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.     

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.     

广东龙门地区草地下垫面地表辐射和能量平衡观测和分析

 利用2009年9月-2010年1月在广东省龙门县收集的涡动相关观测资料,比较了广东龙门地区草地下垫面秋、冬季不同天气条件下的地表通量特征。发现地表辐射平衡分量和能量平衡分量都存在明显的月际变化。典型晴天下辐射通量除长波辐射外均表现为标准的单峰日循环形态。在阴、雨天,辐射通量日变化曲线波动大,出现双峰甚至是多峰的形态。地面长波辐射略大于大气长波辐射,两者的差值在雨天、阴天、晴天依次增大。在辐射平衡中,地面长波辐射贡献最大,大气长波辐射次之,再依次为太阳短波辐射、净辐射和反射辐射。与晴天相比,阴天潜热、感热均减少。与秋季相比,冬季潜热减少,感热增加。在晚上存在负水汽输送现象。降水天里地热流量全天为负值,土壤从深层向地表释放热量。无论晴天还是阴天,地表和浅层土壤温度都表现为准正弦曲线。土壤温度的活动层基本在10cm土壤层内,各层土壤温度峰（谷）值出现的时间随着土层厚度增加而延迟,10cm以下土壤温度几乎无日变化特征,雨天时地面和浅层土壤温度呈下降趋势。各层土壤温度不仅跟天气状况有关,晴天高于阴天,还存在秋季地温度高于冬季的季节变化。     

河道型水库区下垫面改变对局地降水量影响

河道型水库区下垫面改变对局地降水的影响是修建大型水库时需要考虑的主要问题之一,深入研究此问题利于对水库区未来气候变化进行预警和及早采取应对措施.依据能量平衡和水分平衡,推导出了下垫面改变导致局地年均降水量变化的计算公式,并把该公式应用于三峡库区.结果表明:库区蓄水后年均降水量相对于蓄水前有所增加,但增加量不大,局地年均降水量增加量计算值与库区气象站监测结果较为接近.     

城市水量平衡模型分析与计算

随着城市水资源供需矛盾加大、城市给排水一体化进程的加快,水量平衡为设计和运行集成水管理提供了良好的起点.在城市水量平衡模型分析过程中,首先分层次建立了城市水系统模型,通过室内、室外、管网子系统的叠加形成城市综合水系统模型;其次从环境、经济和社务服务方面,提出了衡量城市水量的评价指标;第三,开发层次模型水量分析程序,并以SH城市水系统的原始数据为例,初步分析了SH市城市水系统中的水量问题.结果证明城市水量平衡模型的开发具有实用性和可操作性.     

高层建筑受下垫面热辐射的理论计算模型

在合理假设的基础上,建立高层建筑受下垫面热辐射的物理数学模型.通过理论分析,得出高层建筑受下垫面热射辐射量的理论计算关系式.下垫面对高层建筑的热辐射随其距高层建筑水平距离的增加而迅速减少,存在一个有效的辐射范围,它仅与高层建筑的高度和半径有关.在该范围内对下垫面进行处理,可有效地减少或增加下垫面对高层建筑的热辐射.     

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。
     

夏季工况双层皮玻璃幕墙综合传热系数计算模型

选取适用于夏热冬冷地区的箱体式双层皮玻璃幕墙作为研究对象,建立物理模型.分析该形式幕墙的传热机理,建立能量平衡方程,并给出方程中玻璃和遮阳装置总吸收率以及等效辐射换热系数的计算公式.采用CFD(computational fluid dynamics)方法确定了通风腔中的平均气流速度.结合传热机理,分析了其热阻的构成,给出了总热阻的计算方法,最后求得综合传热系数.     

体积功模型与计算研究

对物理化学中涉及的体积功计算问题进行了比较深入的探讨和分析，给出了一种物理概念清晰的平衡与非平衡过程模型及体积功计算方法．     

北京市不同下垫面类型对热岛效应及人体舒适度的影响

下垫面的热惯量差异是产生城市热岛效应的直接原因,不同下垫面对热岛的影响也不相同,而热岛效应的存在对人类舒适程度及健康均产生影响.本文主要研究不同下垫面类型对北京市热岛效应的影响,以及基于热岛效应并综合温度、气压、湿度等方面对人体舒适度进行评价.通过对小尺度范围内五类单一性质下垫面对地表温度变化影响以及一定区域内复合类型下垫面对人体舒适度影响进行研究,实验表明:水体、林地、草地、裸地等下垫面对热岛效应有缓解作用,一定程度上提高了人体舒适度.水泥地面、建筑区等硬化下垫面对热岛效应起到加剧作用,降低了人体舒适度.     

城市热岛效应对城市规划的影响

在综合分析城市热岛效应的基础上,论述了城市热岛效应对城市规划的影响。城市热岛效应是城市化形成的特殊城市气候,是现代都市的典型气候特征之一。城市热岛效应具有明显的时空分布特征,它的形成与城市下垫面性质和城市能耗等许多因子有关。城市热岛效应对城市空气动力学、城市森林规划、城市色彩规划、城市能源规划以及城市规模等方面都具有极大的影响。城市规划部门和有关专家应根据城市热岛效应的形成机制及其时空分布特征,制定合理的城市规划,以期最大限度地消除或缓解城市热岛效应,实现经济、社会和自然的和谐发展。     

兰州城市气候变化及热岛效应分析

本文对兰州城市气候与“热岛效应”进行了综合分析。结果表明：兰州城市“热岛效应”使城区年平均气温升高约１℃；使城、郊温差增加１．０￣１．４℃；城市“热岛效应”主要使２００ｍ以下近地层大气夜间至早晨明显增温。市内年平均相对湿度比同期郊区相对湿度降低５％￣８％；市内年蒸发量比郊区增大２５０￣４８０ｍｍ，表现出明显的城市“干岛效应”；市内年平均风速比５０年代减小近５０％，而郊区年平均风速比６０年代显著增大     

惠州城市热岛效应变化特征

基于惠州城市和乡村1962-2008年逐日定时和2005-2008年逐日逐时的气温资料,利用统计分析软件SPSS和突变检验方法Mann-Kendall统计分析了惠州城市热岛效应的变化特征及对城市气温变化的影响。结果表明:(1)惠州城市热岛强度具有明显的季节、月和日变化特征,无明显的周变化特征;上半年城市热岛强度明显低于下半年,四季中秋季最高、春季最低;日间一般为负值而夜间为正值,城市热岛强度最大出现在秋冬季节的夜间,最小出现在冬季的午间。(2)惠州年和四季平均城市热岛强度呈逐年显著上升的趋势,城市热岛效应对城市气温上升具有明显作用,城市热岛效应是城市年平均气温日较差呈下降趋势的一个重要原因。     

城市热岛效应研究进展

现有研究表明城市热岛效应广泛存在.文章较系统地回顾和总结了近年来国内外在城市热岛效应研究方面的新进展、研究方法、分析模型等,展望了城市热岛效应研究的广阔前景.     

上海市城市热岛效应的时间多尺度特征

取上海市区各站点的平均温度与近郊站点的温度之差作为衡量城市热岛强度的指标,利用上海市城区和郊区的6个Davis自动气象观测仪每小时观测的记录,对2000年的温差序列进行小波变换,分析上海市城市热岛强度时间-频率的多时间尺度的演变规律.结果表明：小波分析能在波幅的时间-尺度图上进行宏观分析,低频小波波幅的发展、加强与城市热岛的强弱相对应.上海城市热岛的周期变化在时间域上分布不均匀,冬季热岛变化以14 h和26 h尺度为主,而夏季以12 h和28 h尺度较为明显.同一尺度上冬季上海市热岛强度变化明显,变化幅度大（热岛强度最大达5.6 ℃）,相对应的波的振荡频率快,振幅较大;夏季反之.     

遥感监测城市热岛强度及其作为生态监测指标的探讨

“热岛效应”现象是现代城市气候的主要特征之一。利用TM卫星遥感数据的分析结果,根据地理相似准则,提出以相对亮温来表示热岛强度,并将此无量纲因子应用于比较不同城市同一的不同小区;或同一小区不同时期中的热岛强度的差异,以此探讨利用遥感技术监测城市热岛强度的可能性。并提出将城市热岛强度作为城市生态环境状况的监测指标之一。     

临汾市城市热岛特征分析

利用气象资料分析了1996—2005年临汾市与周围16个县之间热岛强度的布局和变化特点,描述了临汾城市热岛效应的动态演变过程,指出1996—2005年期间,临汾地区城市热岛效应呈现出逐年增强的趋势,临汾地区月平均热岛强度最大的为2月,热岛强度最小的为12月,临汾地区日平均热岛强度在凌晨02时最高,午后14时最弱。     

基于TM数据的合肥市城市热岛效应研究

城市热岛的空间分布与其下垫面环境极其相关。基于Landsat TM数据反演出合肥市市区地表温度;并分析合肥城市热岛分布、变化情况以及城市地表温度与其下垫面土地覆盖类型之间的关系。对合肥市市区2007年7月17日的地表温度分布图的分区统计显示出较大的温度差异:城镇用地具有高的平均温度(31.19℃),自然地表具有较低的平均温度(30.15℃),而水体的平均温度更低(26.88℃)。分别用%ISA(不透水面率)、NDVI值和MNDWI值来提取城市的不透水面、植被和水体信息;并对地表温度与%ISA、NDVI、MNDWI进行回归分析。结果表明,地表温度与%ISA和NDVI值有较好的相关性。