分析能够进一步解释城市边界层内气象条件对于城市大气污染变化的影响,集合各设备的探测优势开展城市宜居和污染气象条件研究具有较高的科学性和可行性.     

湖南衡山春季一次酸雨过程气象条件的数值模拟研究

采用MM5中尺度气象模式对湖南衡山2009年3月22~24日一次典型酸雨过程的气象条件进行了详细的数值模拟研究.模式模拟的降水场、流场、温度场、边界层结构与酸雨实测、实际天气图、地面站观测记录的对比表明,模式模拟的变化趋势与实况非常一致.研究表明,与广东春季典型的酸雨过程相比,衡山春季北面冷空气的入侵过程受地形作用明显,低层流场受北风影响较快,中高层较晚.广东、衡山两地春季酸雨发生前后整个边界层层结相对稳定,边界层高度较低,同时伴随有逆温过程,均不利于污染物的扩散输送,衡山春季酸雨发生前后的逆温和逆湿层都相对更低.     

气象要素变化对城市空气质量影响的评估方法与应用——以PM2.5为例

从城市尺度空气质量模型和平流扩散理论出发,通过对气象要素归类,利用空气质量与各类气象条件对应排放源强表征量的关联,建立了气象要素变化对城市空气质量影响的评估方法.该方法考虑了包括风(风速和风向)、云量、太阳辐射强度、大气稳定度、混合层高度等基本气象要素,能定量有效评估长期气象要素变化对空气质量的改善幅度.该方法在河南省鹤壁市的应用表明,相对2020年,2021年PM_2.5浓度下降7.2μg/m³,气象要素变化和人为减排分别下降0.4和6.8μg/m³,占改善浓度的5.6%和94.4%,人努力起到主导作用;从季度来看,大气污染防治工作使夏、秋、冬季PM_2.5浓度均有所降低,其中冬季下降27.8μg/m³,减排措施贡献16.8μg/m³,人努力效果尤为显著.     

腐殖酸絮凝体形成过程中初期搅拌条件对其形态结构的影响

以腐殖酸为研究对象,采用硫酸铝为混凝剂进行混凝杯罐实验,借助PDA在线监测系统、图像解析法及粒子图像测速技术分析评价絮凝体的构造特征,着重探讨了混凝过程中初期快速搅拌条件对絮凝体形态结构的影响.结果表明,快速搅拌条件对腐殖酸絮凝体的形成过程及形态结构有着显著影响.最佳快速搅拌条件为:搅拌历时l min,搅拌强度300 r·min-,此时形成的絮凝体结构密实,抗剪切能力强,整体性能最优,絮凝体分形维数、强度及平均粒径分别为1.8842、0.164 N·m-2、0.43 mm.腐殖酸絮凝体的形成包括不溶性微粒的产生及初期颗粒的形成与结合等过程,其中,不溶性微粒的形成及初期颗粒的致密化过程是决定最终絮凝体形态构造的重要环节,而快速搅拌条件影响着混凝剂扩散混合效果和初期颗粒的形成速率与致密化程度,这也是初期快速搅拌条件对于腐殖酸混凝过程有显著影响的一个重要因素.