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。     

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。     

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。     

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.     

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.     

泉州中心城区城市热岛效应的研究

城市热岛效应一直是城市环境研究的重点。城市化进程中引起的城市热岛效应已经深深的改变了泉州市区的城市气候。城市热岛效应具有明显的时空分布特征,它的形成与城市植被、农作物等下垫面性质和城市主导风向等许多因子有关。文章通过对泉州热岛效应的时空变化现象与规律进行分析和归纳,总结出泉州热岛效应的成因特点及其与其他气象因素的相互影响,从而提出若干减弱热岛效应的措施。     

廊道结构对北京市空间热环境的影响分析

为了解决城市热岛效应对城市生态环境的影响问题，通过对北京市近3年地表温度和热岛强度反演，揭示了北京市空间热环境的时空演变规律，在此基础上，对城市道路系统、绿化带和水系与空间热环境的关系进行了详尽的研究。结果证明。城市廊道系统对城市空间热环境有明显的影响，但影响范围一般不会超过300m．这一结论对城市廊道系统的规划具有重要的指导意义。     

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.     

慢性能量缺乏症防护理论研究

慢性能量缺乏症是运动员常见症状。本研究目的在于深入了解慢性能量缺乏症影响及其防护理论的研究进展。通过相关文献的分析和归纳,本研究结论认为慢性能量缺乏是生殖系统功能失调的直接原因;“能量可用性”的引入来衡量能量平衡具有一定优势,“能量可用性”的阈值需要进一步确认。     

论邵阳市城市道路绿化的现状及发展方向

道路绿化是城市的“窗口”，建设好城市道路绿化对改善城市生态环境，提高城市生活质量起着非常重要的作用．本文通过对邵阳城市道路绿化调查，就其现状及存在的问题进行了归纳和分析，并提出了发展的趋势．     

科学绿化指标可改善城市热岛效应

近日,市科委、市园林局、市政府外办共同承办了“城市热岛效应研究国际研讨会”。研讨会旨在通过加强国内外各大城市间的学术交流,共同探索缓解城市热岛效应的技术措施,为建设最适宜人居环境和城市可持续发展献计献策。在市科委的支持下,北京市园林科研所进行的《北京城市绿化缓解城市热岛效应的研究》,首次定量分析了15年来北京城市热岛的分布、强度和变化特征,研究了城市下垫面地物特征与热岛强度的定量关系,明确了城市热岛效应的发生规律和影响因素;定量分析了城市化过程中建设用地扩张、绿色空间锐减以及实施城市绿化和生态建设后城市热…     

夏季太湖表面辐射和能量通量特征观测分析

利用太湖表面2012年6~8月的辐射和湍流通量观测资料,分析了太湖夏季晴天辐射平衡和能量平衡各组分的日变化特征。结果表明:12012年夏季晴天太湖表面向下、向上短波辐射和向下、向上长波辐射日平均值分别为282.6、19.5、425.8、478.6 W/m2,反照率日平均值为0.05;2夏季晴天净辐射、感热通量、潜热通量和热储项日平均值分别为210.3、3.8、121.8、5.7 W/m2;3夏季晴天感热通量白天为负最小值为-13.4 W/m2,夜间为正最大值为17.3 W/m2。潜热通量晴天白天最大值达到216.6 W/m2,是能量平衡分配的主导;与陆地下垫面不同的是,夜间潜热通量仍保持正值。热储项白天为正,夜间为负,约60%的能量以潜热的形式消耗。天气过程出现时,湖体稳定的正温层被打破,累积热储项急剧减少。     

应用玻印亭矢量和乌莫夫矢量分析电机中的机电能量变换过程

本文应用玻印亭矢量和乌莫夫矢量分析了电机中机电能量变换过程的物理实质,并从能流密度通量的角度导出了电机的能量平衡方程,以及有功和无功功率及损耗、电磁力矩的数学表达式。     

植被、不透水面、水体对喀斯特城市地表热场影响

针对桂林喀斯特城市快速扩展所引发的热环境和热岛问题,对1989年和2006年TM卫星图像利用模型反演地表温度、植被指数NDVI、不透水面率ISA 和水体指数MNDWI,分析植被、不透水面、水体等3个因素时间和空间变化对地表热场的影响机理。结果表明,地表温度与 NDVI、MNDWI呈明显的负相关关系,与ISA 呈明显的正相关关系;1989—2006年研究区 NDVI大于0.4的中高植被覆盖区由76.89%大幅度降低到32.65%,NDVI低于0.2的无植被覆盖区由4.01%大幅度升高至17.15%,水体面积由3.87%降低到1.95%;ISA 大于0.9的高不透水区域由12.1%大幅度升高至32.1%,导致地表温度高温区和次高温区由7.9%大幅度升高至15.9%,低温区和次低温区由61.8%大幅度降低到38.9%,热岛现象明显增强。连续大面积的不透水面是产生喀斯特城市热岛效应的直接原因,而喀斯特山峰植被、城市林地与行道树、城市中江湖等较大水体,对喀斯特城市热岛效应的缓解具有非常重要的作用。
     

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.     

加强林业生态系统的保护

林业生态环境是人们生存发展和社会经济增长的基础,林业生态环境承担着林业产品的供给和平衡生态环境的作用,对其进行保护将对整个资源环境都有着极其重要的影响。本文对我国林业生态环境目前的现状进行了分析,并对我国林业生态环境建设中存在的问题进一步进行了阐述,同时对提高我国林业生态环境保护的具体措施进行了归纳性的总结。     

采用Cattaneo-Christov热通量模型的Casson流体作磁流体流动研究

研究了Casson流体作磁流体(MHD)流动与传热现象,能量方程采用Cattaneo-Christov热通量模型。采用恰当的相似变换将偏微分控制方程转化为高阶非线性耦合常微分方程,并通过打靶法进行数值求解,图示并详细分析了不同物理参数对速度、温度分布、表面摩擦系数及局部Nusselt数的影响。结果显示,随着Casson参数或Hartmann 数的增大,速度下降而温度增加;与采用经典的傅立叶热传导定律相比,采用Cattaneo-Christov热通量模型得到的温度和边界层厚度均比较低。