城市森林结构多样性预测冠下地面温度的潜力研究

城市森林冠层具有调控城市森林微气候的能力,但现有研究尚未阐明冠层结构对冠下地面温度的影响及其预测潜力。文章基于无人机机载激光雷达(UAV-LiDAR)提取哈尔滨林业示范基地的城市森林冠层结构多样性特征指标,探究单一结构多样性特征对冠下地面温度的影响,以及结构多样性多因子组合对温度的预测潜力。结果表明:1)城市森林结构多样性的8个特征因子与冠下地面温度呈显著相关关系(P<0.05),其中深间隙(DG)、深间隙分数(DGF)、覆盖分数(CF)、间隙分数分布(GFP)表征了结构多样性的覆盖/开放度特征;冠层高度标准差(H_(std))、冠层高度最大值(H_(max))、95%分位点高度(ZQ_(95))表征了高度特征;垂直复杂指数(VCI)表征了异质性特征。2)城市森林冠层结构多样性的覆盖/开放度特征对冠下地面温度的响应更强(R^(2)为0.15~0.5),强于高度指标(R^(2)为0.14~0.19)以及异质性指标(R^(2)=0.14)。3)结合高度指标、覆盖/开放度指标以及异质性指标的多因子预测模型2(R^(2)=0.61,RMSE=0.51,MSE=0.26,AIC=62.74),对于冠下地面温度的预测性能更优。研究明晰了城市森林结构多样性的多因子变量及其特征组合预测冠下地面温度的潜力,为城市森林冠层结构调控内部小气候环境研究提供了科学参考。

多层城市冠层模型参数优化及对京津冀城市群的高温模拟

针对京津冀高温模拟,综合运用卫星和地面气象观测数据、参数敏感性试验等技术方法,确定了耦合了多层城市冠层模型的中尺度数值模式(WRF/BEP/BEM)的地表反照率、比辐射率和人为热等参数的本地化配置。数值对比试验表明,参照试验中优化地表反照率、比辐射率和人为热(通过本地优化BEM输入参数来实现)等参数后,模式对京津冀高温模拟的效果均有显著提高,65%及以上的城市站点,参照试验比敏感性试验模拟误差降低0.5℃以上。经参数优化的WRF/BEP/BEM,较好地模拟了2010年以来京津冀地区5次极端高温过程,模拟结果与观测的标准差分别为1.4℃、0.8℃、0.9℃、1.0℃和0.7℃,分别较ERA5与观测的标准差减小26.3%、61.9%、40.0%、41.2%和36.3%。参数本地优化的WRF/BEP/BEM,可进一步应用于京津冀极端高温的相关研究,特别是城市化对极端高温作用机理的研究。

城市街区形态及冷却屋顶对冠层内辐射热通量的影响

在当前中国城市化进程愈演愈烈的情形下,城市热岛冷却效应的研究对于确立城市生态环境可持续化发展的正确途径等有重要意义。采用离线城市冠层模型分析了城市冠层中街区形态和屋顶材料的变化对辐射热量、表面温度及冠层内气温的影响。研究发现:建筑物高度、宽度以及街道宽度等参数的改变对冠层各表面温度的影响较大,当街道宽度增加3 m时,地面温度升高约3.5 K。但是街道宽度增加,多重反射导致的辐射截陷效应减弱,墙面上更多的热量释放出去,各墙面温度降低约1.5 K;冠层气温先增加,日出后降低约0.4 K。屋顶材料的改变对辐射及热通量和表面温度也有较大影响,与灰色水泥屋顶相比,采用高反照率白色涂料冷却屋顶后,屋顶净辐射热量损失约380 W m^(-2),屋顶表面温度降低约10 K。冠层内街区形态和屋顶材料对城市辐射热环境产生直接的影响。

基于生态空间微气候调节的城市与水体相互影响作用研究——以水网城市武汉为例

文章以水网城市武汉为例,旨在讨论城市与水体之间的气候调节影响作用,并找到应对城市高强度发展的生态空间调节策略,改善城市气候环境。在中尺度气象模式中构建了高分辨率城市冠层模型,模拟分析了不同季节水体的微气候调节作用,发现:夏季水体对城区有明显的降温效果,日间平均降温幅度达到0.5℃;过渡季(秋季)日出前水体对地表气温增幅达0.6℃,能够有效缓解辐射逆温现象;冬季夜间水体将主城区风速提升了0.2m/s,能够帮助城市空气污染物的疏散,减少雾霾现象。此外,建筑密度的升高增强了水体与高空的对流换热,而城市容积率的升高则削弱了水体的降温效果。

土地扩张对城市边界层风热环境影响的模拟研究——以沈阳市为例

利用WRF模式中的UCM+AH城市冠层方案,以2005年8月两个晴天为天气背景,对比研究了1993年与2005年不同下垫面情况下,沈阳市城市扩张对近地层风热环境及边界层的影响。结果表明:UCM+AH方案能够较合理准确地模拟出城市范围的2 m气温与10 m风速的日变化特征,且对2 m气温的模拟效果要优于10 m风速;模拟2 m气温的日较差偏大,模拟10 m风速系统性偏高0.5—1.0 m·s-1;城市土地扩张后,城区普遍增温,且夜间增温幅度较大,扩建城区夜间最大增温能达到7℃,老城区在夜间增温幅度最大可达3℃,上风向增温幅度较大;城区日间增温不明显,在0—1℃;城市土地扩张后,老城区风速普遍减小,但减小值<1 m·s-1;扩建城区风速减小近1 m·s-1,城区内可能出现的高温辐合中心对周围近地层风速有加速作用;城市扩张对边界层最显著的影响体现在午后,城区的扩张增大了湍流动能的影响范围,湍流动能在数值上增加0.2—0.3 m2·s-2;扩建城区上空的边界层高度在14时抬升100—200 m,且下风向边界层内部的局地环流与垂直上升运动增强。

城市高层化及高密度化发展模式对城市气候的影响研究

城市人口增长,城市化进程加速使得城市向着更高、更密的方向发展,高层化和高密度化城市发展模式带来城市空间形态的改变的同时,还影响城市热收支平衡,改变了城市环境及微气候。本研究以统计数据为基础,预测2050年武汉市人口增长速率不变的情况下,随着建筑面积的增长带来的城市高层化及高密度化发展对城市气候的影响。为实现城市尺度的气侯模拟预测研究,本文详细介绍并采用耦合了城市冠层模型(UCM)的中尺度气象预测模拟模型(WRF),并通过对武汉市内典型路段的实地测量验证此模拟模型的精确度。在研究方法得到验证的基础上,本研究设计了高层化及高密度化两组六个案例。通过对这六个案例的模拟分析,比较探讨了应对人口增长的城市高层化及高密度化发展模式对夏季城市气温、风速等的影响程度,并进一步比较分析了这两种城市发展模式对日益增长的人工热排放的应对。最终,总结、归纳出高密度化和高层化发展模式的适用区域、优缺点及适用策略,为城市规划设计决策者提供定量化的数据依据和理论基础。

应用WRF-UCM模型分析城市绿色廊道对热岛效应的影响——以上海市为例

城市发展带来下垫面性质的变化﹑空气污染和人为废热的大量排放,使得城市热岛效应作为全球性的环境问题逐渐受到重视.城市中的绿色廊道是城市生态基础设施的组成部分,对城市小气候起着重要的调节作用,通过这种线性的绿色空间保护城市生态环境的做法已经被广泛实践于许多城市中.利用气象预报软件WRF及其耦合的城市冠层模式(UCM,Urban Canopy Model)对上海市夏﹑冬两季(7月和12月上旬)的城市温度及规划中的市域性绿色廊道对城市温度的影响进行了数值模拟.研究表明绿色廊道对缓解夏季上海市内陆地区城市热岛效应有明显的作用.研究同时证明了气象预报软件WRF-UCM可对城市尺度下的温度进行有效模拟,今后可应用于对城市土地利用规划﹑建设规划﹑生态保护规划等相关规划的环境影响评估中,提高规划和决策的科学性.

城市化对河南省极端降水空间分布的影响

针对城市化对极端降水空间分布的影响问题,利用城市冠层模型结合WRF(weather research and forecasting)中尺度天气预报模式对河南省2021年"7·20"特大暴雨进行数值模拟,并结合国家级地面观测站实测降水数据对该模型的模拟精度进行了验证。结果表明,考虑城市冠层影响的耦合模型能更好地模拟出区域极端降水的强度和落区,与实测降水的空间分布更为接近,耦合模拟得到的平均降水量比未考虑城市冠层影响的模拟结果高12.1 mm;人工耗水改变了区域的水热耦合平衡,促进了城市区域对流性降水的形成。

城市冠层模型的扩展与验证

本文首先介绍了一维简易多层城市冠层模型的概要。该模型以理想化的街区为对象,可进行建筑周边微环境的温湿度、风速的垂直分布变化。然后与实测进行了对比,发现虽然存在一定误差,但城市冠层模型可较好地把握室外温度的变化趋势。可适用于长期动态的室外气候定性分析。

耦合城市冠层模型对暴雨模拟精度的影响

城市通过改变大气组成、影响水和能量循环要素以及生态系统等途径对当地以至全球尺度的气候要素都有着重要的影响,对城市中各种能量和动量过程的精细刻画正在成为天气研究和天气预报的重要需求。本文把通过遥感影像Landsat TM提取的城市下垫面不透水率信息引入到城市冠层参数化方案中,基于最新的数值天气模式WRF研究了在数值天气模式中耦合城市冠层模型对暴雨模拟精度的影响。结果表明,相对于单纯的改变城市区域的粗糙度、反射率等参数以反映城市过程的方法,在天气模式的陆面过程描述中耦合城市冠层模型或许可以提高对暴雨落区、降雨量以及最大降雨强度的模拟效果。研究可为改善城市的暴雨研究和预报提供参考。

基于城市冠层模型的放射性物质大气扩散模拟

该文基于城市冠层模型对中尺度放射性物质大气扩散进行了数值模拟,并探讨了模型参数对预测结果的影响。以日本福岛核泄漏事件为案例,利用中尺度数值模型WRF及其耦合的单层和多层城市冠层模型对事故后的放射性物质的大气扩散与沉降进行了数值模拟,并基于观测数据,对不同的城市冠层模型对应的模拟结果进行了比较。结果表明:使用多层模型可以得到与观测值最接近的风场模拟结果;对于近源区域的137 Cs的累积沉降量,使用单层模型的模拟值比使用多层模型或不使用城市冠层模型的模拟值更接近观测值;对于远源区域的131I日沉降量,使用单层模型可得到与观测值更为接近的模拟结果,而对于远源区域的137 Cs日沉降量,使用多层模型得到的结果更接近观测值。

基于城市冠层改进模型的三亚城市热岛效应模拟

城市冠层模型已成功应用于许多城市的热岛效应研究,但传统城市冠层模型的模拟精度受城市本地气候和地貌的影响很大。本文改进了传统的城市冠层模型,提出了一种可适用于高太阳辐射强度和常年典型热带海岛季风气候城市的新热岛模型。该模型考虑了在街谷长度方向上水平通风的影响,提出了"街谷网络节点法"。利用该方法可对街区尺度区域内有不同朝向和拓扑连接结构的多条街谷形成的网络进行城市热岛效应的数值模拟。模拟结果考虑了多条街道之间的空气流动对气温的影响。本文选取三亚市区某区域进行实地测试,用实测结果对所提出的城市冠层模型进行验证。结果表明,与传统城市冠层模型相比,改进模型的模拟结果与实际情况更为吻合。在夏季典型日,改进模型与测量值的绝对偏差24小时平均值降低了0.14℃。在冬季典型日,改进模型与测量值的绝对偏差24小时平均值降低了0.09℃。

浅层地震技术在济南地下空间探测中的应用

浅层地震作为城市地下空间探测中必不可少的一种手段,其勘探效果受到很多方面的影响,如激发、接收因素、采集参数以及处理方法等,因此需要根据地质任务进行系统科学的论证、选取。笔者以济南地下空间探测项目为例,探讨提高浅层地震勘探分辨率的方法,通过综合分析研究区的资料建立合理的地震地质模型,基于该模型进行地震采集参数波动方程正演分析与照明分析,获得高密度二维地震观测方案;通过对叠前去噪、反褶积和速度场优化等针对性数据处理技术的研究,获取高分辨率的反射成像。项目取得了很好的勘探效果,为济南智慧城市建设提供了可靠的物探资料参考,对今后该地区浅层地震勘探工作的开展有一定的借鉴作用。

城市建筑风环境仿真计算研究简述

随着建筑设计和城市规划对城市建筑风环境的日益重视,对其进行预测仿真计算已逐渐成为设计规划中必要环节。通过精细的CFD模拟以及城市冠层模型模拟方法对建筑群不同条件下的风环境进行模拟仿真,可以直观、定量地对建筑群风环境和微气候进行分析和评价。文中从计算设计角度对两种数值模拟方法研究进展进行综述。对两种方法在建筑风环境上的应用进行总结对比,探讨两种方法的适用条件,计算模拟过程以及特点,为热岛效应评估、基于气候的城市规划、建筑外环境优化、建筑节能设计等研究提供技术支持。

基于i-Tree Eco模型的城市林冠雨水截留和径流削减效益研究——以北京建筑大学西城校区为例

乔木冠层雨水截留作用对降雨产流和径流削减有显著影响,而国内相关的模型研究较少。在现有城市截留效益模型比较和植被实地调查的基础上,利用i-Tree Eco模型评估2014~2018年北京建筑大学西城校区内21种乔木冠层的雨水截留和径流削减效益,推导计算径流削减量的校准方法,并结合相关性分析和回归分析探究城市林冠截留影响因素的作用规律。结果表明:近5年校区内乔木的年均截留体积1365.38m^(3),平均年截留率10.6%,年均径流削减量266.83m^(3),校准后较原结果平均增加14.5%;叶面积与年截留体积呈显著线性正相关关系;降雨因素在月尺度下对截留作用及其径流削减能力的影响更显著,月截留量与月降雨天数呈线性正相关关系;径流削减量在降雨较小时对林下不透水面占比更敏感。研究可为国内相关模型评估和城市提升绿地雨水消纳能力等提供参考。

基于多用途建筑区域热气候预测模型的城市气候图研究初探

为了对室外人居环境进行良好的预测和评价,克服CFD数值模拟等其他模拟方法在解决城市气候图问题时存在的局限性,该研究采用已研发的多用途建筑区域热气候评价模型,以深圳国际低碳城热环境为对象,针对夏季最热月情况初步形成区域热环境城市气候图。该文结合规划专业技术,对空间参数和下垫面信息进行归纳和简化,讨论了区域内夏季不同室外环境参数气候图的分布规律和彼此的相关性,分析了城市气候图中差异性较大地区的主要成因并提出宜采取的相应改善措施。研究结果表明:深圳国际低碳城内部建筑和人员活动密集的中部区域和林地为主的周边区域呈现出截然不同的热气候规律,前者比后者气温高约3.5℃,含湿量低1 g/kg左右,人为排热量密集的地块可达到160 W/m2以上;热舒适性指标SET*在中部区域呈现出相对较低的水平,平均比周边区域低1.5℃左右,但部分局部地块超过了30℃,需要进一步从规划的角度优化自然资源配置,调整建筑布局。

环境空气动力学

X169 200400041城市街道峡谷污染物传播的巨型涡流模拟-第一部分:与野外数据的对比=Large-eddy simulationof pollution dispersion in an urban street canyon-partⅠ:comparison with field data[刊,英]/A. Walton…//Atmos. Environ..-2002,36(22).-3601～3613国图巨型涡流模拟(LESs)被应用到城市冠层内的污染扩散问题,特别是街道峡谷。目的是研究湍流结构,从而研究污染物质物理扩散的机理。LESs和动力亚网络几何相似模型结合起来实施于商业化的计算流体动力学编码CFX。为了使方法得到肯定,模型应用到一个类似峡谷的几何体系中(屋顶花园),并进行了实验测量。实验包括了使用声波风速计在60Hz的高样本流速下测量平均流量和湍流强度。

全国各省市气象科技期刊文章摘要(25)

1基于KED方法定量估测降水的技术研究《湖南气象》2006年第3期陈媛近几十年来,国内外对融合雷达和雨量计数据开展定量估测降水的研究不少,

空气温度差异对城市街道峡谷通风及污染物分布特征影响的研究

热力作用是影响城市街谷内风热环境的重要因素之一。为了研究实际日光照射对街道峡谷内通风特征的影响,本文对日光照射下的城市街道峡谷模型进行了简化,采用CFD模拟与城市冠层模型相结合的方法具体分析了不同高宽比下不同热边界条件设置时的街谷内部气流结构及污染物扩散规律。研究结果表明:热浮力作用会明显增强峡谷内部气流流动,由城市冠层模型计算出的壁面温度作为边界条件比以往研究中定壁温或者定热流的设置方式更能反映实际日光照射下峡谷内的风热环境,尤其是在深街道峡谷(H/W=3)时,由于建筑物的遮挡及太阳辐射的变化导致峡谷底部产生一个稳定的分层,导致峡谷底部污染物积累。此外,本文选取通风量(AER)和有效通风量(PFR)作为衡量峡谷通风性能的评价指标,发现仅用通风量作为评价指标是不准确的。