基于ENVI-met的绿地对夏季热环境的影响研究——以南京大学鼓楼校区为例

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快速城市化使城市下垫面由原有的自然地表不断被沥青、水泥等非渗透性材料所替代,更加密集的人类活动对城市景观格局的改造,使区域气候与天气格局发生改变,加剧城市气候的变化,影响城市居民的身体健康和工作生活。城市绿地在降温、增湿、缓解热岛效应等方面的积极作用已不断被国内外学者肯定。本文拟以南京市典型校园绿地为例,基于实测数据和ENVI-met模型,借助RS和GIS平台,分析街区绿地对城市夏季热环境的调节作用,为南京市街区尺度绿地系统的规划与设计提供科学依据与决策支持,对其他区域中尺度绿地系统的规划建设也具有一定的借鉴意义。  全文共分为六章。第一章绪论,系统阐述论文选题的背景与意义,并对国内外相关研究进行总结和述评,指出目前研究存在的问题与不足,阐明本论文的研究目标和技术路线。第二章研究区概况,详细介绍研究区的气候、地理位置等。第三章数据与研究方法,详细介绍论文中采用的实测以及模拟数据,对论文中所应用的关键技术与方法进行了重点介绍。第四章实测数据室外热环境分析,对不同下垫面及气象站的微气象因子进行了对比分析,阐明引起差异的原因。第五章ENVI-met模型模拟与验证,对校园现状进行模拟,并用实测数据对模型进行检验。然后在将绿地替换成水泥路面情景下,进行热环境模拟并与现状模拟结果进行对比,分别从风温场、湿度场比较绿地在调节校园热环境的作用。第六章为结论,对文中的主要研究结论和创新点进行了系统的总结,提出论文存在的不足及将来研究与完善的方向。  本文在基于HOBO气象观测站等定点观测微气象特征分析基础上,应用ENVI-met模型对南京大学鼓楼校区现状和校园内的绿地全部替换为水泥地面情景的模拟对比,来分析植被在调节街区热环境中所发挥的重要作用。论文主要结论如下:  1)基于定点观测的微气象特征分析表明:研究区内最高气温出现在下午15:00,由于研究区地处南京市中心,校园盆地之内,能量不易向周围扩散,各测站全天的平均温度比城市郊区气象站高1.5℃。校园内不同下垫面观测点气温差异显著,水泥路全天均温比草坪高0.9℃,最大温差1.8℃,而比遮荫状况良好的林荫道和百年鼎林地平均大气温度高出2.4℃。各测站全天湿度均呈单谷型曲线,在下午15:00-17:00左右达到最低值。林下空气全天湿度曲线接近,比水泥地面高5%,表明树木对林下空气有明显的增湿作用。风速在不同下垫面也表现出明显差异,空旷地带大于植被覆盖区域,说明植被对风速有一定的减缓作用。  2)基于ENVI-met模型,本文选取了模拟效果较好的上午9:00与中午12:00这两个时间点来对研究区内现状和设计情景(去除绿地),进行了风温场、湿度场两个方面的比较。主要研究结论如下:  a)风温场对比:水平风温场模拟结果显示,研究区内1.5m高度处,总共存在三条流入气流:校门口、蒙民伟楼与图书馆层峡、平仓巷。上午9:00南京大学鼓楼校区1.5米处的现状温度场分布与下垫面的空间分布具有高度一致性,林地、草地、不透水面三种地表覆盖类型间的气温差异明显。设计情景在去除绿地后,近地表风场大致没有改变,但风速有所增加。温度场上发生了较大改变,由于没有林地对高温气流的阻隔作用,林荫道西侧以及操场东侧形成了贯穿校区的热气流。垂直风温场方面,上午9:00两种情形,均出现大气垂直分层现象,平行风向方向,由于受到主风向的影响,风矢量呈层流形式,垂直主风向方向受到下垫面热力性质差异,风矢量呈涡流形式。两个时间点,两种情形对比显示,去除绿地之后,近地表温度上升,垂直主风向方向湍流变强。  b)湿度场对比:上午9:00,湿度场受下垫面及风场的影响。操场虽为不透水面,但由于空气流动将林下较湿空气吹来,操场上空空气也保持着较高的含湿量。而到中午12:00,地面蒸发加强,此时的空气含湿量空间分布与地表覆盖类型分布较为一致,有树荫区域由于树木蒸腾加湿以及遮荫防蒸发的作用,含湿量高,操场含湿量低约2g/kg。去除绿地之后,整个研究区成为了“干岛”,且两个时间点间的含湿量几乎一样。表明绿地加湿效果明显。
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