城市大气微环境大涡模拟研究

良好的空气质量是居民生活环境的重要条件之一,大气微环境研究与居民区的空气质量密切相关．大气环境由多尺度的空气运动主宰,而城市居民区空气流动属于微尺度大气流动．介绍城市居民区微尺度大气环境的现代数值方法——大涡数值模拟方法．针对居民小区复杂流动的特点,讨论如何正确应用大涡数值模拟方法,比较不同数值方法对预测城市微环境流动的影响,如：下垫面阻力元法与浸没边界法,亚格子模式的影响等．以模型小区和实际小区为例计算了风场（包括湍流统计特性）,污染物浓度等物理量分布,数值计算结果和模型小区及实际小区的实验测量数据符合良好．     

城市小区空气流动与交通污染的大涡数值模拟

城市小区内的大气环境属于微环境流动。复杂的建筑物下垫面决定了城市小区大气环境的精细数值模拟的实现难度。文中采用大涡模拟方法,针对微环境流动的特点研究边界条件的处理方法和亚格子模式的合理选用,实现了小区徽环境风场和污染物浓度场的并行计算。将澳门荷兰园小区进行几何建模,针对该小区的地形特征,采用浸没边界法和分布的阻力元法相结合,实现了复杂建筑物下垫面的有效处理,计算了荷兰园小区从早7：00至晚17：00的风场和交通污染物浓度的分布,取得了与风洞实验和监测数据一致的结果。通过比较不同位置处的污染物浓度,分析了建筑物几何结构对污染物扩散的影响;通过考察不同街道内污染物浓度的分布情况,得到了城市小区内污染物扩散的细节特征。     

大气环境数值模拟在城市小区规划中的应用

城市规划中必须考虑大气环境的影响。从规划布局与大气环境的关系和影响的角度出发,在北京市奥林匹克公园、五棵松文化体育中心和金融街中心区等重点小区的规划编制过程中,运用城市小区尺度气象和污染物扩散模式,以多种方案分别模拟计算出它们在一定环境条件下的气流场、风速场、温度和空气污染物浓度分布,并运用小区规划大气环境效应评估指标体系进行评分,为优选方案提供科学依据。结果表明:上述3个小区分别有一个方案得分较高,它们的大气环境效应较优,因此被作为优选推荐方案。     

珠江三角洲城市尺度规划对大气环境的影响效应

 为探讨城市尺度规划对局地气象环境的影响,以珠江三角洲不同时期的下垫面为例,选取2001年3月的气象条件,采用数值模拟手段,模拟并分析比较该地区城市群的发展对城市气象环境的影响。结果表明,珠江三角洲城市化发展过程带来热岛强度和范围的扩大,城市区域风速减小,小风面积增大。利用城市尺度规划大气环境评估体系,对广州城市发展规划进行评估,给出影响和优劣比较的定量结果,城市发展对气象环境影响较明显的是城市热岛强度、小风区分布、大气自净能力3个指标,即城市热岛增强,风速减小,大气的自净能力下降。综合评价指数表明在不利天气条件下,城市化过程带来的大气环境影响较大。     

城市绿地缓解热岛效应研究进展

城市热岛强烈地影响着城市生态系统,对城市气候、水文、土壤、大气环境、生物习性以及城市居民健康等产生影响.城市绿地作为城市生态系统重要的组成部分,通过改善城市下垫面的热属性,具有一定的缓解热岛效应作用.因此,选取城市热岛效应研究方法、研究尺度性、城市绿地结构和土地利用类型的降温效果、绿地与其他因素之间的交互作用等角度综述城市绿地缓解热岛效应的关系,并比较分析当前研究手段和方法的优缺点,最后在观测手段、数据来源、长期动态观测和模拟定量研究等方面对该领域的研究进行展望.     

基于3DCM的城市覆盖面模拟及建筑物空间插值方法

以城市为单元模拟建立城市大气覆盖面模型，以小区为单元研究风环境与空气环境．获取城市建筑物空间坐标，利用二次曲面方程建立城市覆盖面模型，以新增建筑物为研究对象，对其空间位置进行插值分析，将其纳入城市小区建筑群构成新的小区环境，籍此对其进行风环境的实验分析，模拟建筑物的尺度、间距、空间组合与朝向定位等参数，辅助城市小区风环境规划与优化。     

嵌套网格空气质量预报系统及其在沈阳地区的初步应用

嵌套网格空气质量预报系统作为中国第三代区域多尺度空气质量模型,充分借鉴吸收了国际上成熟的天气预报模式、空气污染数值预报模式的优点,并体现了中国各区域、城市的地理、地形环境、污染源的排放等特点.模型能够在沈阳市很好的应用,并模拟出冬季重污染个例和夏季的轻污染个例,SO2的模拟效果略好,PM10的模拟结果偏低.造成偏低的原因主要有三个方面:污染源数据、污染物比例和模式内部参数.     

关于住宅小区风环境的数值仿真

由于建筑间强烈的气动干扰,住宅小区的绕流风场异常复杂。为避免因建筑排列方式不当而导致不良风环境的出现,需要在规划阶段对风环境进行预测并优化方案。结合某一住宅小区风环境的研究,采用以k-εRNG湍流模型封闭控制微分方程的时均数值模拟方法,模拟了该小区在夏、冬季节主导风向下的绕流风场,针对风速场及风压场的模拟结果,分析评价了该小区的风环境。模拟表明,数值方法预测小区的风环境可以为优化规划方案提供科学依据。     

城市街谷大气环境研究进展

机动车尾气排放不断增加以及城市通风能力降低,常导致城市街谷内的空气污染。城市街谷大气环境主要研究方法包括外场观测、实验室物理模拟和数值计算。外场观测和物理模拟可以考察街谷内污染物的传输扩散规律并对数值模式进行检验,另外,复杂的数值模式则可对城市冠层内大气扩散问题进行详细模拟,数值模拟和外场观测及物理模拟相配合,可用于环境质量评价、污染控制决策及交通规划。重点介绍了近十年内城市街谷大气环境研究的主要成果。     

基于多尺度耦合的城市小区风环境大涡模拟研究

随着生活水平的不断提高,人们对小区的居住舒适度有了更高的要求,然而风环境作为城市舒适度的重要评价指标,目前对其研究还存在明显的不足.为揭示城市小区风场的详细分布规律,本文以长沙梅溪湖国际新城为研究对象,利用WRF与CFD软件多尺度耦合的手段,对不同来流作用下梅溪湖小区风环境进行了数值模拟,实现了城市小区风场数值模拟入口边界条件的精细化研究.研究结果表明:地表粗糙度是引起局部风场复杂多样的主要原因;小区风场受局部地物地貌的影响较大,在建筑群的背风侧风速较低,迎风侧风速较大;不同风向角条件下,风速大小受地形影响较大,且在超高建筑群附近,风速容易发生加速效应.     

宣城市大气环境质量评价

随着城市的发展,能源的大量消耗,各种污染因子的释放,城市大气环境受到了一定程度的污染。通过对宣城市大气环境质量8个监测点的实测,采用等效数值法,对宣城市大气环境质量进行分析评价,结果表明：宣城市大气环境质量总体较好,部分区域大气环境污染较严重。     

城市冠层植被大气环境特性大涡模拟

 植被通过生物物理过程影响着周围微气候环境,对于城市植被环境流动的研究需要建立合理的植被模型。本研究发展了一套适于模拟植被边界层流动的大涡模拟数值方法,并通过水平均匀模型植被算例对其进行了验证。在此基础上,对空气流过三维非均匀分布钝体元阵列模型植被进行了大涡模拟,并将不同植被数值模型的计算结果与相应的风洞实验数据进行了比较。结果表明,树干部分采用刚性圆柱模拟、树冠用阻力模型的“阻力冠”方法相比于传统的“阻力元”方法能更好反映植被流动的影响。     

城市道路绿化质量对土壤侵蚀量与大气颗粒物污染的影响

对长沙市的道路绿化状况、道路低空的TSP污染和绿化带滞尘情况以及绿化带土壤的侵蚀进行了研究,对低质量的绿化带进行了数值评价,测量了城区主要道路低空TSP浓度和绿化带滞尘量.研究表明,低质量道路绿化与道路低空大气颗粒物污染成正相关,相关系数r为0.75,有非常显著意义.同时对长沙市绿化带年土壤侵蚀量进行计算,总量约为90吨/年,已成为长沙市大气颗粒物污染的重要来源.     

BP神经网络在大气环境质量评价中的应用研究

针对城市大气环境质量问题,运用人工神经网络理论和方法,建立城市大气环境质量评价的BP 神经网络模型.通过实例进行评价分析,说明用BP 神经网络方法评价城市大气环境质量是可行的.该模型具有很强的学习、联想和容错功能,其分析结果和过程都接近人脑的思维过程和分析方法,使得城市大气环境质量评价结果的精度大大提高.     

基于物联网监测和感知情感相结合的大气质量综合评价

为了改善大气环境,满足人民群众对良好的大气环境的需要,首先要对大气质量做出全面的合理的评价,考虑到物联网监测数据只能反映空气监测站点周围有限区域的大气质量情况,且利用公众感知情感分析大气质量在客观性上略有不足,为此,基于物联网监测数据与公众感知情感数据建立大气质量综合评价模型,以山东省为例对2016年12个月的大气质量做了综合评价.结果表明:山东省2016年的大气质量超半数月份里以中度污染为主,中度污染地区以及严重污染地区加起来占全省面积一半以上,这些地区多分布在山东省的中部、中东部以及南部,此外重度污染地区主要分布在东营市、滨州市的北部、青岛市以及潍坊市的南部地区,对此相关部门应该重点关注重度污染地区大气环境状况,切实解决环境问题,满足群众对优美大气环境的诉求.     

南昌及其周边地区大气污染联防联控对策研究

研究从南昌及其周边地区大气环境质量、污染源排放现状的调查评价和南昌与周边城市污染相互影响分析入手,进行了区域大气环境形势分析,指出了当前面临的问题、形势和任务,有针对性的提出了一套切实可行的联防联控对策措施,为下一步落实省委省政府关于建立昌九区域大气联防联控机制提供重要的技术支撑作用,为下一步"昌九区域大气污染联防联控规划"的编制奠定了坚实的基础。     

城市下垫面扩张对局地热力环流影响的模拟

采用WRF模式及其城市冠层参数化方案,选取2010年8月1日至3日晴天天气为模拟背景,两个算例分别为南京1993年土地利用类型及2010年土地利用类型分布。模式的模拟结果表明城市扩张使城区内2 m高度处气温有了一定幅度的增温,夜间24:00最大增温幅度达3 K。同时城市扩张使得城区风速明显减小,产生减速效应。对比两个算例风速的模拟结果,郊区风速均大于城区,风速低对物质的水平输送、扩散带来不利影响。由于城市热岛的影响,城区范围内产生有辐合上升的运动;随着城区面积的扩大,湍流动能强度及其影响范围也在扩大。2010年算例,正午湍流强度最大值与1993年算例相比较,由2.1 m~2·s2增至2.7 m~2·s2。城区内湍流运动较为强烈的区域,在一定程度上促进物质垂直方向上的输送与扩散。城市扩张后物质在城区上方垂直方向上湍流扩散得到加强,而在水平向下的输送受到抑制,更多地被阻隔在城市局地。     

城市化对昆明一次强降水过程影响的数值模拟研究

为了探究昆明地区城市化对降水的影响,利用中尺度气象模式WRF(the weather research and forecasting model)耦合单层城市冠层模块,对2012年5月24日夜间发生在昆明城区西部的一次强降水过程进行数值模拟研究。通过与卫星观测得到的降水空间分布进行对比,发现WRF模式能较好地再现此次降水过程。城市的存在会较显著地改变城市地区的潜热和低层垂直运动,使得位于城区的降水中心降水强度略有减小,而城区下风向的降水有所增加,降水增加的区域与750 hPa高度上的水汽通量辐合加强的区域相对应。城区降水中心降水量减少可能是由于城市下垫面抑制了低层大气的水汽供给。城区下风向降水增加的可能原因是该区域相对较强的垂直运动使得更多的水汽被输送到高层大气中,有利于降水的增强。在目前的城市化水平上,若昆明地区的城市进一步扩张,城区下风向地区的垂直对流运动和大气不稳定度均会增强,但城市下垫面对低层水汽供给的抑制作用也会增强,这两种作用的同时存在会使得城市下风向地区降水的变化存在不确定性。     

低标准道路绿化对城市大气颗粒物污染的影响

对长沙市的道路绿化情况、道路低空的TSP污染情况和绿化带土壤的侵蚀情况进行研究,对低标准的绿化带进行了数值评价;测定和分析了不同评价数值绿化带土壤侵蚀对道路低空TSP的影响．研究表明：低标准道路绿化与道路低空大气颗粒物污染成正相关,有非常显著意义．对长沙市绿化带年土壤侵蚀量进行计算,约为90t／a．成为长沙市大气颗粒物污染的重要来源．对城市道路绿化提出了修订新标准的建议．