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《兰州大学》 2011年
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城市水体布局变化对局地大气环境的影响效应研究

轩春怡  
【摘要】:水体是城市规划中的典型要素,也是城市下垫面中不可或缺的覆盖类型之一。城市下垫面状况在一定程度上决定城市大气物理环境的特征,在城市区域增加水体等自然地表有利于城市的降温、增湿、促使局地流场发生变化,改善局地微气象条件。以往对于水体的小气候效应研究多集中于观测试验,尤其是研究大面积河流、湖泊的气候效应较多。对受人类活动严重影响的城市化地区,包括中心城区内水体小气候效应的观测与分析,近年才引起关注。有关城市水体布局的影响效应研究方面的文献更不多见。 本文从研究城市下垫面中水体与城市局地气候关系出发,以北京市为例,首先针对北京市水体展开小气候观测试验,利用观测资料分析了水体周边区域和商业区、交通区温度、湿度的差异;其次基于遥感技术分析了水体自身的热环境特征及其对周边热环境的影响;最后采用数值模拟手段模拟分析了水体布局为集中型和分散型,水体面积占有率分别为4%、8%、12%和16%的条件下,理想城市大气温度、湿度、风速及扩散条件的变化特征,给出了定量分析;并以北京市城市湿地规划方案为例,模拟分析了水体增加前、后城市大气环境的差异。归纳起来主要研究结果有下列几方面: (1)北京城市水体的小气候观测试验表明:水体对周边区域的降温、增湿有一定的贡献。水体周边地区各月平均气温较交通区、商业区偏低,偏低幅度基本在0.5。C以上;水体周边地区月平均相对湿度较普通地区高10%左右;商业区由于人为热释放多、不透水地面比例高、热容量小,是白天高温持续时间最长,湿度最小的区域;水体和绿地结合的方式,更能发挥水体的小气候效应。 (2)遥感反演结果显示:在城市区域,一年四季无论是白天还是夜晚,水体均具有“冷湖效应”。由于水体的存在,其周边约400m范围内的建筑区(城市地表)地表温度均有明显的下降。100m范围内建筑区地表温度下降1.2℃;100-200m范围内下降0.6℃;200-300m范围内下降0.4℃。仅受绿地影响时,绿地周围仅100m范围内的建筑区地表温度有所下降,下降幅度为0.4℃,100m外建筑区地表温度已不受绿地影响,基本没有改变。 (3)理想城市典型水体布局的数值模拟结果显示:①随着城市水体面积的增加,无论分散型或集中型布局,都在一定程度上使城市气温降低、湿度增加、平均风速增大、热岛强度减弱、空气污染物扩散能力增强。比较而言,分散型水体布局对城市区域微气象环境的影响更为显著。当水体面积占有率从4%增加到16%,分散型布局将使城市区域内夏季日平均气温降低0.37℃,日平均相对湿度增加7.26%,日平均风速增加0.16m/s。并且,当水体面积占有率增加到12%时,其影响率最明显,之后,水体面积的再增加对环境的改善程度不再那么明显,即不如面积从4%增加到8%,再增加到12%时显著。②分散型水体布局更能有效地缓解城市夏季的高温、改善城市热岛状况。当水体面积占有率从4%增加到16%,夏季平均热岛强度降低25%,强热岛范围减小24%。相当于水体面积每增加1倍,平均热岛强度以0.2℃的速率降低。③随着城市水体面积的增加,无论是分散型水体布局还是集中型水体布局,都会加强城市空气污染物输送扩散的能力,但以分散型水体布局更佳。在分散型布局下,水体占有率从4%增加到16%时,城市的大气扩散能力将增强11%。当水体面积占有率从4%增加到8%,城市小风区范围减少近一半。 (4)北京市湿地规划方案的数值模拟试验分析表明,规划方案实施后,由于市区内水体面积的增加,在增加水体区域的上风方2km,下风方4km范围内有较明显的降温、增湿效应,风速也有所增加。单块面积小于0.25 km2的水体对周边环境的影响不明显,但多块、密集分布的小面积水体会对其周边大气环境产生显著影响。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P461

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