我国沿海地区城市群可持续发展问题探析--以山东半岛城市群为例

提出我国沿海地区城市群在实现可持续发展过程中所面临的问题,并以山东半岛城市群为例,从地区的经济结构、生态环境、资源利用、基础设施等方面,分析制约其可持续发展的因子,最后提出了几点看法,建议。     

单次极端高温过程中城市热岛效应的识别

利用高密度自动观测站逐时气温资料和NCEP再分析资料,按照客观的标准选择参考站,分析2010年7月2~6日北京一次极端高温过程中城市热岛强度(IUHI)对城区地面气温时空分布的影响。此次高温过程连续5日的日最高气温均超过35.0°C,为北京站1951年以来连续5日平均最高气温的最高值。大陆暖高压控制我国大部分地区,北京处于高压脊前,西北气流下沉增温,加之气流越山引起的焚风效应,是导致此次极端高温过程发生的环流背景。但受城市热岛效应影响,最高、最低和平均气温的空间分布均出现了以城区为中心的高值区,从城区中心向郊区平均IUHI逐渐减小,最低气温IUHI较大,四环线以内5日平均IUHI达到2.93°C,四、五环线之间1.87°C,五、六环线之间1.43°C;最高气温IUHI较小,但四环线以内,四、五环线之间和五、六环线之间5日平均IUHI仍分别达到1.45°C、0.96°C和0.72°C。在7月3~6日夜间,四环内IUHI极值均在3.00°C以上,特别是7月6日凌晨达到5.50°C;白天IUHI相对较小,其中2日早晨甚至还出现了负值。城区各地带IUHI日变化规律几乎同步,具有两个相对稳定阶段和两个快速变化阶段。稳定的强IUHI阶段从21:00(北京时间,下同)持续到次日05:00,稳定的弱IUHI阶段从08:00至18:00;05:00至08:00是IUHI快速衰减阶段,而18:00至21:00是IUHI快速上升阶段。因此,城市热岛效应对北京城区夏季单次极端高温过程的强度及其空间分布具有显著影响,在很大程度上加重了城区特别是中心城区的高温影响。     

夏季长三角城市群热岛效应及其对大气边界层结构影响的数值模拟

利用WRF/Noah/UCM模拟系统对长三角地区城市群进行了2003—2007年共5个夏季的高分辨率数值模拟,研究了夏季长三角城市群热岛效应及其对大气边界层影响。开展了2组平行的积分试验,控制试验为MODIS遥感资料给出的地表特征分布,敏感性试验将长三角地区的城市表面改为农田类型,其他与控制试验完全相同。两组试验的对比分析表明城市群热岛存在明显的日变化特征,热岛效应白天向上发展较高,夜间地表热岛强度明显增强。城市热岛导致午后城市上空产生强烈的局地上升气流,从而使得低层大气以补偿流的形式向城市辐合,然而在夜间上升运动很微弱。伴随这种热力状况的日变化,大气边界层高度也存在明显的日变化,白天增高,夜间降低。同时,白天城市边界层内风速明显减小,夜间地面风速减小加剧,但夜间边界层顶风速却有所增强。另外,城市化还会导致“城市干岛”现象,且其白天强度大于夜间。     

不同类型冷却屋顶方案对城市群热环境的缓解效果

利用耦合单层城市冠层模型的中尺度数值模式WRF/UCM,选取8组不同反照率和绿化比例的屋顶冷却方案进行敏感性试验,模拟研究不同冷却屋顶方案对长三角城市群2013年夏季城市热环境的影响,并分析其影响机制.结果表明:不同冷却屋顶方案对城市群热环境的缓解效果与屋顶参数之间呈很强的线性关系.高温热浪天气下,H R 4(反照率为...     

一种新的城市SO2污染统计预报方法及其应用

针对目前采用的统计方法存在的不足, 即在选择预报因子时没有考虑预报因子之间的相关性, 挑选的预报因子由于非正交, 使回归计算的结果不稳定, 给计算带来一定的误差。该文提出把一元线性回归分析、自然正交函数 (EOF) 和逐步回归方法结合起来, 从而得到一种新的建立统计预报模型的方法。以西安市采暖期和夏季SO₂日均浓度为预报对象, 使用该方法建立预报模型。拟合及预报试验表明, 这些预报模型不但可以很好地拟合变化趋势, 而且还能作出较准确的预报, 采暖期预报的级别命中率为72.5 %, 夏季级别预报命中率为100%。通过对比试验, 此方法优于目前常用的逐步回归方法, 具有很好的应用前景。     

城市植被对冬季气象要素影响的数值模拟研究

为认识并量化城市地区自然植被对城市气象特征的综合影响及其在不同季节的变化趋势,本文基于区域边界层模式(Regional Boundary Layer Model,RBLM),利用敏感性数值试验的方法量化评估了冬季背景下,城市植被对苏州地区气象要素的综合影响,及其在不同绿化情境下的变化特征。研究结果表明:冬季城市植被会导致气温及城市热岛强度的下降,下降幅度随着植被覆盖率的提高而增大,当市区树木覆盖率分别为0、20%和40%时,日平均城市热岛强度分别为1. 8、1. 4和1. 0℃。与苏州市真实绿化情境相比,市区树木覆盖率分别为20%和40%的理想试验方案,可以导致市区日平均气温分别下降约0. 23℃和0. 84℃。城市植被还会通过叶面及土壤表面的蒸发蒸腾作用,增加空气中的水汽含量,当市区树木覆盖率分别为0、20%和40%时,中午时空气比湿分别为2. 46、2. 61和2. 78 g·kg~(-1)。相同覆盖率条件下,草地绿化方案对气温和空气湿度的影响要明显弱于树木。城市植被会对区域地表能量平衡过程产生明显影响,使到达地面的太阳辐射减少,地面温度降低。当树木覆盖率分别为0、20%和40%时,中午地表净辐射通量最大值分别为433、382和332 W·m~(-2)。地面温度的下降以及植被、土壤的蒸发蒸腾作用,使感热减少,潜热增加。自然植被对城市气象要素的影响在冬季要明显弱于夏季。     

Adaptation of Pressure Based CFD Solvers for Mesoscale Atmospheric Problems

General purpose Computational Fluid Dynamics (CFD) solvers are frequently used in small-scale urban pollution dispersion simulations without a large extent of ver- tical flow. Vertical flow, however, plays an important role in the formation of local breezes, such as urban heat island induced breezes that have great significance in the ventilation of large cities. The effects of atmospheric stratification, anelasticity and Coriolis force must be taken into account in such simulations. We introduce a general method for adapting pressure based CFD solvers to atmospheric flow simulations in order to take advantage of their high flexibility in geometrical modelling and meshing. Compressibility and thermal stratification effects are taken into account by utilizing a novel system of transformations of the field variables and by adding consequential source terms to the model equations of incompressible flow. Phenomena involving mesoscale to microscale coupled effects can be analyzed without model nesting, applying only local grid refinement of an arbitrary level. Elements of the method are validated against an analytical solution, results of a reference calculation, and a laboratory scale urban heat island circulation experiment. The new approach can be applied with benefits to several areas of application. Inclusion of the moisture transport phenomena and the surface energy balance are important further steps towards the practical application of the method.     

多层城市冠层模式的建立及数值试验研究

为在城市气象数值模拟中更好地体现由城市发展引起的下垫面土地利用改变及人为活动对大气过程的影响,建立了基于建筑物三维分布的多层城市冠层模式,冠层内动力方程组考虑了建筑物冠层拖曳力的作用及雷诺应力的影响,通过引入建筑物宽度、间距以及垂直分布密度指数等建筑物形态特征参数,以更好地体现城市复杂地表对大气温度、湿度及动量方程的影响.同时,该模式分屋顶、4个侧壤及地面分别考虑辐射及能量平衡求解表面温度,计算各表面与大气的通量交换,并考虑辐射阴影效应、冠层内部各个面之间的可视因子、以及与冠层内建筑物密度指数、可视因子等相关的多重反射辐射导致的辐射截陷作用.模式的离线检验结果表明:(1)冠层模式计算风廓线与风洞实验测量数据吻合良好;(2)离线冠层模式能够模拟实际小区的风速、温度垂直廓线,并能够较好地体现小区内气温日变化.冠层模式与区域边界层模式耦合检验结果表明:(1)耦合模拟的近地面(2 m处)气温及地表温度的结果明显优于传统的水泥平板方案,尤其是在夜间,水泥平板方案与实测气温最大偏差4 K左右,耦合模拟方案为1-2 K;(2)耦合模拟方案考虑了建筑物对冠层之上的拖曳力影响以及建筑物形态结构对雷诺应力的影响,风速(10 m处)计算结果与观测值相差约在1 m/s,水泥平板方案偏差3 m/s左右.     

基于分形维度法的都市区城市蔓延分析——以广佛为例

根据1957与1982年两个时期的地形冈并结合1995与2008年的遥感卫星影像提取城镇建设用地专题信息。利用ArcGIS建立广佛都市区城镇建设用地数据库．采用分形维度的计锋方法,对广佛都市区城市蔓延的情况进行测度和分析。结果表明广佛都市区三个发展阶段城镇建设用地面积增长速度并不均匀,具有加速发展的特点。四个测度年份的分形维数分别为1．6454,1．6285,1．5586和1．5270,均在1-2之间．分形维数呈递降趋势,总体下降了0．1184,城市发展模式由紧凑型逐渐向松散型演变,存在城市蔓延情况,而且城市发展模式以年均0．14％的速度从紧凑型向松散型演变。广佛都市区城市蔓延的地域分异较为明硅,具有较强的空间集聚性和中心向心件,广州和佛山毗邻地区以及中心城区是城市蔓延的活跃区和集中区,1982—1995年问研究区内蔓延速度比1995．2008年间要快。通过深入分析发现,经济快速发展、城市人口的持续增长、交通道路网络的建设是广佛都市区快速扩张和城市蔓延的基本动力因素之一,开发区土地扩张,进一步加剧了无序扩张和城市蔓延。     

人为热源对城市边界层结构影响的数值模拟研究

用南京大学多尺度模式系统在不同区域进行了多种人为热源引入方案的研究,结果表明：考虑时空变化的人为热源按比例分别引入到地表能量平衡方程和大气热量守恒方程是将人为热源引入模式的最优方案.人为热通量密度变化的敏感性试验结果发现：人为热源的存在对城市热岛的生成有重要作用.计算结果表明,南京现有的人为热源排放量对该地区的城市热岛贡献率约为296％,若人为热通量密度在现有量值的基础上增大1倍,则其热岛贡献率可达429％;此外,人为热的排放对清晨城市边界层逆温结构有一定程度的破坏作用,能明显升高夜间近地层气温达05～10℃,并能使白天湍流活动的影响范围增大,混合层高度抬高,使夜间城市热岛环流的影响范围扩大.