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《兰州大学》 2008年
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基于遥感和CFD技术的城市热环境分析与模拟

王翠云  
【摘要】: 自1818年Lake Howard对伦敦城区和郊区的气温进行对比观测,发现城区气温比其郊区气温高,从而提出“城市热岛”的概念以来,城市热环境问题一直备受关注。特别是近年来,在全球增温和高速城市化的背景下,城市热环境被认为是主导整个城市环境的要素之一,对城市微气候、空气质量、能源消费结构以及公共健康等方面产生深远影响, 城市热环境是城市空间环境中存在的热力场的综合表现,通过对城市热环境的研究可以揭示城市空间结构、城市规模的发展变化。此外,随着人们对生活舒适度、身体健康、安全程度要求的进一步提高,城市热环境已成为城市社会经济可持续发展的基础支撑条件,良好的城市热环境也是城市人居环境生态化的重要标志。提高人们对城市热环境的认识,掌握城市热环境表征因子和影响因子的空间分布以及定量研究各影响因子对城市热环境影响是实现可持续发展的重要环节。 造成城市热环境恶化的主要原因是城市土地利用/覆盖类型的变化和城市人为热释放,其中城市土地利用/覆盖类型的变化(主要表现为城市建设用地的扩展和绿地的减少)是最为首要的因子。因此,基于现有的研究技术条件,本研究首先在遥感数据的支持下,以1986年、2002年和2007年的Landsat TM/ETM+遥感影像为研究数据源,从宏观层面分析不同土地利用/覆盖类型(建设用地、绿地和水域地)与城市热环境之间的互动关系。然后,利用CFD技术从微观层面,分别以水泥和粘土作为下垫面,模拟住宅小区热场的分布状况,进一步说明不同下垫面类型对热环境的影响。在国内,作者首次尝试性的将CFD技术应用到城市住宅小区热环境的模拟,为城市热环境微尺度的模拟提供了新的思路。 不同土地利用/覆盖类型与城市热环境之间的互动关系分析的结果表明:随着温度级别的升高,建设用地面积比重明显升高,水域地的比重逐渐下降,绿地则与建设用地和水域地两者不同,呈现出先增加后降低的变化趋势。这表明建设用地在城市热环境效应中的贡献率是最大的;绿地对较低温区和中温区的贡献最大,而对低温区和高温区的影响最小;而水域地对低温区的贡献最大。 利用CFD软件对住宅小区热环境模拟的结果表明:以粘土为下垫面的温度场中低温区的分布面积明显多于以水泥为下垫面的温度场中低温区的分布面积,而以粘土为下垫面的温度场中的高温区较以水泥为下垫面的温度场高温区不仅面积上小,而且温度值也相对较低。 由此可见,绿地、水域地、粘土因其有较高的比热容和较低的热传导系数,以其作为下垫面,可以降低城市温度,改善城市热环境。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TP79

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