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。

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。