城市街谷热岛效应研究进展

随着城市化水平不断提高及城市空间密度日益增加,城市热岛效应不断加剧,导致极端气候发生范围和强度增加,对城市居民的身心健康构成威胁。城市热岛效应现已成为多学科研究关注的热点。本文对现有尺度下热岛效应研究方法的技术发展进行了梳理,分析其优缺点以及在不同尺度上的适用性;此外,对街谷尺度下热岛效应的影响因素进行分析;最后,就当前研究过程中存在的问题,从数据及评价方法等方面提出街谷尺度下城市热岛的研究进展与发展趋势。本文旨在为紧凑型城市发展模式背景下,深入研究城市街谷热岛效应提供参考,为缓解城市热岛效应提供有效途径。     

二维街谷热力动力场数值模拟

采用改进的ARPS动力模式模拟城市街谷流场,应用动力和能量平衡耦合模式模拟街谷温度场日变化过程。该动力模式能够模拟建筑物周围典型流场,包括街谷涡旋及背风区尾流涡旋等。耦合模式能够模拟街谷各接收面能量收支及温度场日变化过程。计算实例表明,上述模式系统可用于城市街谷和建筑群风环境和热力环境的研究,也可用于对街谷中空气污染物传输和扩散的计算。     

街谷结构内流场和污染浓度场的数值模拟研究

从三维尺度出发,对6种不同几何尺寸的街谷结构内流场和污染浓度场进行了数值模拟.流场计算模型采用Spalart-Allmaras湍流模型,污染物浓度场采用与流场耦合的对流扩散方程模拟,采用有限元方法离散微分方程.模拟结果表明,街谷结构的几何尺寸对其中流场和污染场的分布有很大的影响.宽度较小,高度较大的街谷结构内流场较复杂,污染物在其中比较不容易扩散.本文对不同街谷结构内流场和污染物浓度场的分布进行了对比分析,对城市规划设计、城市气候以及城市空气质量控制等领域具有重要意义.     

大气环境数值模拟在城市小区规划中的应用

城市规划中必须考虑大气环境的影响。从规划布局与大气环境的关系和影响的角度出发,在北京市奥林匹克公园、五棵松文化体育中心和金融街中心区等重点小区的规划编制过程中,运用城市小区尺度气象和污染物扩散模式,以多种方案分别模拟计算出它们在一定环境条件下的气流场、风速场、温度和空气污染物浓度分布,并运用小区规划大气环境效应评估指标体系进行评分,为优选方案提供科学依据。结果表明:上述3个小区分别有一个方案得分较高,它们的大气环境效应较优,因此被作为优选推荐方案。     

城市大气环境的数值模拟

空气质量是城市可持续发展的保证,是改善人居环境的重要条件之一。大气环境是多尺度的流体运动,本文介绍了城市尺度和居民小区尺度大气环境的现代数值预测方法——大涡数值模拟方法,着重说明该尺度下复杂环境流动的特点和数值模拟需要注意的问题,例如下垫面的处理方法、边界条件的合理提法等;以典型城市和模型小区为例,说明数值预测方法的应用,展示不同下垫面对城市大气环境的影响、风速与小区空气质量的关系等。     

城市街渠内气流的数值模拟与分析

数值模拟实验利用非静力、能量闭合的大气边界层模式对多个不同城市街渠单体在来流风向垂直于街渠时其内部的气流结构和湍流特征进行了模拟.模式能够较好地模拟出不同长度的三维街渠内的3种典型的气流结构:爬越流、尾流扰流和孤立粗糙流.将模拟结果与Oka的风洞实验结果以及Hunter等人的数值模拟结果进行了比较,两者能够较好的吻合.研究结果表明:街渠的形状对街渠中的气流结构的形成有至关重要的影响,在街渠长高比和高宽比不同的情况下将形成不同的气流结构.在街渠附近湍流活动的活跃区是相对稳定的.最后利用本模式对来流与街渠呈45°时的一个个例进行了模拟.     

应用不同湍流模式预测城市街道峡谷的大气环境

应用标准k-ε模型及其修正模型了城市街道峡谷的大气流动和汽车排放污染物浓度场分布，并与风洞实验结果进行对比，计算结果与实验结果总体上非常一致。在街道峡谷的外围流场，修正模型明显优于标准模型，但在街道峡谷内部的浓度场分布，不同模型在建筑物顶部和地面附近存在明显差别。在地面附近，标准模型与实验结果吻合更好，这反映了由于建筑物或建筑群的存在改变了流动结构，使流动不能充分发展，因而应用不同模型得到的规律性认识与充分发展的流动有所不同。考虑到人的活动主要集中在地面附近，标准k-ε模型仍然值得首选。     

辽河盆地沙河街组下切谷的存在及其充填模式

应用痕迹学、古生物学与沉积学相结合的方法 ,论证了辽河盆地西部凹陷下第三系沙河街组沉积期 ,存在对油气聚集成藏十分有利的下切谷 ,并在本区首次发现河口湾沉积环境 ,所形成的四种沉积相类型 ,亦作了描述和解释。     

基于数值模拟的区域大气环境研究

根据山西省阳泉市南煤集团西上庄煤电一体化项目的总体要求,拟用中尺度气象模式MM5耦合大气污染模式CALPUFF,对评价区域2005年7月的大气环境进行数值模拟.通过综合模式系统地模拟研究发现:本地污染源的排放对阳泉空气质量起决定作用;7月对SO2的平均贡献浓度为85.31μg/m3,对PM10的平均贡献浓度为39.3 μg/m3.本地点源排放对SO2的影响相对较大;7月对其平均浓度的贡献可达65.04μg/m3.本地面源排放对PM10的影响相对较大,7月对其平均浓度的贡献为28.75μg/m3.外地点源排放对阳泉大气环境的影响较小,但在某些过程中通过区域输送对空气质置也会造成一定的影响.     

城市街道峡谷二维空气流场的数值计算

用标准κ-ε模型计算了不同高宽比街道峡谷的内部流场,并将计算结果与风洞试验数据及前人的雷诺应力湍流模型研究结果进行了对比.计算表明:随着高宽比的增加,峡谷内旋涡数增多,易形成独立的稳定的循环气流,污染物会比较难扩散.峡谷内建筑物墙面附近气流垂直速度的曲线上有驻点出现,峡谷达到一定深度后,并开始出现第2个驻点.     

Numerical Investigation of the Impact of Different Configurations and Aspect Ratios on Dense Gas Dispersion in Urban Street Canyons

The dispersion of chlorine gas in urban street canyons was numerically simulated using the fire dynamics simulator, a code developed by the National Institute of Standards and Technology of USA, which uses large eddy simulation coupled with the Smagorinsky sub-grid scale model. The unsteady flow fields were computed by solving the filtered incompressible Navier-Stokes equations under low Mach number ap-proximation by the finite difference method. The studies analyzed the influence of different street canyon configurations and aspect ratios on the flow and chlorine gas dispersion. The geometric configuration and aspect ratio both affect the vortices and the local concentration distributions in street canyons.     

街道峡谷形态对污染物扩散的数值模拟

机动车排放的尾气污染物,在城市街道峡谷内的稀释扩散及分布特性,主要由街道内流动结构决定,而街道布局和结构对流动结构有重要影响。基于二维不可压缩流动的Navier-Stocks方程、污染物组分输运方程及标准k-?湍流模型,获取所构建模型的数值解。采用验证的模型参数,构建了9种2类高宽比H/W为1的二维城市街道截面形态构造,在来流平均风速为3 m/s情况下,研究了街道截面形态对机动车尾气污染物扩散传递的影响。结果表明:下沉式道路结构不会改变街道峡谷内主涡结构和污染物分布;随着下沉深度的增加,机动车道内污染程度将进一步加剧;廊道内污染物浓度分布受廊道高度的影响较大,其人行呼吸高度处背风侧附近污染物浓度值相对参考工况增加大约5%,廊道深度对街谷内污染物扩散影响不大。     

街道峡谷内机动车排气污染物的扩散规律

通过数值计算的方法分析了城市街道峡谷内机动车排气污染物的扩散特性.对不同风速条件下高宽比为3:1的单车道街道峡谷内的机动车排气污染物的扩散规律进行了研究;讨论了在街道高宽比为3:2的双车道街道峡谷内,污染源的位置及强度对街道内机动车排气污染物分布及扩散的影响.研究工作给出了特定街道峡谷内的机动车排气污染物的分布特征及扩散规律,可以为城市街道峡谷的环境控制提供依据.     

郑州市大气环境容量核定技术研究

以郑州市大气环境容量核定为例,通过污染气象调查、环境空气质量现状及污染源调查与评价、控制区确定等技术路线的实施,以A-P值法、EIAA模式预测法最终确定环境容量.     

城市街道内污染物扩散的数值模拟

随着我国城市汽车保有量的迅速攀升,城市中心区的空气质量与生态环境急剧恶化.利用CFD数值模拟研究街道峡谷污染物的扩散问题,对比分析了开放街道峡谷和城市街道峡谷污染物的扩散问题,证明了计算域和入流边界处湍动能k和湍动能耗散率ε取值的重要性.计算结果与经典风洞实验符合很好,证实了相同条件下城市街道峡谷的背风墙和迎风墙上的污染物浓度均大于开放街道峡谷的相应值.利用3维建筑群计算实例,指出了寻求建筑群优化布局对减小小区污染的重要性.     

珠江三角洲城市尺度规划对大气环境的影响效应

 为探讨城市尺度规划对局地气象环境的影响,以珠江三角洲不同时期的下垫面为例,选取2001年3月的气象条件,采用数值模拟手段,模拟并分析比较该地区城市群的发展对城市气象环境的影响。结果表明,珠江三角洲城市化发展过程带来热岛强度和范围的扩大,城市区域风速减小,小风面积增大。利用城市尺度规划大气环境评估体系,对广州城市发展规划进行评估,给出影响和优劣比较的定量结果,城市发展对气象环境影响较明显的是城市热岛强度、小风区分布、大气自净能力3个指标,即城市热岛增强,风速减小,大气的自净能力下降。综合评价指数表明在不利天气条件下,城市化过程带来的大气环境影响较大。     

城市道路交通空气污染灰色聚类决策评价

应用灰色聚类决策理论进行城市道路交通空气污染的评价,将城市道路交通空气污染状况分为空气质量优、空气质量良、空气质量一般、空气质量差四个灰类,提出了建立评价矩阵的方法、综合决策权和灰类的白化权函数,应用本文的方法,对7条实际道路交通空气污染进行了评价分析,分为优、良、一般三类,同时又做了模糊聚类分析,在不同的聚类尺度条件下,分类结果相差较大,道路交通的空气污染状态不明确,对比分析证明,模糊聚类具有不确定性,灰色聚类决策理论应用于城市道路交通空气污染的评价是可行的,符合实际。