湿热地区城市乔木冠层能量平衡观测及显热计算模型优化

植被冠层能量分配是认识和把握植被对城市气候调节作用的关键,显热是植被冠层能量的重要组成部分,直接作用于近地气温与人体舒适性。根据能量平衡原理(净辐射=显热+潜热+蓄热),通过植被、液流和微气候等参数在秋冬少雨季的连续、系统性观测,考察湿热地区典型城市乔木(杧果树,树高9.38 m,胸径0.621 m,冠幅8.60 m)的冠层能量分配及显热计算模型。乔木冠层各能量项均随太阳辐射而变:净辐射、显热、蓄热呈"单峰单谷型"日变化,潜热呈"单峰型"日变化,蓄热峰谷出现最早(8:30,16:30),说明植被随外界条件变化快速调整叶片及冠层温度,潜热较大值出现早(11:00)且持续时间长(5 h),说明植被持续有效地通过叶孔蒸腾散热。植被冠层日间获得的太阳辐射能量主要向周边空气散失,引起空气温升和加湿,二者作用的强弱随时间和天气条件而变,上午和晴天、多云天温升作用明显,而下午和阴天加湿作用显著。叶孔蒸腾消耗乔木冠层40%(晴天)~60%(多云天)的日总能量,并在阴天持续发挥作用使得植被净吸收周边空气的热量。冠层显热由叶片与空气温差和冠层空气动力学阻抗决定,以0.11 m/s为界区分自由和受迫对流,预测结果能较好表现乔木冠层的显热变化特征(RMSE=74.54 W/m^(2),R^(2)=0.86,d=0.96)。研究结果为认识和把握典型植被的城市气候调节效应提供基础数据和参考,为提升风景园林设计的环境效益和生态水平奠定科学基础。

湿热地区雨水温度预测及降雨期间典型城市地表的能量特征

降雨期间地表能量分配发生的变化,是认识和把握降雨对城市气候和建筑能耗影响的关键,而作为降雨期间特有的能量项,雨水显热在其中发挥重要作用。基于能量平衡理论和雨水温度测试仪的开发,本文通过夏秋冬三季降雨、微气候和地表能量的系统性观测,研究湿热地区雨水温度预测方法及降雨期间典型城市硬质水泥地面的能量特征。结果表明,开发的雨水温度测试仪可准确测量(量程0~100℃,精度±0.15℃,采样时间6 s)各等级降雨事件的近地雨水温度。降雨开始前后近地空气温度和湿球温度均大幅降低,并在降雨后0.2~1.1 h进入稳定期,稳定期中近地雨水温度较距地1.5m高处空气湿球温度恒定低3.0℃,据此可通过空气参数预测雨水温度。秋冬季降雨过程中,不透水地面持续释放下层蓄热,各散热项占比潜热(34%~65%)最大,对流换热(11%~34%)其次,净辐射(3%~21%)较小,雨水显热占比(5%~19%)在降雨强度较小时与净辐射相当,降雨强度较大时显著提升,最高可达46%。本研究在推进雨水温度和降雨期间地表能量变化认识的同时,为多雨湿热地区的城市气候和建筑热性能研究提供重要参考。