6种城市下垫面热环境效应对比研究

选择6种具有代表性的城市下垫面(沥青路面、水泥路面、荷兰砖地面、草地、嵌草砖地面、大理石地面)作为观测对象,基于热红外成像技术对其地表温度特征进行观测,系统分析不同城市下垫面地表温度的日变化以及季节变化特征,并利用不同下垫面温度的时间标准差、空间标准差及时空数据标准差定量揭示城市不同下垫面地表温度的时空变化特征,对比研究不同下垫面的热环境效应,结果如下。1)不同下垫面地表温度的日变化一般呈先上升后下降的单峰形态,草地地表温度在不同季节的日变化波动差异较大。沥青的地表温度在全年均为最高,对热环境的影响较大;嵌草砖和大理石在全年的温度均较低,对热环境具有较好的缓解作用,且缓解作用在夏季最显著。2)不同下垫面地表日均温度全年均高于大气温度,表明城市下垫面对大气在一年中都有加热作用。3)气温、太阳辐射以及空气相对湿度对下垫面地表温度的影响均较为显著;气温和太阳辐射与下垫面地表温度之间呈正相关关系,对下垫面以增温作用为主;空气相对湿度与下垫面地表温度之间呈负相关关系,对下垫面增温起抑制作用。4)嵌草砖的热环境稳定性较草地和大理石要好;沥青路面的温度变化特征最能代表本研究观测区域下垫面地表温度的时空变化特征。研究结果对了解城市不同下垫面热环境具有一定参考意义,可为缓解城市热环境提供科学依据。     

韶山市城区人为热影响下的热环境数值模拟

以韶山市城区的热环境为研究对象,利用Gambit软件建立了该城区建筑群的物理模型。分析了影响城区热环境的四种人为热源,通过Fluent软件模拟出夏季不同人为热影响因素作用下的城区热环境;并分析这些因素的影响程度。模拟结果表明:人类新陈代谢、工业、空调和交通四种不同的人为热对城区热环境有不同程度的影响,其影响程度大小依次为空调排热、新陈代谢排热、工业排热、交通排热,其中交通排热主要对路面周围热环境有影响。研究结果可以为改善城区热环境、缓解热人为热导致的热效应加剧提供参考依据。     

城市化对区域温度的影响及对策研究——以深圳市为例

通过运用滑动回归法和距平法分析深圳市气象台及广西玉林市气象台1961~2001年的气温资料,来探讨城市化对区域温度的影响,分析影响深圳市城市化进程中温度升高的四个因素:城市化进程中下垫面性质的改变、人为热和大气污染、城市规模和形状、高低压气团等其他原因.提出:大力增加城市绿化投入,提高城市绿地覆盖率、合理规划城市建筑、适当保留和增加城市水域面积、控制人口数量,减少人为热四个相应的解决对策.     

人为热对城市冬季降水的影响

城市人为热在冬季的气候效应比夏季更为显著，该文通过气象研究与预报(WRF)模型内置人为热揭示了人为热对城市冬季水热环境的影响机制，进一步利用大尺度城市能(LUCY)模型计算得到了北京地区高时空分辨率的人为热数据，将其耦合到WRF模型中，研究了北京地区人为热对降雪的影响，并与已有关于人为热对夏季降雨影响的研究结论进行对比分析，指出了人为热对夏季及冬季降水影响的不同之处。结果表明，人为热增加对冬季气温的影响幅度无明显阈值，但在空间的影响高度上存在阈值。人为热对夏季和冬季降水的影响机制不同，对夏季降水的影响范围和量级较大，影响机制较为复杂，而对冬季降水的影响主要集中在城市内部，主要影响降水相态。     

城市化进程对漳州市气温变化影响的主分量分析

为进一步了解城市化与气温变化的关系,选择福建省漳州市1961-2013年的气温观测资料(平均气温、平均最高气温、平均最低气温)以及漳州市2001-2013年的统计年鉴资料(选取10种代表城市化发展的指数),运用线性趋势、主分量分析、相关分析等方法,研究多年来漳州地区的气温变化趋势、城市化进程以及两者之间的关系。研究发现,漳州市气温均随时间呈上升趋势,其中年平均最低气温变化率最大,其次是年平均气温;随着城市不断发展,对漳州气温产生影响的城市化因素依次是人口数量、城市的生活水平、下垫面水平和工业发展;城市发展前期城市化指数与气温要素均呈正相关,但在城市发展中后期,年平均气温及年平均最高气温的变化曲线均为下降后上升,且年平均最高气温的变化率明显较大。     

安庆江滩公园不同下垫面夏季温湿度调节效应研究

目的 为定量分析城市滨水带状绿地不同下垫面温湿度调节效应,选取安庆滨水带状绿地江滩公园为研究 对象,分析不同下垫面与降温增湿强度之间的关系,旨在为城市滨水带状绿地规划提供理论依据。 方法 于天气晴 朗夏季,选取 6 种下垫面(草地、乔草、乔灌草、水体、硬质铺装、建筑)为研究对象,以开阔的无植被区域作为对照, 测定温度、相对湿度、风速,比较不同下垫面之间降温增湿作用的差异。 结果 6 种下垫面均具有降温增湿作用,温 度日变化呈现出“单峰型”变化规律,湿度日变化呈现出 U 型变化,且各类型下垫面均在中午 11 ∶ 00—13 ∶ 00 达到 高温低湿状态,其中乔灌草与乔草两种下垫面与对照点之间的温湿度差异显著,水体与对照点之间的湿度差异极 显著,温度差异不显著,草地、硬质铺装、建筑与对照点之间的温湿度差异均不显著。 此外,不同类型林地中常绿阔 叶林降温增湿作用最为明显。 结论 不同类型下垫面表现出不同的调节作用,植物群落与水体能有效改善周边环 境小气候,该结果对合理配置滨水带状绿地植物具有实践指导意义。     

基于WRF-LUCY模型的冬季集中供暖对局地气候的影响

快速的城市化发展通过改变下垫面影响了区域的陆气过程,同时高密度、高强度的人类活动带来大量的人为热排放,加剧了城市局地气候变化。分析人为热及其动态变化对城市局地气候的影响,对探究城市陆气过程具有重要的科学价值。该研究在中尺度气象模式(WRF)中考虑人为热估算模型(LUCY),选取北京地区为研究对象,对比分析了在WRF中是否考虑高时空精度的人为热带来的差异,并以冬季集中供暖为例分析了大量人为热集中释放对局地气候的影响。结果显示:采用WRF-LUCY模型的模拟结果在各气象要素变化以及城乡环流中均有较为合理的表现;集中供暖前后的人为热变化导致空气温度骤增且快速达到新的稳定状态;气温的升高幅度在夜间较大,日间较小。该研究为城市局地气候模拟提供了可靠的工具,为城市能耗规划和环境改善提供了科学依据。     

城市发展对区域气象环境影响的数值模拟:以苏州为例

本文采用中尺度天气模式WRF(Weather Research Forecasting Model),以苏州地区为例,对稳定天气过程下的城市热岛效应进行了数值模拟(2007年7月31日-8月2日).利用Landsat卫星观测的1986年、1995年、2004年、2006年下垫面资料进行了敏感性试验,分析了城市化导致的城市下垫面变化对城市气象环境的影响.结果表明,在这次高温过程中,城市气温一直较郊区高,高温区随着城市扩展而扩大;城市化对郊区气温影响较小,而城市气温会有所增长,且夜间较明显;随着城市的发展,城市热岛强度也随之增长,在夜间增长显著;由于城市下垫面的特征,城市中上升气流区与下沉气流区顺着风向成条带状相间分布,这表明在城市中可能存在水平对流涡旋,并且随着城市的发展,水平对流涡旋强度有增强的趋势.     

基于Budyko假设的三江源径流变化特性及量化分离

根据1956—2012年气象和水文站点的降雨、气温、蒸发等实测和相关数据,采用线性趋势法、非参数Mann-Kendall法和Spearman法,分析了三江源地区降雨、气温、NDVI（归一化植被指数,normal difference vegetation index）和径流变化特征,并采用基于Budyko假设的互补关系权重因子法量化分离气候和下垫面对径流影响。结果表明,长江源和澜沧江源降雨量呈显著增加趋势,三江源气温呈显著增加趋势,黄河源NDVI呈显著增加趋势。长江源、黄河源和澜沧江源径流量10年变化幅度分别为6.54亿m3、-2.05亿m3和1.54亿m3。所使用的互补关系权重因子法不仅可以准确地计算出径流年均值的变化,并且量化分离时无需假定气候和下垫面变化对径流变化具有相同的贡献特征。总体来说,长江源、黄河源气候和下垫面变化对径流的影响为正贡献;但是澜沧江源（权重因子）等于1.0时下垫面变化对径流的影响为正贡献,而为0.5 和0时下垫面对径流的影响为负贡献。长江源、黄河源和澜沧江源气候变化对径流的贡献分别为55.21%~92.85%、52.47%~68.50%、89.91%~124.58%。三江源径流变化主要受到气候变化影响,降雨量是气候变化影响径流的主要控制因子,植被覆盖是下垫面变化影响径流的主要控制因子。     

上海城市人为灾害与复合生态环境因子的灰色关联分析

城市人为灾害是个灰色系统．应用灰色系统理论，对上海城市人为灾害及其高发区与复合生态环境因子的关系，作灰色关联分析和加权关联分析．结论表明：城市人口文化素质对人为灾害影响程度最大，人口密度的影响程度次之，再依次有影响程度的为：道路干道密度、公共管线状况、房屋占地比率、绿被率等．这一结论对城市人为灾害的深入探索和研究，以及防灾减灾具有重要价值和意义．     

基于遥感的上海城市热岛效应与植被的关系研究

选择2001年3月和7月上海地区的陆地卫星ETM+影像,利用ETM+热红外亮温计算模式将6波段影像灰度值转换成像元亮温,由此直接表征地表温度分布,对城市亮温热岛的空间分布特征、强度变化及其相关影响因素进行了概括.通过提取归一化植被指数(NDVI),并基于统计方法对不同下垫面类型的局域亮温和NDVI进行回归分析,一致证明亮温与植被水平呈明显负相关,且植被降低下垫面温度的效果夏季强于春季;对回归方程斜率的比较又揭示出植被对地面温度的影响受下垫面用地类型结构的制约;增加相同水平的植被,夏季白天降温程度在植被面积占优势的地区不及非植被或少植被区.建议应根据不同类型的下垫面环境进行针对性的植被规划.     

2002-2018年北京市通州区城市热岛(冷岛)效应时空分异规律及其影响因素

北京市通州区于2015年正式成为首都市副中心。截止至2018年,已有大量的人口、工业、商业迁入通州区,使得人为活动大大增加。人为活动以及下垫面的变化会影响通州区地表温度的时空分布。为了给通州区今后的发展进行指导,本文通过MODIS数据和气象数据,得到北京市通州区城市热岛（冷岛）效应的时空分异规律,分析了地表温度和归一化植被指数（NDVI）及气象要素之间的关系。结果表明：北京市通州区1951~2018年的四季气温呈显著上升趋势;城市热岛（冷岛）与环境要素关系密切,归一化植被指数与地表温度呈显著负相关,这表明通州区的植被分布对热场具有调节作用;城市热岛比例指数与平均气温、平均相对湿度呈负相关（相关系数分别为0.012和0.119）;城市冷岛比例指数与平均气温、最大风速呈正相关（相关系数分别为0.186和0.089）。说明随着通州区平均气温的升高,通州区热岛现象减弱,城市冷岛现象增强。通州区最大风速的增加对城市冷岛现象有增强作用。通州区平均相对湿度的增加对城市热岛现象有削弱作用。可见该研究结果可以为北京市通州区城市规划和生态城市建设提供依据。     

苏州古城区地面温度分析及在城市规划中的作用

利用ASTER热红外遥感数据,定量分析了苏州市古城区地面温度分布特征,研究显示：2005年春古城区白天地面温度差异在15℃以上,按影像像元值的空间聚集情况,城内地面温度可分为高、中、低3个等级区。结合实地调查与QuickBird影像判读,分析了城区地面温度空间变化与下垫面植被、水体及建筑物分布的对应关系,发现城内地面极端高温位于露天体育场,极端低温位于护城河道最宽部位。在此基础上分析了古城区热岛效应对居民生活环境及古城文化遗存的影响。降低古城区人口密度、清理民宅外围临时搭建、进行气流廊道的研究与建设、进行自行车专用道路建设以及合理绿化是缓解古城区热岛效应的有效措施。     

珠三角城市化对大气边界层特征影响的数值模拟

利用WRF/UCM模式对珠江三角洲2008年秋季一次大气污染过程的气象场特征进行模拟。在模式中针对下垫面类型数据和人为热通量来设置敏感性试验以探讨城市化对大气边界层特征的影响。研究结果表明:城市化发展(包括城市土地利用类型的改变以及人为热通量的加入和增加)均能增强城市热岛效应和干岛效应,使夜间地面逆温现象更加显著,地面污染物容易积累;地表粗糙度的增加使风速减小,城市化使热岛环流增强,污染物难以扩散,这也是造成空气污染事件的原因;同时城市的发展能抬升白天和夜晚的大气边界层高度。     

石家庄市主城区热岛特征及变化分析

城市热岛效应是城市化进程带来的突出问题。基于Landsat数据和辐射传导方程法反演出地表温度,分析2004-2020年石家庄市主城区热岛变化,结合土地利用和标准差椭圆得出热岛扩张情况,并研究地表温度与归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)、建筑指数(Normalized Difference Built-up Index,NDBI)和温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI)的相关性,为国土空间优化布局提供理论依据。结果表明,2004-2020年平均地表温度、最低地表温度均有所升高;热岛主要集中在市中心、鹿泉区、藁城区和栾城区的城镇点,以及铜冶镇,建筑用地和热岛扩张趋势一致,并向着西北和东南方向扩张;地表温度与NDVI呈现负相关,与NDBI、TVDI呈现正相关,建筑用地是地表温度升高的主要因素之一,植被覆盖度和地表湿润度可以调控地表温度。     

基于Landsat数据的昆明地区热岛效应分析

利用Landsat TM数据,对昆明地表温度进行反演,在此基础上分析了昆明地区热岛效应强度以及空间分布;定量研究了地表温度和植被指数的相关性。结果表明,地表温度与下垫面类型密切相关.初步探讨了降低热岛效应和改善热环境的途径;填补了昆明地区基于遥感城市热环境研究的空白。     

福州核心区对城市热岛效应的影响

采用定量遥感与GIS相结合的方法,利用福州市1988、2000年和2009年遥感影像,提取城市核心区,划分城市热岛效应区,定量分析福州市热岛效应区强度变化和空间结构变化．研究结果表明：1988、2000年和2009年,福州市城市核心区与非城市核心区的温度平均值差值分别为3．67、3．70℃和4．34℃,温度平均值差距增大,城市热岛效应显著增强;1988年福州市热岛效应区呈现双中心空间结构,2000年趋于多中心空间结构,2009年趋于集中连片分布．基于城市核心区进行城市热岛的提取与划分,可以显著提高研究精度,为城市热岛研究提供新的思路与方法．     

福州核心区对城市热岛效应的影响

采用定量遥感与GIS相结合的方法,利用福州市1988、2000年和2009年遥感影像,提取城市核心区,划分城市热岛效应区,定量分析福州市热岛效应区强度变化和空间结构变化.研究结果表明:1988、2000年和2009年,福州市城市核心区与非城市核心区的温度平均值差值分别为3.67、3.70℃和4.34℃,温度平均值差距增大,城市热岛效应显著增强;1988年福州市热岛效应区呈现双中心空间结构,2000年趋于多中心空间结构,2009年趋于集中连片分布.基于城市核心区进行城市热岛的提取与划分,可以显著提高研究精度,为城市热岛研究提供新的思路与方法.     

结霜工况下平行流换热器的换热性能

测试了平行流换热器在结霜工况下的换热性能.研究了换热器的换热面积及表面换热效率随霜层厚度的变化,并采用对数平均温差（LMTD）法对结霜状况下霜层表面的换热系数进行了计算.结果显示,当霜层厚度达到0.4 mm时,换热器的换热面积下降18%左右,表面换热效率下降17.42%～24.78%;而换热系数的降低是换热器性能降低的重要因素,试验中换热器的换热系数均下降50%左右,百叶窗的霜堵是导致换热系数降低的主要原因.     

转轮式全热回收器的数学模型与变工况性能分析

建立了转轮式全热回收器的数学模型,与现有文献对比验证了该模型的正确性,并利用此模型研究了迎面风速、新排风比、新风温度(含湿量不变或相对湿度不变)、新风含湿量的变化对转轮热回收效率的影响.结果表明,随迎面风速的增大,转轮的显热效率、潜热效率与全热效率均降低;随排风量与新风量之比增大,或新风温度的升高(相对湿度不变时),转轮的显热效率、潜热效率与全热效率均增大;随新风温度的升高(含湿量不变时),转轮的显热效率增大,潜热效率与全热效率降低;随新风含湿量增大,转轮的显热效率不变,潜热效率与全热效率升高.