绿蓝空间协同作用下建筑街区的热湿环境分析

为分析绿蓝空间协同作用下环湖建筑街区的热湿环境,采用了CFD(计算流体力学)的方法对4种典型建筑街区形态进行了数值模拟。结果表明:气流作用下,绿蓝空间对中下游建筑街区的温湿度影响较大,尤其是两岸和下游中央区域。其中等高型(H=8 m)、环湖上升型由于建筑高度较低,气流更快地通过街区,形成“扩散状”温湿度分布;等高型(H=12 m)、环湖下降型由于低温气流在水体上空没有足够时间沉降,形成“聚集状”温湿度分布,从而在植被附近形成多个冷旋涡,进而产生局域的“冷岛效应”。蓝色空间取代部分密集建筑街区,在与绿色空间协同作用下,通过合理布局能较大幅度优化建筑街区环境。

纳木错湖夏季典型大气边界层特征的数值模拟

为了进一步检验分析纳木错湖对当地地方性环流、湖气能量交换及大气边界层的影响,在本文中使用美国NCAR新版MM5V3.7非静力中尺度模式,设计了有湖面、3/4湖面、1/2湖面及无湖四组试验,以NCEP再分析资料做初、边值条件,做了48 h三重嵌套模拟试验,对比中国科学院"纳木错圈层相互作用"综合观测站实测资料,说明该模式模拟性能良好。白天在纳木错湖风与念青唐古拉山北坡谷风共同作用下,在念青唐古拉山脊处汇合,形成一强水平切变及辐合上升运动,造成了该地夏季白天复杂多变的天气;夜间由于南岸湖风与山风叠加,使得整个区域为强大南风气流控制,这也补给了水汽和热量,也为白天不稳定运动提供了能量。对大气边界层特征的模拟结果表明:由于白天(夜晚)纳木错湖的存在有很好的降温(保温)作用,该湖表现出了明显的冷(暖)湖效应;纳木错湖对感热和潜热的影响有很强的日变化,白天湖面感热、潜热均小于周围陆地,夜间湖面有强潜热通量;纳木错湖使得白天湖区边界层顶低,陆区边界层顶高,夜间相反。这样的地方性环流和大气边界层特征的配合,是该地中小尺度天气剧烈变化的重要原因。

夏季青海湖局地环流及大气边界层特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V3.6非静力模式,采用两重嵌套方法,模拟了青海湖区域的局地环流及大气边界层特征,并且与无湖试验进行了比较。结果表明:白天由于青海湖的存在有很好的降温作用,夜晚则有保温效应,表现出明显的冷(暖)湖效应;青海湖对感热和潜热的影响有很强的日变化,白天湖面感热、潜热都小,夜间情况相反,这使得白天青海湖是冷干岛,夜间是暖湿岛;青海湖使得白天湖面边界层顶低,陆面边界层顶高,夜间相反。这样的边界层顶高度和温度、地面能量通量相配合,形成了一个很好的保护机制,对青海湖的水土保持和生态环境的维持有正效应;青海湖使得湖面上空大气下沉,陆面上空大气上升,从而产生了湖面上空大气冷干,陆面上空大气暖湿的边界层特征;青海湖边缘的陆面形成的较大的湿气柱围绕着湖面,起到了保护湖面的作用;青海湖低空白天有明显的湖面向四周的辐散气流,而夜间则为从北偏东方向来的陆风。

扎陵湖和鄂陵湖大气边界层特征的数值模拟

利用美国科罗拉多州立大学和MRC/ASTER发展的中尺度数值模式RAMS(Regional Atmos-pheric Modeling System),设计了有、无湖对比模拟试验,以NCEP再分析资料作为初始条件和边界条件进行了120h的三重嵌套模拟试验。结果表明,模式的模拟性能良好。模拟的大气边界层特征显示,由于扎陵湖、鄂陵湖的存在,白天(夜晚)具有很好的降温(保温)作用,并表现出明显的冷(暖)湖效应;在白天(夜晚)扎陵湖、鄂陵湖有明显的湖(陆)风效应;在两湖之间的陆地低层有辐合和风切变,且鄂陵湖西岸的湖风比扎陵湖东岸的强,削弱了扎陵湖东岸的湖风;扎陵湖、鄂陵湖使得白天湖区的边界层顶低,周边陆地区域的边界层顶高,夜间则相反;扎陵湖、鄂陵湖对感热和潜热的影响有很强的日变化,白天湖面的感热小于周围陆地,夜间湖面的潜热则大于周围陆地。

广东山区水果经作规模开发地理环境研究——以梅州市蕉岭县为例

广东省山区地处南亚热带与中亚热带间的气侯区 (带 ) ,既适宜发展部分热带果作 ,也适宜栽培部分温带果作 .发展热带果作是山区高效农业生产项目 ,但冬季易受寒害 ,风险大 .为保证山区热带果作的顺利发展 ,必须根据山区地形复杂、地域差异形成各种不同小环境的特点 ,选择避免出现使热带果作受害的生存极限温度的小环境 ,适地适种 .为此 ,我们进行了该项研究 .利用冷空气入侵本省出现的晴冷天气 ,对山区垂直分布的极端低温进行了野外观测 ,分析取得了山区寒天“冷湖效应”和逆温的分布规律 ,并利用逆温现象进行山区热带果作布局规划 。

准噶尔盆地冬季一个例低空风、温、湿场的数值模拟

利用美国NCAR非静力平衡模式MM5V3, 模拟了新疆准噶尔盆地冬季局地小气候效应, 再现了山谷风环流和冬季“冷湖效应”。模拟结果与现有理论及观测事实基本一致。模拟结果表明: 准噶尔盆地冬季大面积被积雪覆盖, 下垫面反照率大, 因此山谷风环流同黑河地区相比较弱, 但“冷湖效应”显著, 逆温特征明显, 最强可达10℃。

湖水源热泵系统冷排水对浮游植物影响试验研究

针对湖泊热环境容量小，生态系统脆弱的特征，以三峡库区重庆段湖泊水体为研究对象。采用物理模拟的方法，对湖水源热泵系统冷排水对湖泊藻类及叶绿素含量的影响进行了系统的研究。结果表明：冷排水对藻类总量增长有明显抑制作用，试验水体藻类正负增长的临界温度在4．5～6．2℃之间；冷排水对湖泊优势藻类种群及比例变化有较为明显的影响，并且会使藻类种群数减少；冷排水显著降低湖泊叶绿素a的含量，对浮游植物总量增长有较大影响，且原水氮磷含量越高其影响程度也越大。

鄱阳湖地区大气边界层特征的数值模拟

采用WRFV2.2中尺度数值模式对鄱阳湖地区200 km×200 km范围内,2009年11月5日00:00至2009年11月6日12:00不同高度的气象要素进行了数值模拟,得到了水平分辨率为1km的鄱阳湖地区大气边界层风、温、湿度场和廓线分布的大气边界层物理特征.模拟结果发现:(1)白天鄱阳湖面上空存在着冷岛效应并伴随湖风,而夜间湖面上空存在着热岛效应并伴随陆风,湖面与陆地之间最大温差可达6℃;(2)地形以及下垫面类型对鄱阳湖区风场的分布具有很大影响,夜间存在一条东北西南走向的低空辐合带,白天逐渐消失;(3)受风场和地形作用湖面上空的湿度分布也不均匀,白天湿度层厚度低而夜晚湿度层厚度高,湖中心右侧湿度值大于左侧湿度值.模拟结果能较好地反映鄱阳湖的大气边界层物理特征,有助于了解鄱阳湖地区区域气候的特点,以及由于地形、地理环境、地表特征所形成的不同高度上的风、温、湿的分布规律和大气边界层物理特征,为鄱阳湖地区局地天气预报、风能资源开发、环境保护等提供了科学依据.

湖水源热泵系统冷排水对湖泊水质的影响试验研究

针对湖泊热环境容量小、生态系统脆弱的特点,以三峡库区重庆段湖泊水体为对象,采用物理模拟的方法对湖水源热泵系统冷排水受纳水域溶解氧、高锰酸盐指数、氮磷等进行了模拟试验研究。结果表明,由于冷排水引起了湖泊局部水域水温下降导致表层溶解氧升高,对底层溶解氧则影响微弱;冷排水显著降低了受纳水域的高锰酸盐指数并使水的碱度升高,但对pH值影响不明显;冷排水使湖泊氨氮升高,对硝氮影响很小但可限制总氮升高,有机氮含量减少并使总磷略有升高。冷排水受纳水体总氮和总磷无明显相关性。

鄱阳湖区域关键气候要素变化特征

利用鄱阳湖周边6个国家气象站1961—2018年逐日降水量、平均气温、最高气温、最低气温及一日四次风速风向资料,1978—2018年逐时降水量资料,以及欧洲中心1979—2018年再分析格点资料,从气候统计角度,揭示鄱阳湖冷热源作用所产生的区域气候特征,以及鄱阳湖东西侧不同时间尺度分布的气候差异。结果表明:(1)鄱阳湖地区气温日较差较江西省山区偏小2~4℃,高温日数为江西省内同纬度其他地区的一半;(2)鄱阳湖地区降水较江西其他区域偏少,湖东与湖西降水呈年内周期性差异变化:8—10月湖西降水偏多,其他月份湖东偏多,隆冬盛夏差异明显;(3)鄱阳湖两侧白天和夜晚降水存在差异,1月夜间湖东降水偏多明显,9月白天湖西降水偏多明显;(4)鄱阳湖地区存在湖陆风,1月02:00湖西(永修站)平均风速比湖东(都昌站)大,W和NNW方向风向频率偏大明显,8月14:00湖东平均风速更大,SE至S方向风向频率偏大明显;(5)鄱阳湖主湖区1月02:00较14:00大气上升运动明显,近地面差值风场辐合,8月14:00较02:00下沉运动明显,近地面差值风场辐散。

基于计算机流体力学的城市近郊湖泊“湿岛效应”情景模拟研究:以长沙市同升湖为例

选择长沙市同升湖作为研究对象,采用平行定点实测与计算机流体力学(computational fluid dynamics,CFD)情景模拟交互验证的方法,研究夏季城市近郊湖泊“湿岛效应”的变化规律以及建筑因子对湖泊“湿岛效应”的影响。结果表明:(1)夏季城市近郊湖泊对周围环境存在增湿效应,日均增湿强度为0.99百分点,最大增湿强度可达2.02百分点;(2)湖泊水体的增湿作用与距湖岸距离呈显著负相关,在距湖岸0 m处最明显,对下风向区域的增湿效果明显高于上风向区域和垂直向区域;(3)建筑因子(建筑高度、建筑后退距离、建筑间距)是影响湖泊“湿岛效应”发挥的主要因素,对湖泊“湿岛效应”的分布特征及变化规律的影响呈现不同的差异性。建筑后退湖岸100和200 m,湖泊西北部区域相对湿度增加0.27~1.40百分点,增湿范围扩大100~300 m;建筑高度增加10和20 m,湖泊水体上方相对湿度下降0.60~0.87百分点,水体对西北部区域的增湿范围减小50~100 m;建筑间距增大2倍,东南部区域相对湿度下降0.59~0.81百分点,湖泊水体对西北部区域的影响范围为500~600 m。

东平湖周边城乡与人工林的温湿效应研究

采用便携式自动观测气象站,测定了东平湖周边城乡与人工林的温度、湿度、光照强度,分析了湖体周边城乡与人工林的温湿度差异及原因,结果表明:(1)湖泊周边城乡温度及湿度的波动受湖泊影响,表现为距湖较近的城乡波动较大,距湖泊不同距离的人工林的温湿度变化同样是近湖泊处波动较大,这种变化主要是由湖泊湿地的冷湿效应造成的;(2)距湖泊相同距离的人工林与城乡相比,城乡的温度明显高于人工林,但人工林在上午9:00—10:00时温度增加值最大,达3.4℃,而城乡在上午10:00—11:00时增加值最大,为2.8℃,人工林温度表现出较大的波动性;(3)在上午9:00之前人工林的大气相对湿度大于城乡,9:00之后则明显低于城乡,而城乡的大气相对湿度变化较小,说明植被对湖泊的冷湿效应有调节作用。

基于计算力流体力学的城市近郊湖泊“冷岛效应”及其情景模拟研究——以长沙市同升湖为例

城市湖泊生态效益优越,对周围环境具有明显的“冷岛效应”。中尺度层面上,从环境物理学角度出发,以位于长沙市近郊区的同升湖作为研究对象,采用平行定点实测法获取夏季湖泊周边热环境指标,结合CFD情景模拟,二者交互验证。同时设置湖区周边近地面层典型气候边界条件,通过改变单一影响因子的变化,系统分析了夏季城市近郊湖泊“冷岛效应”的变化规律以及湖区周边建筑对湖泊“冷岛效应”发挥的影响,揭示了湖泊与周围环境之间的温度交互特征。结果表明:(1)夏季城市近郊湖泊对周围环境存在“冷岛效应”,研究区域与对照区域的日均温度差值在0.55℃,湖泊“冷岛效应”的发挥与太阳辐射强度相关,在13:00—14:00时间段内较突出;(2)湖泊“冷岛效应”与临湖距离呈显著负相关,湖泊水体的降温作用在0 m处最显著,在距湖岸300 m范围明显,在距湖岸600 m范围存在降温作用,湖泊水体对主导风下风向区域的降温效果最佳,降温强度可达0.96℃;(3)通过改变单一影响因子的CFD情景模拟发现,湖泊“冷岛效应”发挥与建筑高度、建筑后退湖岸距离、建筑间距密切相关,建筑后退湖岸100 m和200 m,下风向区域温度降低0.34—0.56℃,降温范围在650—800 m;建筑高度增加10 m和20 m,下风向区域温度上升0.09—0.39℃,降温范围在350—500 m;建筑间距增大2倍,下风向区域温度下降0.27℃左右,降温范围在500—600 m。该研究成果对研究城市湖泊小气候、改善城市局域热环境及指导未来城市近郊湖区建设布局具有重要指导意义。

巴丹吉林沙漠腹地湖泊水面蒸发模拟的特殊性

巴丹吉林沙漠腹地的湖泊形成机理一直存在较大争论。其中,湖泊蒸发估算的不确定性可能是导致这一争论的重要原因。采用沙漠腹地的气象观测数据,分析了沙漠腹地湖泊蒸发估算所具有的特殊性,亦即沙漠腹地与外围的风速差异、腹地湖泊"冷岛效应"和"盐度效应"。具体而言,腹地风速较外围风速小,可引起传统的彭曼模型估算的蒸发偏大,腹地湖泊的冷岛效应则使平流项在湖泊能量平衡过程中不可忽视,腹地湖泊的盐度效应使得其蒸发速率要小于淡水蒸发。因此,开展系统的定位观测是准确获取湖巴丹吉林沙漠腹地泊蒸发的一个合理途径,并有助于揭示沙漠腹地湖泊的形成机理。