面向气候韧性社区建设的北京东四社区暴雨内涝灾害风险研究

利用气候数据和社会经济数据,分析了北京市东四社区降水特征,评估了社区尺度的暴雨内涝灾害风险。研究表明,20世纪80年代以来,东四社区年降水量、极端日降水量、连续5日最大降水量和大雨日数均呈增加趋势,进一步分析暴雨内涝灾害风险空间分布情况,高风险区主要集中在东四社区西北区域,包括东四北大街沿线,东四九条、八条和七条的西段、月牙胡同的部分区域。研究方法和结果可为社区层面的气候韧性城市适应目标、具体规划建设的提出和实施提供参考。

平凉市崆峒山旅游气候及人体舒适度特征分析

利用平凉市7县(区)气象观测站1961-2010年近50年气象观测资料,分析了平凉市及主要旅游景点崆峒山的气候特征.根据气温、相对湿度、风速等气象要素的日平均值,计算出各县区逐日人体舒适度指数及各舒适度等级所占日数的年分布和历年平均值.利用1986-2010年崆峒山客流量资料,对崆峒山客流量和人体舒适度指数的年内变化进行了相关性分析.结果表明:平凉市气候宜人,冬无严寒,夏无酷暑,全年体感表现为冷感到舒适,适宜人们旅游疗养.7县(区)人体舒适度较高,适宜居住时间近6个月.夏季人体舒适度最高,处于舒适水平;春、秋季人体舒适度基本一致,处于较舒适水平;冬季人体舒适度较低,处于不舒适水平.由于地理位置和海拔高度的不同,7县(区)人体舒适度差异明显,其中舒适度较高的县(区)为崆峒、崇信、泾川、灵台,其次为庄浪、华亭、静宁.崆峒山客流量与人体舒适度指数的年内变化呈显著正相关.

基于气象研究的城市通风廊道构建初探——以南京江北新区为例

利用南京江北新区的气象观测数据、NCEP全球再分析资料和卫星遥感数据,采用统计分析、数值模拟以及地表温度反演技术,综合分析了江北新区的背景风场特征和城市热岛分布状况;并结合江北新区土地利用现状及未来规划资料,构建了其核心规划区域的通风廊道系统。结果表明:(1)江北新区主导风向为偏东风,局地存在山谷风和水陆风,风速主要集中在2~4 m·s^(-1)风速段,且近10年呈下降趋势;(2)在空间分布上,城镇、工业园区风速较小,同时是强热岛区域且有热岛连片发展趋势;长江、老山和林地等冷岛区风速较大,空气较为清新,可利用其与城镇进行空气交换;(3)结合当地气候条件、地形特征、用地类型及未来规划,以山体地势为脊骨,以顺势输引主导风向为基本,以沟通冷源和弱风区为目的,构建了东北—西南走向的1条主通风廊道和3条次通风廊道,以及东南—西北、东—西走向的8条局部通风廊道;并对通风廊道的走向、宽度、布局等提出控制指标和构建策略。

2004-2007年兰州中川机场低空风切变分析

选取2004-2007年西北地区兰州中川机场的12起低空风切变个例,分析了中川机场低空风切变发生的时间分布特征,并利用常规天气图、数值预报产品,对造成低空风切变的高低空环流特征进行分析.结果表明:兰州中川机场的低空风切变主要出现在每年的春末夏初,大多发生在午后和傍晚;有利于低空风切变发生的天气形势可归纳为3类:西北气流型、横槽型、西风槽型.研究结果有助于低空风切变的预报,可为今后航空气象保障工作提供参考.

气象条件对北京夏季中暑的影响及预测研究

利用2009—2012年北京市467例中暑病例与同期9个气象要素资料和当日及前期1—4 d累积平均气象要素共45个气象因子,采用相关分析法分析北京地区夏季中暑发病人数与气象因子之间的关系。采用多元线性回归和非线性拟合方法构建了改进的北京地区中暑气象预报模型,选取拟合优度较好的模型对中暑人数进行回代及预测检验,并与现用模型进行对比。结果表明:气温是引发北京地区夏季中暑的决定性因子;气温、水汽压、气压及降水的两日累积效应均高于当日效应,表明气象要素的连续累积作用对人体中暑影响较大;建立的中暑预报模型具有较好的历史拟合及预测效果,中暑等级划分较合理,对北京市中暑气象等级预报服务和公众有效防范中暑有实际的指导意义。

甘肃平凉市的旅游气候舒适度评价

利用甘肃省平凉市7县（区）气象观测站1961—2010年50a气象资料，采用温湿指数、风寒指数和着衣指数指标，对平凉7县（区）各月旅游气候舒适度进行了分析。结果显示，平凉市7县（区）旅游气候最舒适期为每年的5～9月，较舒适期在4月和10月，不舒适期静宁、庄浪、华亭为4个月，主要分布在冬季及秋末（1～2月、11—12月），崆峒、灵台、泾川、崇信为3个月，分布在冬季的1、2、12月。由于地理位置和海拔高度的不同，平凉旅游气候在东西南北方向上有着一定差异，在东西方向上差异尤其明显，一年中舒适度年指数自西向东呈升高趋势。

基于生态文明理念的气候适应性城市规划

众所周知,气候条件与城市规划建设一直以来都是相辅相成关系。我国古人筑城建屋时遵从天人合一的自然观,有效融入当地气候因素去营造良好的居住环境;然而现代社会由于科学技术的发展,人们逐渐忽略了城市建设布局和局地气候的关系,城市建设密集铺张、无序无形,引发了很多气候环境问题,例如城市热岛、城市弱风、城市雨岛等。因此,“城市气候评估创新团队”倡导并宣传以气候适应性和生态环境为先导的城市规划理念,旨在提高城市防灾减灾的韧性、主动适应气候变化的能力,打造生态宜居的城市环境。团队针对城市热岛效应、城市通风廊道、暴雨内涝等形成了科学定量的气候效应评估技术体系,有效推动了我国城市规划技术的革新,并在国内众多城市规划中落地应用,为我国城市规划主动适应生态文明建设要求创造了新的切入点,有力保障了城市生态化和可持续发展。

陆/海风电场群对局地湍流和风切变影响差异初步分析

风电场存在着明显的局地气候效应,但陆/海两种不同类型风电场是否存在局地风环境效应的明显差异?以河北尚义陆地风电场和江苏如东海上风电场为例,利用风电场周边气象站及测风塔典型年份观测资料,开展了陆/海风电场对湍流强度(TI)和风切变指数(WSE)的影响差异初步分析研究。研究结果表明:陆/海风电场对TI和WSE会产生显著影响;其中,陆/海风电场对TI均为增强效应,建设后年均TI分别增加31%和37%,最大增幅分别发生在春季(47%)和冬季(49%);影响差异主要为陆地风电场TI增幅在高层明显大于低层,夜间大于白天,而海上风电场不同高度TI增幅及日变化则较为平稳;陆/海风电场对WSE影响差异显著,陆地风电场建设后WSE白天增加、夜晚降低,日变化明显减小,年均降低8%,最大降幅发生在秋季(12%);海上风电场建设后WSE白天、夜晚均明显增加,年均增加24%,最大增幅发生在春季(37%)。

1961—2017年华北地区高温日数及高温热浪时空变化特征

利用华北地区85个气象站1961—2017年逐日最高气温资料,统计分析了华北地区高温日数及高温热浪(频次、持续时间、强度)的时空变化特征。结果表明:①华北地区年高温日数整体呈增加趋势,自20世纪90年代中期之后年均高温日数明显增多;高温多出现在华北地区的南部和西部,华北地区大部分站点的高温日数呈增加趋势。②就气候平均态而言,高温初日有略提前趋势,高温终日则明显推迟;空间上,绝大多数台站的高温终日呈推迟的趋势,其中京津冀中北部地区尤为明显。③累计高温热浪次数、轻度和中度热浪次数均整体增加,并在1990年左右明显由少变多,重度热浪次数增加趋势更为显著;1987年之后,平均每次高温热浪事件的高温有效积温明显增加,表明高温热浪的平均强度增大。④不同等级高温热浪总频次的空间分布特征相近,高频次区域均集中在内蒙古西部、山西西南部和河北南部;热浪累计频次的变化趋势在内蒙和山西以增多为主,在京津冀地区以减少为主。除山西南部和河北南部的个别站点以外,绝大多数站点的热浪平均持续天数和平均高温有效积温的变化呈增多增强趋势。总体来看,华北大部分区域自20世纪90年代以来,高温日数及热浪事件明显增强,同时存在明显的空间差异,研究结果将有助于进一步认识华北高温的区域性特征。

1961—2017年华北地区降水气候特征分析

基于华北地区1961—2017年的均一化降水数据,从降水量、降水强度、降水日数和降水量贡献率等方面揭示了华北地区降水的气候特征。结果表明:1961—2017年华北地区年降水量以3.2 mm/10a的速率减少,其主要原因是夏季降水的减少。空间上,降水量大值区的降水趋势变化呈减少特征;降水强度呈增大趋势,降水的时间分布更加集中;小雨、暴雨和大暴雨及以上量级降水日数和贡献率呈减小趋势,而中雨和大雨则有所增加;分析各等级降水对华北地区空间分布的贡献率,小雨事件对华北地区西部降水的贡献最主要,大雨、暴雨和大暴雨对华北东南部地区降水量的贡献最为主要,这进一步解释了小雨、暴雨和大暴雨及以上量级降水量的减少造成了华北地区西部和东南部地区降水总量的下降。华北地区降水气候特征研究可为区域气候变化以及暴雨、干旱等灾害应对提供科学支撑。

北京近年地表风速和大气混合层厚度变化特征研究

文章利用北京地区2009-2014年20个气象站观测资料,计算和分析了地表风速和大气混合层厚度的时空变化,结果表明:北京地区近年地表风速呈下降趋势,城区和郊区平原下降幅度大于郊区山地,区域气候背景变化和人为观测环境改变导致的风速下降比例分别占7%和5%~6%。地表风速在春季和冬季明显大于夏季和秋季,一天中风速最大时段出现在午后至傍晚,凌晨02-06时风速最小,在空间上呈北部山区和东部平原高、中心城区和西南地区低的分布特征。大气混合层厚度平均为524 m,近年明显下降,对污染扩散较为不利,其中城区和郊区平原下降幅度约9%~10%,郊区山地下降幅度约6%。在季节变化方面,春季和夏季混合层厚度最大,午后12-14時是混合层厚度最大时段,平均可达1 200 m,而凌晨02-05时的混合层厚度则最低。混合层厚度空间分布有明显的日夜差异,总体上"城区<郊区平原<郊区山地",存在以密云为中心的东北部山区和以通州为中心的东南部平原区2个高值区,而包括中心城西部在内的西南地区则为低值区。

气象因子对北京一次重污染天气过程影响研究

文章利用空气质量和气象要素小时观测数据,详细分析了一次典型大气污染过程前后空气质量和主要气象因子的变化特征,探讨了气象因子对大气环境的影响,研究结果表明:北京地区的大气污染呈"缓慢积累、快速清除"的时间变化特点,其中积累过程可持续多天,而清除过程只需数个小时。大气本底站点和城市站点的污染物浓度变化趋势总体一致,但本底站点的浓度峰值和污染程度明显低于城市站点。在污染积累阶段,风速明显偏小,初始风向为西南风,此后逐渐转为东北风,相对湿度逐渐增加,日最大混合层厚度则有所下降;而在污染快速清除阶段,气象要素的变化则相反,风速明显增大,风向多为西北风,相对湿度显著下降,日最大混合层厚度有明显抬升。检验了污染过程前后风速、相对湿度与PM2.5质量浓度间的相关关系,其中风速与PM2.5质量浓度呈指数相关,R2达到0.621 6,相对湿度与PM2.5质量浓度呈线性相关,R2达到0.809 7,均通过了显著性水平为0.01的相关性检验,表明在大气污染过程中气象因子对大气环境的影响十分明显。

近30年北京气候舒适度城郊变化对比分析

利用北京市城郊20个气象观测站1981—2010年30年气象资料，计算了20个站点的逐日舒适度指数，并统计了北京城郊夏季最热舒适度、冬季最冷舒适度的年平均值以及炎热日数、酷热日数、寒冷日数和严寒日数，最终分析给出了北京舒适度的年际和空间变化特征以及城郊舒适度差异。结果表明：20世纪80年代，北京夏季最热舒适度在炎热标准以下，城郊差异不大；90年代至今增热趋势明显，炎热和酷热日数显著增多，特别是平原地区炎热和酷热日数分别增加到40天和8天，且炎热和酷热日数空间分布范围不断扩大，2000年后扩大到除朝阳区东部以外的大部分主城区。相比较郊区而言，城区的热舒适度指数和变热幅度大，山前平原比山区热。且城区的冬季暖于郊区，寒冷和严寒日数也低于郊区，这种差距从80年代中后期逐渐明显，最大差距一年能达到10～20天；90年代后严寒区域范围逐渐缩小，平原地区的寒冷Et数较80年代平均减少10天。

面向特大城市的风环境容量指标和区划初探——以北京为例

利用气象观测、高分辨率城市地理信息和卫星遥感数据,通过将气象类指标与城市类指标相结合,开展了北京地区风环境容量指标和区划的探索性研究。结果表明:水平风速和大气混合层厚度两个指标在空间上均呈北部和东部地区高、中心城区和西南地区低的特征;中心城核心区和卫星城的地表粗糙度长度较高,二环内老城区建筑多为平房,地表粗糙度长度小于二环外其他中心城区,形成较明显的空心环状结构;在中心城区外的植被地区,北部和西部山区粗糙度长度明显高于平原区;加权综合水平风速、大气混合层厚度和地表粗糙度长度3个指标,计算不同等级风环境容量指数阈值,在空间上西南地区的房山、门头沟、海淀、石景山、丰台以及中心城区的东城和西城等地风环境容量指数较低,其中二环至四环范围是风环境容量指数最低区域,这与北京经济、金融和商业中心空间分布一致;延庆、怀柔、密云的北部以及通州的绝大部分地区为风环境容量指数高值区,其他平原区多为中等风环境容量指数区。

某砂岩隧道在开挖过程中变形的数值模拟研究

以某砂岩隧道为背景,首先应用弹塑性理论对隧道开挖后围岩的变形屈服和拱顶及边墙的应力状态进行了分析,继而采用有限差分软件FLAC3D模拟了隧道开挖过程中围岩的位移及塑性变形情况。计算结果表明:该研究段隧道发生塑性屈服的临界深度为78.2m;当隧道开挖31m后,由于开挖卸荷作用使得原先储存在围岩内的大部分应力得以释放,此后围岩变形基本趋于稳定;该隧道在开挖过程中,边墙变形量最大,达到1.94mm,由于隧道在开挖过程中围岩的自稳作用,当开挖到一定时间后,围岩变形将趋于稳定;该隧道在开挖过程中,拱顶和底部以拉张破坏为主,边墙则产生剪切破坏。

晚霜冻变化对甘肃平凉苹果冻害的影响研究

利用陇东平凉7个气象观测站1971—2010年历年逐日地面最低温度、春季气温、≥10℃活动积温资料及1987—2013年在平凉崆峒区所设苹果观测点物候观测资料,分析了陇东平凉苹果春季物候期对春季气温和晚霜冻的响应特征。结果表明：研究区晚霜冻结束日和晚霜冻天数存在有明显的地域差异,静宁、庄浪、华亭晚霜冻结束最晚,晚霜冻天数最多,其次是崆峒、泾川、灵台,结束最早的是崇信,晚霜冻天数也最少;晚霜冻结束日期提前的气候趋势明显,40年来提前了13.4天,特别是20世纪90年代后期开始,晚霜冻结束日期显著提前,个别年份晚霜冻结束日期呈现阶段性推迟的特征;在全球气候变暖的背景下,陇东平凉自1971年以来,春季平均气温、平均最低气温、平均最高气温均呈现出明显的线性上升趋势,气温稳定通过≥10℃的积温增加,受此影响,苹果叶芽开放、展叶、开花等成熟前的发育期提前10~13天,花芽的提早开放增加了苹果树春季开花受冻的危险,特别是个别年份晚霜冻日期明显推迟及过程持续日数的增加造成对苹果冻害影响的加重。

地震作用下坡面形态对岩质边坡稳定性的影响

利用FLAC3D软件,对三种不同形态的岩质边坡在不同强度地震荷载作用下的坡面水平方向位移进行数值模拟研究,并将地震作用下坡面水平位移和对应的残余剪切应变增量云图进行了对比分析。结果表明:在较小地震荷载作用下凹型坡在坡脚处的稳定性最好,而凸型和顺直型坡在坡高约1/5的部位变形较大;随着地震荷载和坡高的增加,凹型坡在坡高约3/5的地方位移出现最大值;而凸型和顺直型坡则在坡脚处出现剪应变区沿坡面向上延伸的现象。

北京雾和霾临界气象条件的气候变化特征

近年来北京市频繁遭受雾和霾天气的影响,表现为天数增多、持续时间增长的特点,这一变化越来越受到专家学者的重视。气象条件是雾和霾污染形成的客观因素。利用北京市观象台多年雾和霾天气(2013-2015年)和气象要素(1961-2015年)观测资料,从气候变化角度出发,研究雾和霾临界气象条件的气候变化特征。研究结果表明:对雾和霾的形成有促进作用的临界气象条件是日平均风速≤1.9 m/s,日相对湿度≥76%,偏南方向的风向;对雾和霾的形成有抑制作用的临界气象条件是日平均风速≥2.6 m/s,日相对湿度≤69%,日降水量≥0.5mm。1961-2015年北京市观象台低风速日数呈增加趋势,且多为西南方向,高风速日数呈减小趋势,污染物清除能力下降,对污染物的累积起关键性作用;相对湿度较高的日数呈减小趋势,相对湿度较低的日数呈增加趋势;日降水量较大的日数呈下降趋势。三种气象条件中相对湿度条件随年代的变化有利于雾和霾的消散,而风速风向和降水量条件随年代的变化不利于雾和霾的扩散和沉降。但有研究表明,在雾和霾污染的形成消散过程中,风速条件起决定性作用,故北京地区较低风速日数的增加是导致大气污染的重要原因。此外,不利的风向条件加重了北京地区污染物的积累聚集。

城市近地面高分辨率快速风场模型构建与应用

介绍了城市近地面高分辨率快速风场模型的构建,以中尺度模式结果作为背景驱动场,5m分辨率建筑物资料作为模型数据输入,通过区块处理、分区函数插值和质量守恒约束,实现了在较短时间(2~3 h)内获得可覆盖城市尺度的高分辨率(10 m左右)的近地面风场。基于该模型对北京四环内主城区(20 km×19 km)在8个典型时刻的10 m分辨率风场进行了模拟和检验,结果如下:(1)在风速方面,模拟值与观测值相比往往会偏大些,夏季4个时刻模拟的准确率在90%以上,冬季4个时刻模拟的准确率在60%以上;在风向方面,8个时刻的准确率均在40%以上。(2)基于该风场模型模拟得到的高分辨率风场能够反映出北京主城区风的山谷风日变化特征;明显的风速大值区往往对应着粗糙度较小的下垫面,而一些密集高层建筑区域始终是流场凌乱的风速小值区。(3)以东二环某一区块为例,该高分辨率风场模型还可对重点街区的精细化风场特征进行展示,可以清晰地反映出流场因建筑物分布产生的分流、汇合、局部环流,以及尾流。综上所述,该城市风场模型为实现短时间内获得覆盖城市尺度的高分辨率近地面风场提供了有效途径。掌握城市尺度的精细化风环境特征,有助于识别亟需改善或限制开发的关键区域,辅助城市通风廊道的合理构建和实施,从而达到优化城市内部通风性能、缓解城市热岛、增加风环境舒适度的最终目标。

水平地震力作用下岩体破坏机理探究

基于摩尔库伦强度准则和波动理论对地震作用下岩体的破坏机理进行研究。结果表明:当埋深在一定范围内,水平地震作用下岩体的内聚力c和正应力σn与振动速度和埋深呈线性关系。当埋深一定时,振动速度越大c值越小;在振动速度增大的过程中岩体的应力状态由压应力逐渐转变为拉应力,且拉应力随振动速度的增大而增大;当振动速度一定时,岩体埋深越大c值越小;埋深越浅,拉应力越大,当埋深达到一定值时岩体就只在其弹性极限内振动而不产生破坏。