Influence of urban expansion on the urban heat island effect in Shanghai

The urban heat island (UHI) effect resulting from rapid urbanization is attracting increasing attention among the global scientific community. This research analyzed the relationship between urban expansion and the UHI effect utilizing an integrated approach, including urban land interpretation and retrieving land surface temperature based on remote sensing, and spatial overlay analysis for revealing the relationship for different time periods between 1984 and 2014 in Shanghai, China. The results show that (1) the spatiotemporal changes in UHI are consistent with the expansion of urban land, and rapid urban expansion leads to an expansion of the UHI, in particular along roadways. (2) The mode of urban expansion is an important factor influencing the UHI effect. Urban sprawl (urban expansion in the edge-expansion way) is a form of typical expansion that leads to the rapid increase in the UHI. When the urban compactness ratio is less than 0.15, a compact design can effectively control the expansion rate of the UHI and mitigate its range of influence and intensity. However, when the urban compactness ratio is greater than 0.15, the urban design has a marked influence on the UHI ratio index: a more compact form produces a stronger UHI effect. So, finding an equilibrium between urban compactness ratio and urban expansion rate is good for effective urban management and planning.     

基于潜在语义信息的城市功能区识别————广州市浮动车GPS时空数据挖掘

随着中国城市化进程的不断推进和深入,城市内部空间结构正发生不断的变化.城市内部形成的不同功能区标识研究,对城市结构理论以及政策制定,资源配置等方面具有非常重要的意义.这些不同的功能区包括住宅区,工业区,教育区以及办公区等.本文以大数据为依托,重点研究城市功能区的特点和分布状态,选取广州市6个区为样本,以最新道路网络为分割依据把研究样本分为439个区域.对历时一周的海量浮动车(GPS)数据以及兴趣点数据采用时空语义挖掘方法,建立潜在的狄利克雷模型(LDA)以及狄利克雷多项式回归模型(DMR);通过OPTICS聚类方法对不同模型的结果进行聚类,进而利用POI类别密度,居民出行特征等方法进行分区结果识别.同时,参考百度地图的地理信息,将研究得到的广州市功能分区结果与广州市城镇用地现状图,居民日常出行特征进行对比验证分析.研究表明,该方法基本能识别出具明显特征的城市功能区,如成熟居住区,科教文化区,商业娱乐区,开发区等.识别出的广州市不同类型的功能区呈现了以居住区和商业区为主导,其他类型功能区围绕其展开的特点.研究证明,利用大规模,高质量的个体时空数据开展人们移动行为和日常活动组织及社会空间的研究,能从一个新的视角揭示城市功能区的形成及其机制.     

帕米尔高原东北缘活动构造对塔什库尔干盆地地热控制作用

帕米尔东北缘位于青藏高原西北部,是新构造运动最强烈的地区之一。受控于公格尔拉张断裂作用的塔什库尔干盆地,活动构造强烈,高的大地热流值和丰富的地下水,使其具备地热资源形成的地质构造和水文条件。基于塔什库尔干盆地北部的曲曼地区地质构造、湖相地层年代学调查研究,该地区发育晚更新世的NNE向f_1和f_2正断层以及第四纪沉积物之下存在隐伏的近EW向的断层f_3。这3条断层是塔什库尔干断裂在不同构造演化时期形成的次级断层。结合EH-4电磁成像和钻孔及抽水试验等资料表明NNE向f_1和f_2正断层是地热系统的导水通道,而近EW向f_3断层为导热通道。该地区地热模式是大地热流为热源-地下水深循环逐渐加热-构造控水和控热。     

北方集中供热系统气象风险评估初探

供热管网爆裂、跑冒滴漏是北方集中供热城市面临的常见问题,供热管网出现大型故障往往是在室外寒冷的隆冬时节,如果间断或限额供热时间过长,将会造成严重的社会和经济影响。同时在极端低温情况下,可能会造成热源供应不足,出现限额供热现象,不能保证室内舒适度,影响人们的正常生活。本文提出了能源供应气象风险评估和热网维修寒冷风险评估方法,并进行了案例评估,以期为未来进行相关风险评估提供参考。     

改进的无网格法及其在冻土区桩基温度场中的应用

采用带权正交基函数对传统的无网格法中的基函数进行了改进,避免了计算过程中可能出现的矩阵不可逆情况,而且编程容易实现且计算效率高。并将其应用到冻土区桩基包括了热传导和相变潜热的温度场中,同时考虑了混凝土水化热释放对桩周冻土的影响,将计算结果和有限元计算结果及现场实测数据进行了比较分析,从趋势和最大数值看都反映了实测曲线的趋势,又把不同深度处桩侧和不同桩径处温度随时间的变化规律计算结果和有限元计算结果做了对比,都验证了该方法的可行性和优越性。     

高寒区抽水融冰渠道水温沿程衰减规律——以红山嘴水电站为例

抽水融冰技术是解决高寒区引水式电站冬季运行冰害问题的有效措施之一。为研究抽水融冰对电站引水渠道冬季引水的水温控制规律,以红山嘴水电站为例,基于RNG κ-ε模型数值模拟研究结果,从热流量比角度探讨了渠道水温沿程衰减规律,并采用2013年2月和2014年1月原型观测结果进行了验证。结果表明:渠道水温沿程衰减过程可分为骤降段、过渡段和缓降段3部分,各段范围受外界条件控制;衰减曲线呈幂函数分布,相关系数达到98%;对比气温对渠温沿程衰减的影响表明,随着大气温度的降低,渠道水温沿程衰减速度明显加快;-10 ℃为水温衰减过程变化转折点,当气温高于-10 ℃时,可以近似认为渠温衰减规律一致,渠温沿程变化主要受到热流量比值影响;低于-10 ℃时,气温对渠道水温沿程变化影响显著。     

Examining human heat stress with remote sensing technology

Heat stress as an environmental hazard which can seriously affect productivity, health, or even survival of individuals has long been studied. Despite the endeavors that have been made to address the issue quantitatively with various heat stress indices, they are often measured at scatter sites. This research devotes to revealing human heat stress within continuous space with remote sensing technology. The study began with the retrieval of dry-bulb temperature from land surface temperature (LST) with empirical models. As wet-bulb temperature was calculated from dry-bulb temperature and relative humidity, discomfort index (DI) as an indicator of heat stress was revealed for the study area at 1 km spatial resolution for three summer days. Results indicated that DI can be derived within continuous space with remotely sensed data, and its spatial distribution can be dramatically affected by relative humidity. Further comparison between DI and LST indicated that LST as a widely utilized indicator of surface thermal condition fails to address human heat stress as environmental factors such as relative humidity are not taken into account.     

热屏障井对地下水源热泵换热影响模拟

对于场地受限的地下水源热泵项目,随着系统运行时间的增加易引发热贯通现象进而降低机组运行效率。地下水源热泵设计中,在抽灌水井连线间布设热屏障井可改变地下水流场,降低热量在抽灌井间的运移速度,有利于延长热贯通发生时间并缓解热贯通程度。通过构建地下水换热模型,模拟计算夏季制冷工况条件下36组热泵运行场景,分析了热屏障井的位置,过滤管长度及回灌量对热贯通和含水层温度场的影响规律。结果表明:热屏障井回灌量的增加有利于提升热屏障效果,但提升幅度随回灌量的增加逐渐减弱;最大水位降深值随着热屏障井回灌量的增加呈线性增长;增加热屏障井滤管长度可提升热屏障效果,提升效果随屏障井回灌量的增加逐渐增强。通过模型多周期、长时间模拟计算发现,热屏障井的运行可促使回灌的冷热量集中在回灌井一侧,对于采用冬夏季抽灌井交换运行模式的热泵系统,可充分利用含水层储能,提升机组运行效率。     

生态地质研究进展与展望

生态地质学是研究生态系统与地质环境之间关系的一门交叉学科,对国土空间生态保护修复工作有重要理论支撑作用。我国生态地质研究工作虽然经过了多年的发展与积淀,但时至今日生态地质学仍然处于研究和探索阶段。鉴于此,基于前人的大量研究,总结了国内外生态地质研究进展: 国际上,俄罗斯建立了生态地质学研究体系,美国发起的地球关键带研究是与生态地质研究十分契合的主题; 在国内,生态地质研究主要着眼于”生态-地质”相互作用过程与机理以及地质环境影响下的系统性生态修复研究。在此基础上,提出了生态地质学涵义及其研究内容、方法技术创新及学科体系构建思路,以期为服务山水林田湖草沙整体保护、系统修复、综合治理和生态地质系统深化研究提供借鉴。     

感热加热对华北及其周边对流活动的影响

利用2006～2017年风云气象卫星资料和气象再分析资料,对华北及周边5～8月对流活动和地面感热加热进行统计分析。分析表明,华北及周边白天平均感热加热和地形关系密切,内蒙古中部和东南部、华北北部和华北西部山区感热加热较强,最强感热加热出现在5月和6月,7月和8月明显减弱。和感热加热强度相对应,对流活动频率较高的月份同样出现在5月和6月,其中5月以弱对流为主,6月华北中北部强对流最活跃,另外,环渤海区域6～7月强对流相对频繁。5～8月日平均感热加热和对流频率趋势呈现一致的减弱对应关系。上午,感热加热引起河北西部和北部对流层低层出现辐合气流,700 hPa以下出现不同程度的增温,上升气流可达对流层中层,东侧的平原地区出现补偿下沉运动,升温和上升运动触发对流,在有利条件下发展东移。不同月份和区域对流频率日变化呈现明显差异,6月对流频率日变化显著,8月最弱,山区对流频率日变化显著,东部渤海及周边对流频率日变化较小。对流频率的月平均分布和日变化均表现出和地形相关的感热加热差异的特征。