城市三维格局影响下的污染气体扩散效应分析

目的研究城市三维格局对污染气体扩散的影响,揭示空间形态与大气污染物空间分布的关联.方法应用CFD数值模拟技术,选择典型城市商业街区为研究对象,以汽车排放尾气中PM_(10)为污染源,模拟可吸入颗粒物的空间质量浓度分布,以实地监测数据验证精度,揭示了大气污染物在街区空间三维坐标下的扩散规律.结果污染气体的扩散效应与街区三维景观格局有着密切联系:在10 m、30 m、50 m不同高度水平截面中,污染物质量浓度的降低趋势、空间分布的均匀程度受建筑密度影响显著;街谷两侧建筑高度、空间组合以及建筑自身形态决定了街谷内局部流场.结论在城市规划中应该充分考虑三维格局对街区大气污染的影响,从城市通风廊道、开放空间、天际线高度变化及底层灰空间等多个层面,对城市街区的三维景观格局进行优化,能够有效改善严峻的大气污染现状.     

秋季校园主要园林植物消减可吸入颗粒物能力评价及其与气象因子的关系

目的研究沈阳市主要校园园林植物对可吸入颗粒物的消减能力及其与湿度、温度、风速等主要气象因子之间的相关性.方法以野外连续3个月的监测数据为基础,采用SPSS21.0对沈阳建筑大学12种园林植物进行方差分析和相关性分析.结果裸地和林内PM质量浓度日变化规律趋向一致,早晨最高,随时间成下降趋势,17:30左右达到最低;林内PM质量浓度在9:30左右达到最高;PM10质量浓度的多重比较中,油松、元宝枫、火炬树、刺槐1和街道对照点差异显著;PM2.5质量浓度的多重比较中,油松、元宝枫、火炬树和街道对照点差异显著;气象因素中,湿度与PM质量浓度呈正相关,风速和PM质量浓度呈负相关,温度和PM质量浓度呈负相关;时间对于街道对照点、元宝枫无显著影响,对于油松有一定影响.结论植物均具有消减PM10、PM2.5的作用,但绝大多数个体差别不显著.针叶树(油松)、叶片表面粗糙的阔叶树(元宝枫、火炬树);绿量大的植物(刺槐1)消减PM作用显著.     

不同气象条件小区通风与污染物扩散模拟

利用三维微尺度气象模拟软件ENVI-met,对广州市海珠区中山大学小区冬夏季水平和垂直流场特征以及污染物扩散情况进行了模拟研究,并通过实地观测CO质量浓度进一步检验了模拟结果。研究表明,ENVI-met适用于模拟街区尺度近地面污染物的分布特征,研究区域内存在角隅大风、气流爬坡滑坡及回流等显著特征,由此造成的污染物在不同区域和高度形成高低质量浓度区。当来流与街道峡谷平行时,在风速辐合区形成污染物高值区;当来流与街道峡谷垂直时,存在2种情况:对于独立建筑物和上风向建筑低于下风向建筑的街道,存在与来流反方向风分量,导致街道背风一侧为污染物高值区;而对于上风向建筑物高于下风向建筑物的街道,低层气流方向相同,街道中东部为高污染区。街谷中垂直扩散效率,上风向建筑物低的路段最好,其次为上风向建筑高的路段,独立建筑物的路段最差。研究结果对于城市小区的规划设计布局具有实际借鉴意义。     

植物对街谷流场影响的数值模拟与评价

利用计算流体动力学(CFD)软件对三维街谷模型进行数值模拟,采用附加源项法模拟植物的多孔介质特性,对街谷中种植树木前后的流场变化进行分析,并且从街谷中风速分布变化、街区理想风速比例及建筑周围平均风速3个方面进行评价.结果表明:在两种典型风向下,街谷中的风速在种植树木后均有不同程度的降低,不合理极端风速得到一定改善,可以认为植物对降低风速、稳定流场、改善行人区舒适性有一定的意义;同时从降低建筑物周围风速、减少墙面对流换热的角度而言,种植树木对降低建筑能耗也有一定意义.     

城市街谷内流场及污染物的实测分析

目的研究街谷内污染物质量浓度的日间变化规律和空间分布特征,温度和车流量与街谷内污染物质量浓度的关系,以便于分析城市绿化灌木对街谷内大气环境的影响.方法根据沈阳市典型街谷内的实测数据,采用ORIGIN软件分析沈阳市可吸入颗粒物的空间分布特征及其与风速、温度、车流量等要素的相关性.结果实测条件下街谷内的污染物分布受多种因素的影响,污染物质量浓度日变化呈现一定的规律性,峰谷值周期性出现;测量结果表明,在空间上,街谷内颗粒污染物质量浓度的垂直分布具有明显的分层特征,水平方向上则呈现近似对称分布的特点.结论微风条件下,街谷内颗粒污染物质量浓度主要受两个因素的影响:一个是背景质量浓度的变化;另一个是机动车排放物在街谷内的累积.街谷内污染物质量浓度的日间变化规律与背景质量浓度变化相似,与车流量并无直观的相关性.城市街谷内绿化树木对街谷内污染物分布与扩散的影响作用比较复杂.绿化树木对颗粒物有一定的吸附作用,但其也能阻碍污染物向街谷外扩散,从而引起街谷内污染物质量浓度的升高.     

铜陵市空气污染物浓度日变化特征的观测分析

选择位于长江南岸的铜陵市为研究区域,利用2007~2010年空气污染物浓度监测数据与气象要素观测资料,分析二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)和可吸入颗粒物(PM10)浓度的日变化特征及其与气象要素之间的关系.结果表明,铜陵市空气污染物浓度和气象要素的日变化主要有"单峰单谷型"和"双峰双谷型"两种,SO2和PM10的日变化规律空间差异不显著,NO2的日变化存在明显空间差异.主要污染源附近的监测点,浓度日变化规律与气压、相对湿度和气温3个要素日变化之间存在相关性,而与风速、降水的日变化规律无关.周边无污染物排放的监测点,浓度日变化规律不仅与气压、相对湿度和气温日变化存在显著相关,还与风速呈反向相关关系.对于周边虽有部分污染源,但不是区域内的主要污染源的监测点,浓度日变化与气象要素之间无统一的相关性.     

北京地区PM10质量浓度与边界层气象要素相关性分析

对北京市2007年观象台观测站PM₁₀质量浓度资料、观象台气象自动站资料、风廓线资料和探空资料进行了数据分析。结果表明, 在污染物源强一定的条件下, 污染物的积累、稀释、扩散和清除主要取决于气象条件。近地面风速、温度、湿度、气压和边界层高度等气象条件对于可吸入颗粒物的污染程度有着很重要的影响: PM₁₀质量浓度与地面风速、温度、湿度、气压和大气边界层高度呈显著相关性, 并且相关性随季节变化明显。其中, 6月PM₁₀质量浓度与地面风速和大气边界层高度呈负相关性, 而与温度呈正相关, 11月则与温度成负相关; 风速与PM₁₀质量浓度之间的相关性可以用二次多项式来描述, 二者呈“U”形变化。另外由11月份PM₁₀质量浓度资料的分析表明, 当月PM₁₀质量浓度最小值对应的风速为4.1 m/s。     

严寒地区城市街谷底层可吸入颗粒物浓度分布

以东北三省的省会城市为代表,对街道峡谷底层的可吸入颗粒物(PM₁₀)的质量浓度进行了实地监测。街谷底层PM₁₀浓度分布状况既受到自然气候条件的制约,又受到以绿化植物为主的街谷设施以及人为活动的强烈影响,二者共同作用下形成了如下特征,为严寒地区城市规划设计以及道路绿化设计提供了理论依据：(1) 街谷设施扰乱了理想状态下的街谷气流,其所影响的范围约在0~22 m之间;(2)PM₁₀浓度在每日的9:00和18:00出现峰值,街谷绿化使颗粒物的扩散延迟了约3 h;(3)季节水平上街谷底层PM₁₀浓度差异显著,冬季高出夏季107 mg?m^_-3;(4)不同绿化郁闭度与疏透度对PM₁₀浓度的垂直分布与水平分布产生的影响,夏季均大于冬季。街谷绿化使PM₁₀滞留在9 m以下、两条隔离带之内的机动车道空间内,而在9~22 m的空间以及隔离带外侧的人行道空间里,颗粒物浓度得到消减;(5)街谷底层PM₁₀日均值与气象参数之间存在显著的线性相关性,相关性顺序为湿度＞温度＞风速。     

街道峡谷形态对污染物扩散的数值模拟

机动车排放的尾气污染物,在城市街道峡谷内的稀释扩散及分布特性,主要由街道内流动结构决定,而街道布局和结构对流动结构有重要影响。基于二维不可压缩流动的Navier-Stocks方程、污染物组分输运方程及标准k-?湍流模型,获取所构建模型的数值解。采用验证的模型参数,构建了9种2类高宽比H/W为1的二维城市街道截面形态构造,在来流平均风速为3 m/s情况下,研究了街道截面形态对机动车尾气污染物扩散传递的影响。结果表明:下沉式道路结构不会改变街道峡谷内主涡结构和污染物分布;随着下沉深度的增加,机动车道内污染程度将进一步加剧;廊道内污染物浓度分布受廊道高度的影响较大,其人行呼吸高度处背风侧附近污染物浓度值相对参考工况增加大约5%,廊道深度对街谷内污染物扩散影响不大。     

重庆北碚地区大气污染物与气象要素的相关性分析

利用北碚地区2009—2014年空气质量监测数据和同期的气象资料,分析了大气污染物的变化情况及其与气象要素的相关性.结果表明:大气污染物PM_(10),SO_2,PM_(2.5)的浓度具有先减小后增加的周期性变化规律,NO_2变化规律周期性不明显.大气污染物浓度从高到低依次为PM_(10),SO_2,NO_2,可吸入颗粒物为北碚地区首要污染物.北碚地区天生、缙云山、蔡家3个监测点大气污染物浓度差异有统计学意义,从高到低依次为蔡家、天生、缙云山,造成这种差异与地理环境、人类活动有密切联系.大气污染物浓度与气温、风速、降雨量具有负相关性,静风更容易造成大气污染物积累,并且静风时出现高浓度的比例更大.在特定条件下,高湿环境能使大气污染物浓度升高.大气污染物浓度在不同的月份受气象要素的影响程度不同,主要影响因素也不同.     

福州双杭传统商业街区特色与保护研究

在史料研究和实地调查的基础上,从街道与单体建筑两个方面具体阐述福州双杭商业街区特色.街道特色包括地理位置优越、文化底蕴深厚和街道形态独特三方面.对单体建筑,从平面布局、立面风格和细部处理等方面论述其中西合璧的风格特征.提出应从历史的延续性上提高对传统街区保护的认识,以及整体性、特色性、协调性和可持续性等保护原则.     

街道峡谷汽车污染模拟研究

为了评价城市环境质量,需要准确模拟城市街道汽车排放污染物的扩散。该文利用道路边ＣＯ和ＮＯｘ的常年监测数据,系统测试了由丹麦国家环境研究所开发的街区空气污染扩散模式ＯＳＰＭ,分析了影响模拟精度的主要因素。针对北京市街道相对比较开阔的特点,在分析街道涡流和流场特征的基础上,修改了模式中街道风速的拟合关系,将地面风速系数增大到２．８倍,经实测数据验证,模拟效果有明显提高     

泰安市PM10浓度变化特征及与气象因素的关系分析

根据泰安市2004-2007年PM10浓度资料和同期气象观测资料,分析PM10浓度的时间变化特征,通过相关分析得到影响PM10浓度的主要气象因素包括降水量、风速、相对湿度和气温.分析PM10浓度与各气象要素的关系:不同等级的降水对PM10污染有一定的清除作用,小于10 mm以下降水的湿沉降作用要好于10 mm以上的降水,特别是5-10 mm降水,PM10变化量最大,冬季降雨沉降效率最高;春季PM10与风速呈正相关,其他季节则相反;相对湿度小于40%时,PM10浓度与湿度呈正相关,相对湿度大于60%时,PM10浓度与湿度呈反相关;春季PM10浓度与温度的相关性要好于其他季节.     

建筑和绿化对街谷空气污染物扩散的影响

在静风条件下,对上海松江区典型的对称和不对称街谷内CO2和CO的浓度和PM1.0进行了连续实测.引入街谷约束物(建筑或绿化)高度与约束物距机动车道中心距离之比,即高远比(H/D),表征该约束物对街谷空气污染物扩散的阻碍作用.研究结果表明:背景风速低于0.5 m/s时,绿化和建筑对污染物扩散稀释的影响同样重要;污染物浓度的扩散衰减特性与街谷高远比和污染物种类有关;高远比越大,越不利于空气污染物扩散;自街谷机动车道中心到人行道,PM1.0衰减程度大于气态污染物.     

济南市气象要素对大气污染物浓度的影响

利用2014-12-01—2015-11-30期间济南市空气质量的监测数据,运用Spearman秩相关分析法研究该市大气中细颗粒物PM_(2.5)、可吸入颗粒物PM_(10)、臭氧(O_3)的浓度与气象要素之间的相关性,其中气象要素选取温度、相对湿度和风速。结果表明:PM_(2.5)、PM_(10)及O_3与气象要素有显著的相关性,PM_(2.5)、PM_(10)的浓度与相对湿度呈正相关,与温度和风速呈负相关,O_3的浓度与温度和风速呈正相关,与相对湿度呈负相关;PM_(2.5)、PM_(10)浓度的日变化特征呈双峰双谷型,O_3浓度的日变化特征呈单峰单谷型;PM_(2.5)、PM_(10)的浓度在冬季、秋季、春季较大,在夏季较小;O_3的浓度在夏季最大,在冬季、秋季、春季相对较小,O_3已成为影响济南市夏季空气质量的首要污染物。     

街道峡谷内机动车排放污染物的数值模拟

针对典型的平顶和坡顶的城市街道峡谷结构，通过求解二维和三维不可压缩N-S方程、湍流模型方程及对流扩散方程，数值模拟了街道峡谷内的流场及机动车排放污染物的对流扩散．结果表明，使用二维和三维数学模型所计算的两边为平顶建筑的街道峡谷内污染物浓度不同；而两边为坡顶和平顶建筑的街道峡谷内的背风面污染物的浓度，在相同的气象条件下，三维数学模型数值模拟结果基本一致。     

广州典型小区微气候特征观测与数值模拟研究

根据广州下垫面类型和湿热气候特征,选取广州大学城一个小区为试验基地,在典型的晴朗天气条件下,通过实地观测和微尺度数值模式ENVI-met,探讨该地区的微气候特征。数值模式能较好地模拟温度、湿度及流场的空间分布和时间变化特征,结果显示:1模拟区域内不同的下垫面存在高温低湿、低温高湿的现象;2毗邻两栋建筑之间可形成狭管流效应,风速值约为来流风速的1.4~1.7倍;3单体方形建筑物两侧出现角隅大风,阵风风速可达平均风速的2~3倍;4街谷型建筑之间有微弱的街谷涡旋形成,其强度与街谷的几何配置和来流风向有关。     

街谷结构内流场和污染浓度场的数值模拟研究

从三维尺度出发,对6种不同几何尺寸的街谷结构内流场和污染浓度场进行了数值模拟.流场计算模型采用Spalart-Allmaras湍流模型,污染物浓度场采用与流场耦合的对流扩散方程模拟,采用有限元方法离散微分方程.模拟结果表明,街谷结构的几何尺寸对其中流场和污染场的分布有很大的影响.宽度较小,高度较大的街谷结构内流场较复杂,污染物在其中比较不容易扩散.本文对不同街谷结构内流场和污染物浓度场的分布进行了对比分析,对城市规划设计、城市气候以及城市空气质量控制等领域具有重要意义.     

海口市空气质量的特征及其与气象条件的关系

根据海口市2013—2014年空气污染物的监测数据及气象资料,研究了该市的空气质量特征及其与气象要素的关系.结果表明:海口市空气质量优良率为95%;PM_(2.5),PM_(10),O_3是该市的主要污染物,年均质量浓度分别为25.29μg·m~(-3),44.48μg·m~(-3),77.15μg·m~(-3);该市的空气质量随季节变化的特征明显,春、夏、秋、冬四季的AQI值分别为42,35,54,65;污染物的"周末效应"与北京、深圳等国内其他城市不同,表现为:周末浓度大于工作日浓度;旅游黄金周期间污染物均有不同程度增加;污染物日变化特征明显;SO_2,PM_(2.5)表现出一定的区域污染特征;NO_2,PM_(10),CO和O_3表现出一定的局部污染特征;降水、风速、风向、温度、湿度对空气质量的影响显著,在多数情况下AQI与降水、风速、温度、湿度等存在负相关,而与气压存在正相关;对典型污染过程的分析表明:PM_(2.5)受扩散条件、本地排放及外地输送共同影响,O_3浓度与蒸发量、相对湿度及风速等指标有明显关系.     

城市建筑群环境有毒有害气体扩散数值模拟

应用计算流体力学(CFD)原理和方法建立街区尺度点源泄漏扩散的数值模型,并经风洞试验结果验证其正确性.对街区建筑物扰动和两种来流风速(1.5 m·s-1,3.0 m·s-1)下近地面气云扩散过程及特性进行模拟与分析.结果表明:给定合适的计算参数,基于RNG k-ε模型和SIMPLE算法能够有效模拟复杂障碍物条件下有毒有害气体的扩散过程;近地面气云扩散受道路、建筑物布局和来流风速的影响明显,建筑物周围测点浓度同该处源距、方位、高度以及风向偏离程度存在密切联系;较大的来流风速加快气云水平输送,同时有利于浓度的稀释;泄漏停止后建筑物密集区间浓度稀释相对滞缓,可能对人群健康构成威胁.