多面体城市冠层模型中植被组分的引入及模拟研究

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Henkel_liu
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公园城市是为了缓解城市化带来的热岛问题和环境问题提出来的新理念。本文在传统单层城市冠层模型的基础上引入植被组分的影响,以公园城市为参考构建多面体城市冠层模型。利用2017年10月28日10月31日的观测数据对模型进行评估,并探讨了不同自然表面对冠层温湿环境的贡献,同时采用离线多面体城市冠层模型分析了城市冠层中街区形态、屋顶材料以及植被参数(自然表面占比、叶面积指数、叶片含水量)的变化对辐射热量、表面温度及冠层内温湿特性的影响。结果表明:(1)模型能够较好地模拟出城市冠层的温湿特性,与传统单层城市冠层模式相比,引入植被组分对模型的模拟效果有一定程度的提升,能更准确的再现观测值。屋顶温度、屋顶长波辐射通量和冠层气温模拟值与观测值之间的相关系数均大于0.9,各物理量的标准误差(SE)基本都控制在0.05以内,且引入植被后SE值更小,即均值波动的剧烈程度有所降低。与此同时,屋顶温度、感热通量、长波辐射通量和冠层气温的均方根误差(RMSE)分别降低了1.09、3.18、5.54和0.85,也就是说模拟值与观测值之间的离散程度降低。(2)比较不同下垫面组分对冠层温湿的贡献情况发现,路面对感热通量的贡献远大于自然表面,白天约占总感热的60%,夜间约占85%;反之,自然表面对潜热通量的贡献远大于路面,白天约占总潜热的85%,夜间约占50%。就三种自然表面而言,将树木替换为草坪之后比湿的变化基本小于1 g·kg-1,且冠层气温有明显升高,日最高温度可增大0.5K以上;而将土壤替换为草坪之后冠层比湿的日最大值将增大46 g·kg-1,降温幅度小于0.1K,即冠层中的草坪与土壤相比,能更大程度地增大冠层内的空气比湿,且树木的降温效果最为明显。(3)模型对建筑物形态参数和材料参数的敏感性较大,自然表面占比、叶面积指数和叶片含水量对冠层内温湿环境也有一定的影响。对于各形态参数相同程度的变化,街道宽度对各表面温度的敏感性最大(地面温度升高约4K,各墙面温度降低约1.5K,冠层内气温能降低0.6K);与灰色水泥屋顶相比,采用高反照率白色涂料,使屋顶净辐射热量损失近380 W·m-2,屋顶表面温度降低约12K。自然表面参数中,自然表面占比对冠层比湿的影响较大,从0.3减小到0.1可使冠层比湿日最大值能减小约0.005 kg·kg-1;植被比例增大0.5或叶片含水量增大0.3均会引起白天冠层温度降低约1K。且当这三个植被参数发生相同的变化时,对夜间冠层的温湿环境影响明显小于白天的影响。
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