基于能量平衡的城市热岛效应研究进展

快速的城市化过程中产生了一系列环境问题,备受关注的有水资源短缺、生态环境脆弱以及城市热岛效应等。其中城市热岛效应问题日益突出,降低城市生态环境质量和生活质量。研究城市热岛效应的产生机理对缓解这一问题具有非常重要的理论和现实意义。本文从能量平衡的角度归纳总结了以往城市热岛效应形成机理的研究,探讨研究能量平衡方程中各分量的方法并对研究成果进行归纳总结,认为应用遥感图像与气象资料相结合分析城市地表热通量来研究城市热岛效应的成因及特征在目前是非常有效可行的方法。本文认为目前基于能量平衡研究城市热岛效应还存在不足,如相关研究仅仅在少数的城市或者针对特定的季节;城市的储热通量相对被高估;应考虑如何合理地将人为热引入能量平衡方程进而研究人为热的贡献率;增加实地测量并研究提高地面观测水平的新途径和新方法来验证所得的模拟结果。     

基于能量平衡的城市热岛效应研究进展

快速的城市化过程中产生了一系列环境问题，备受关注的有水资源短缺、生态环境脆弱以及城市热岛效应等。其中城市热岛效应问题日益突出，降低城市生态环境质量和生活质量。研究城市热岛效应的产生机理对缓解这一问题具有非常重要的理论和现实意义。本文从能量平衡的角度归纳总结了以往城市热岛效应形成机理的研究，探讨研究能量平衡方程中各分量的方法并对研究成果进行归纳总结，认为应用遥感图像与气象资料相结合分析城市地表热通量来研究城市热岛效应的成因及特征在目前是非常有效可行的方法。本文认为目前基于能量平衡研究城市热岛效应还存在不足，如相关研究仅仅在少数的城市或者针对特定的季节；城市的储热通量相对被高估；应考虑如何合理地将人为热引入能量平衡方程进而研究人为热的贡献率；增加实地测量并研究提高地面观测水平的新途径和新方法来验证所得的模拟结果。
     

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。     

城市水泥下垫面能量平衡特征的观测与分析

水泥下垫面是城市各种人为下垫面类型中占比重最大的一种,且具有典型的城市化特征,其热力性质明显有别于自然下垫面,是局地天气、气候变化的主要因素之一.利用2005.7与2006.3夏、冬两季,在南京进行的城市边界层外场试验通量观测资料,初步分析了水泥下垫面能量平衡方程中各项特性.结果表明:(1)夏、冬两季水泥下垫面净辐射通量(Rn)白天差异较大,通常有100 W/m2左右,但峰值差异却仅有10 W/m2;虽然夏季夜间地、气温度高于冬季,但夏季夜间水泥下垫面向外释放的净辐射通量小于冬季.(2)由于水泥下垫面的不透水性,潜热通量(LE)通常很小,感热通量(H)则成为水泥下垫面加热大气的最主要方式.夏、冬两季H在白天表现为量值差异;夜间表现为符号差异,即夏季夜间H通常为正值,表明下垫面仍在加热大气,而冬季夜间H为负值,表明下垫面对大气起冷却作用.该特征也是夏季夜间热岛强度明显强于冬季的主要成因.(3)储热项(△Qs)成为城市下垫面能量平衡方程中主要的源汇项,无论是冬季还是夏季,水泥下垫面△Qs在能量收支过程中所占份额明显大于(H LE);而自然下垫面通常是(H LE)大于△Qs,这正是城、乡下垫面热力性质最主要的差异.     

亚热带红壤丘陵区非均匀地表能量通量的初步研究

在千烟洲站亚热带红壤丘陵区人工林生态系统,利用涡度相关技术研究了非均匀下垫面能量通量各个组成部分的日变化进程。本站能量平衡在冬季以感热通量为主,从春季开始树木进入生长季,以潜热通量为主。测站净辐射最高值冬季可达474.8W·m-2,春季达723.1W·m-2。感热通量在冬季最大值达278.68W·m-2,春季达305.02W·m-2。潜热通量在冬季最大值123.84W·m-2,春季最高达402.04W·m-2。土壤热通量一般最高值出现在午后15∶30,最低值则出现在清晨7∶00～8∶00。本站的能量平衡率一般在60%～98%。能量不闭合的原因初步认为有两个方面:①测定源的面积可能有误差;②忽略了水平对流产生的影响。从而提出了今后的研究重点。     

广州市中心城区人为热排放景观格局的时空变化

为了探究人为热排放对城市生态环境的影响,以广州市中心城区为研究区,利用Landsat数据和地表能量平衡方程,研究了2004—2020年城市人为热排放时空演变状况,结合转移矩阵和景观格局指数分析了人为热排放的时空变化特征及景观格局变化规律. 结果表明:(1)从时间上来看,2004—2014、2014—2020年的人为热排放变化分别以区域快速扩张、强度明显增强为主要特点;从空间上来看,广州市中心城区南部的人为热排放强度比北部的高. (2)人为热排放转移矩阵显示2004—2020年广州市中心城区人为热排放变化显著,低排放区面积占比的变化幅度最大(减少15.72%),其次是中排放区(增加14.51%),高排放区面积占比的变化幅度最小(增加0.28%). 由低排放区转为其他类型的比例高达97.36%,由其他类型转为中排放区的比例高达98.43%,构成了人为热排放变化的主要形式. (3)景观水平上,景观聚集度指数(CONTAG)上升,香农多样性指数(SHDI)和修正Simpon均匀度指数(MSIEI)下降,中心城区的人为热排放景观异质性增强,破碎程度提高;不同等级区人为热排放的景观格局演变具有明显差异,其中,低强度排放景观格局(低排放区、低中排放区)趋于稳定性、规则化,高强度排放景观格局(中排放区、中高排放区、高排放区)趋于破碎化、不规则化.     

城市热岛效应的成因和改善策略探究

在全球气候变暖和高速城市化的大背景下,世界上许多城市都出现了高强度的城市热岛效应,城市热环境质量日趋恶化.分析和评价城市热岛效应已成为当前城市气候与环境研究的重要内容之一,也是全球变化研究的重要方面。文章在简述城市化进程中城市热岛效应内涵的基础上,分析了城市热岛效产生的原因和危害,探讨了改善城市热岛效应的策略及意义.     

中高密度城市居住区热岛强度计算模型研究

基于城市热岛效应形成的物理过程, 采用解析法求解能量平衡方程, 构建城市热岛强度计算模型, 为考虑热岛影响的室外建筑热工设计参数修正提供基础模型。该模型包括城市地表能量平衡计算模块和城市冠层能量平衡计算模块两部分。同时, 采用全球城市热岛数据集以及西安、伯明翰、麦迪逊和巴塞尔的观测数据对模型进行验证, 结果表明, 城市地表能量平衡计算模块在郊区自然下垫面(RMSE<1℃)和城市建成区下垫面(RMSE<3.2℃)都具有较高的精度; 城市冠层能量平衡计算模块的计算精度较高(RMSE<1.5℃), 与同类型模型的计算精度相近, 并与实测结果有很好的一致性。采用观测数据验证城市热岛强度计算模型构建过程中仅保留一阶项的合理性(RMSE<0.7℃)。敏感性分析结果表明, 城市下垫面参数的敏感性受气候条件影响; 气象要素中, 风速的敏感性最高。     

加强城市热环境控制，减轻热岛效应，推动“绿色北京”建设

随着城市化的发展,世界包括中国的许多大城市普遍出现城市热岛效应增强现象,降低了人居舒适度,加剧了城市污染,危及居民健康,增大了能源消耗,影响了城市可持续发展。本文在分析北京城市热岛效应产生的主要原因和广泛借鉴有关热岛效应产生机理研究成果上,提出了"调整城市绿化考核指标,提高城市绿化生态服务功能"、"在城市规划中增加热环境控制的要求"、"实行建筑"换装"计划,推动建筑节能"以及"实施道路降温计划"等综合控制城市热环境、减轻热岛效应的具体城市环境管理政策建议。     

北京西山典型侧柏人工林热量平衡研究

热能是水分在森林生态系统中运动的主要驱动力之一,研究热量平衡有助于理解森林水文过程和森林生态系统水量平衡等问题.本研究选取北京西北部山区的典型侧柏人工林为研究对象,利用建立的气象塔和波文比系统观测热量平衡的各个分量.通过研究发现以下规律:(1)各个热量平衡分量一般都表现为净辐射＞潜热通量＞显热通量＞土壤热通量;(2)显热通量和潜热通量在夜晚为负值,在白天随着太阳辐射的增强而逐渐增强,在中午达到峰值;显热通量和潜热通量都在夏季最大,而秋季和冬季逐渐减弱,土壤热通量在日变化遵循相似的规律,但是秋冬季节始终为负值;(3)生长季生态系统所接受的净辐射绝大部分用于潜热交换和显热交换,而非生长季净辐射绝大部分用于潜热交换;(4)北京西山典型人工林热量不平衡状态是长时间存在的.热量平衡方程出现了一定的差值,这部分差值有着与净辐射相似的变化规律.通过分析北京山区热量平衡状态,表明总体上北京山区人工林是一个水汽源,显热汇.     

土壤源热泵的研究

土壤源热泵是利用媒介质取其土壤内冷能量的新型装置。在分析土壤源有关特性的基础上,研究土壤源热泵的设置及其特性的测试。     

热漏对混合热阻条件下卡诺热机性能的影响

在混合热阻条件下和卡诺热机性能分析的基础上，进一步研究热漏对循环的影响，导出了有热漏时，混合热阻条件下的卡诺热机的输出功率与效率的关系．     

浅析供热设计中几个易混淆的概念

针对供热设计工作中涉及的几个易混淆概念,结合设计中的一些体会和经验,分别阐述了对每个概念的理解.     

高温矿井热害治理与废热利用综合技术研究

本文以安徽朱集西矿为研究对象,研究高温矿井热害治理与废热利用综合技术,该技术综合热泵技术和井下制冷降温技术,在进行矿井热害治理的同时,充分回收高温矿井废热,将高位热害变成煤矿供热资源,既降低了井下降温负荷和运行成本,又将能量回收利用替代锅炉热源,节能、减排。     

对用混合法测固体比热容实验方法的改进

在该实验中,由于对加热方法进行了改进,从而减少了高温物体转移到低温物体的过程中,与外界冷空气直接接触的时间,使“热损失”大为减少.测量精度比改进前提高了几十倍,而且设备简单,操作方便.     

桑塔纳轿车散热水箱管内外传热特性的分析研究

本文对上海桑塔纳轿车用散热水箱的传热性能进行试验，依据实测数据，将管外横掠管簇的对流换热系数从传热系数中分离出来，并整理成无量纲准则式，为优化设计提供参考依据．此外，对管内外的传热特性、阻力特性进行分析，验证了目前考核散热水箱热性能指标的合理性．     

散热面积对供热温度的影响

本文通过对集中散热问题的研究,论述了散热面积对供热温度所产生的影响,提出了解决问题的意见和建议。     

利用热镜防止汽车挡风玻璃结霜的实验研究

热镜防止汽车挡风玻璃结霜实验研究表明:利用热镜玻璃可以防止冬夜汽车车窗结霜,这种方法对我国较为干燥和寒冷的东北、华北地区效果尤为显著。     

湖南地区居住建筑节能设计探讨

本文就湖南地区居住建筑的节能设计从小区规划、单体建筑、围护结构方面作了有益的探讨．     

换热器烟气侧传热特性的研究

通过计算和实验,对高温换热器的烟气侧传热特性进行了分析,得出换热器中换热管合理的纵横向间距,证明了用金属辐射网是强化高温烟气传热的有效方法,并用实验数据讨论了烟气流速及温度等对换热器综合传热系数的影响。