城市建筑立体结构和楼房温室效应对局地辐射通量的影响

The influence of urban three-dimensional structure and building greenhouse effect on local radiation flux

城市建筑立体结构特征和楼房温室效应的精准量测是评估城市化对辐射能量收支影响以及城市热岛效应研究的重要内容之一.城市化导致蒸散发减少或显热增加被认为是形成城市热岛效应的主因,而目前对于城市下垫面热量平衡主因子"净辐射通量"的影响了解甚少.文章应用实验观测和定量模型模拟,发现随着城市化后楼房表面积增加,楼房建筑表面积上太阳直接辐射通量和净辐射通量发生了明显的变化.为了准确地计算这种正负效应的定量关系,本研究提出了楼房朝阳面与其阴影面构成一体的"聚合元"等价计算原理以及面积对热效应贡献的算法,阐明了楼房玻璃窗墙壁的温室效应.研究表明,当水泥墙与草地的吸收率差值为-0.21时,体现了冷效应.在嵌有玻璃窗的水泥墙壁另一情形下,楼房墙与草地的等效吸收率差值为-0.11,也为冷效应,玻璃窗楼房的温室效应值相当于减缓到56%的水泥墙楼房冷效应值.对于净辐射通量和通量密度变化的模拟表明:5层楼温室效应相当于减少水泥墙冷效应15.5%, 30层楼温室效应相当于减少水泥墙冷效应23.0%.模拟结果证实了聚合面的等效吸收率差值为冷热效应的"定向器",聚合元面积为冷热效应的"放大器".同时,模拟结果证实了玻璃窗的温室效应,明显减缓了水泥墙壁楼房的冷效应.模型能揭示在没有大气环流影响下城市的设计对减缓城市热岛现象和构建舒适环境的真实贡献.