基于“风感”的紧凑型城市开放空间风环境实测和CFD模拟比对研究

城市开放空间的风场不仅影响微环境的"风感"舒适度还影响宏观尺度的城市气候。从景感生态学的角度出发,首先阐述"风感"的定义,总结了街道峡谷空间风场的基本规律和特点。运用Kestrel NK4500手持气象站对城市开放空间的风环境进行实测,采用CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟软件Fluent 14.0对不含绿地的同一空间进行风环境模拟,通过两者的数据比对来研究紧凑型城市开放空间内绿地对行人高度风场的实际干扰程度。结果发现,紧凑型城市开放空间的"风感"受建筑和绿地空间布局的共同影响。当建筑高于绿地时,风场受建筑的控制;当林带高于建筑时,林带对风环境的影响程度受其疏密度影响。疏密度较高的常绿林带对风向和风速影响很大,而疏密度较低的林带会影响风速,对风向影响不大。影响风速的主要因素是空间围合所形成的空气域,相比实体、多孔介质,空气域对风的阻力要小的多。如铺装、草坪上方的通风廊道是影响行人高度层通风、导风的关键因素。紧凑型空间内的绿地在行人高度应保持通畅以保证通风,并通过建立平面和竖向上的通风、导风廊道体系,促进空气循环。     

行道树冠形对街谷内流场及PM10浓度场的影响

城市道路绿化通常被作为应对机动车污染物排放和改善空气质量的主要措施。但近年来研究表明,城市街谷中行道树的种植易导致内部空气流动受阻并引发污染物堆积。为进一步揭示行道树冠形特征对街谷颗粒污染物分布的影响,采用城市微气候数值模拟软件ENVI-met,模拟分析了平行、斜交、垂直3种来流风向下4种典型行道树冠形对街谷内流场及PM₁₀浓度分布的影响。结果表明,无论在何种来流风向下,4种行道树树冠对街谷空气流动均存在阻塞效应;树木冠层的叶面积密度分布是影响阻塞效应的重要因素,通常在叶面积密度最大的冠层高度风速降幅最为显著;行道树冠形在不同来流风向下对两侧行人高度PM₁₀扩散的影响存在一定差异,其中平行、斜交风向下对PM₁₀积聚程度的强弱顺序为:圆锥形树冠>球形树冠>卵形树冠>倒卵形树冠,而垂直风向下为:倒卵形树冠>球形树冠>卵形树冠>圆锥形树冠;未来在街谷行道树种植管理过程中,应当结合街谷来流风向选择适宜的行道树或对行道树树冠进行修剪整形,从而降低街谷两侧行人的污染暴露风险。研究结果可为行道树种植...     

城市道路绿化带"微峡谷效应"及其对非机动车道污染物浓度的影响

研究不同绿化带结构对非机动车道污染物浓度的影响,将为城市道路绿化带格局提供依据。利用遮荫网模拟10、20、30 m隔离的道路绿化带,并模拟了3种不同结构的绿化带,分别对各类道路微气候条件(风)及SO₂、NO_x、NH₃、总悬浮颗粒物(TSP)和可吸入颗粒物(PM10)等5种主要污染物浓度进行了观测。结果表明:风速小于2 m/s时,10 m和20 m间隔的道路绿化带会产生"微峡谷效应",使绿化带间隔内风速增加。10 m间隔的绿化带较其它两种绿化带对各种污染物的净化百分率更明显,且污染物净化百分率与风速大多正相关显著。12.5 m的模拟绿化带与10 m的间隔交替的绿化带可以更有效地降低非机动车道的污染物浓度,污染物净化百分率与风速也大多正相关显著。不同结构道路绿化带会影响道路微气候条件,从而影响非机动车道污染物浓度。城市道路绿带存在合理的绿带结构,可以通过设计更合理的城市道路绿带模式有效改善城市非机动车道空气质量。     

天津滨海新区局地大气污染物扩散特征的数值模拟

以位于天津滨海新区南部的南港工业区某石化项目为例,应用区域边界层模式模拟了局地大气污染物NOx的扩散及传输特征,并结合大气稳定度和混合层厚度分析了该区污染物排放对生态环境的影响。结果表明:150 m高度扩散中心NOx浓度各季差异不大,而地面10 m高度各季存在明显不同,冬季最高,浓度为0.03μg·m-3,夏季略低,浓度为0.024μg·m-3,而春、秋两季仅为冬、夏的25%~50%;从NOx扩散方位来看,与该地区主导风向较为一致。冬季盛行西北风,NOx扩散方位为东南,主要向海面扩散,对内陆地区的影响最小;春、秋季盛行西南风,NOx以向东北扩散为主,对塘沽沿海部分地区略有影响;夏季盛行东南风,NOx扩散方位为西北,对内陆有一定的影响,但10 m高度污染物浓度在向西北扩散约30 km后浓度仅为0.002μg·m-3,达到空气质量标准。考虑石化生产、存储及运输对高温的敏感性,结合污染物的扩散特征,建议夏季适当降低生产规模,同时加大污染物防治力度,以降低高温风险,同时减少可能对内陆的影响。     

城市街谷大气污染物分布研究进展

城市街谷是现代城市最重要的空间形式与特征之一,是城市中使用频率最高、汽车尾气污染最严重、日常人口密度最大的公共空间类型之一。城市街谷不合理的空间配置和结构会造成城市通风自净能力降低,大气污染物浓度增高。本文综述了城市街谷形态、行道树配置、机动车车流量和气象因素等对街谷大气污染物分布的影响,以及数值模拟、风洞试验和实地监测等用于街谷大气污染物分布及扩散研究的相关方法。建议未来以实地监测数据为基础,综合考虑多种因素对街谷大气污染物分布的研究,提出适宜城市大气污染物扩散的城市街谷构建模式,从城市规划和格局优化的角度为城市大气污染物的减控提出科学支撑和优化方案。     

城市街道空气污染物扩散模型综述

城市街道是城市居民的活动场所,其空气质量与居民健康密切相关.空气污染扩散模型是模拟和评估街道空气质量的重要方法,近年来广受关注,但模型应用存在问题,亟待解决.本文介绍了4种常用的空气污染物扩散模型:ENVI-met、FLUENT、MISKAM和OSPM.通过工作原理、运算流程、时空分辨率等的对比分析,明确了各模型的适用范围及其对街道峡谷内空气质量模拟能力的差异,阐述了各模型在时间尺度、物理建模、天气模拟、湍流模拟及光化学污染方面处理能力的局限性,提出了模型优化途径.通过综合分析4种模型的研究案例,总结了模型应用中存在的问题,提出未来研究可以通过激光雷达等新技术提高模型参数的获得精度,并强调综合模拟污染效应与热效应等对评估城市街道空气质量的重要性.     

公园绿地不同景观空间PM2.5分布特征及其影响因素研究

研究选取城市公园中6个由不同景观要素构成的空间,通过监测不同空间内PM2.5浓度、空气温度、相对湿度及风速风向,分析不同空间景观要素组成与PM2.5浓度之间的关系,探讨不同空间气象因子变化与PM2.5浓度的相关性。研究结论如下,1）不同景观要素构成的空间中PM2.5浓度存在显著差异（P< 0.05）。2）PM2.5浓度与绿量（D）呈显著负相关（R=－0.966）, 当113.57 m2相似文献   

稀疏植被区空气动力学粗糙度特征及遥感反演

应用中国西北半干旱区定西试验站2005年观测资料,估算了典型的稀疏农作物区空气动力学粗糙度,结合空气动力学模型分析了稀疏植被区空气动力学粗糙度的时间变化及其与风速、植株密度的关系,并得出空气动力学粗糙度的参数化方案;结合卫星遥感得到的植被叶面积指数资料,模拟了区域空气动力学粗糙度,得出:(1)空气动力学粗糙度的时间变化与风速变化规律有相反的特点;在稀疏植被区,粗糙单元分布密度对流场有一定影响,随粗糙单元密度的增加,空气动力学粗糙度将逐渐增大。(2)植株高度超过0.2m时,植被高度和植株密度、叶面积指数对空气动力学粗糙度的影响较大,当植株高度低于0.2m时,风速的影响较大。(3)结合遥感反演的叶面积指数,采用空气动力学粗糙度和叶面积指数及风速的关系,反演了空气动力学粗糙度,反演结果空间分布和误差都反映了实际空气动力学粗糙度的特征,证明空气动力学粗糙度遥感参数化比较成功。     

城市植被对空气负离子的影响

通过对厦门城市不同功能区空气负离子浓度的监测,分析空气负离子浓度与植被的关系及其日变化规律与气温和空气相对湿度之间的关系。结果表明:(1)城市功能区空气质量优劣顺序为:植物园、公园> 住宅小区> 商业街区> 海滩码头> 工业区> 广场,空气质量与植被丰富度有较强的正相关;(2)空气负离子浓度在日变化中呈现白天低、夜间高的特点,凌晨最高,中午最低,傍晚出现小波峰;(3)空气负离子浓度随气温的升高而降低,随空气湿度的升高而升高。     

城市绿地空气负离子评价方法——以北京奥林匹克森林公园为例

城市绿地空气负离子能够对居民健康起到重要作用。城市绿地区域不同于自然森林环境或城市工业区,故直观、科学、准确的空气负离子浓度分级和评价方法对于研究城市绿地的空气负离子水平至关重要。以北京奥林匹克森林为例,应用空气质量指数评价法和森林空气离子指数评价法,分析了公园空气负离子浓度,结果表明,公园内不同环境样点的负离子浓度和空气清洁度因群落结构、群落类型以及植被郁闭度的不同而存在较大差异。通过对比分析2种评价结果,认为森林空气离子评价指数法能够全面系统地反映不同地点间的负离子浓度差异并便于公众理解,更适用于以北京奥林匹克森林公园为代表的城市绿地的负离子浓度分级及空气清洁度评价。分析结果还表明,与森林空气离子评价指数法相对应的负离子浓度分级标准存在一些不足,本文对此标准进行了局部修正,使其更加适宜于分析和评估城市绿地的负离子浓度水平。     

基于城市环境气候图的宁波大气环境分析与调控对策

城市化的蓬勃发展改变了城市气候和环境,产生了诸多气候环境问题,需要有效的城市气候环境信息与调控对策来应对和缓解,城市环境气候图在城市气候环境的规划与调控方面提供了重要指导。在传统城市气候图的基础上,提出了多季节、多环境要素相结合的城市环境气候图构建方法。在此基础上,以具有复杂下垫面和明显季节性气候特征的宁波市区为案例,综合运用遥感反演、GIS空间分析、中尺度数值模拟等技术手段,对城市热负荷、大气污染、通风潜力和风场及整体的城市气候环境进行多季节分析与评估。结果表明:在形成城市气候环境的主要要素方面,城市热负荷、大气污染物分布都具有显著的季节性和空间性差异,宁波市春、夏季同时受热负荷和大气污染影响,冬季仅受大气污染影响,秋季受二者影响均较小;通风潜力的空间格局各季节之间具有高度的相似性;风环境复杂多变,呈现出显著的季节性和空间性差异。对城市气候环境的整体分析发现,城市气候环境高价值区和中价值区主要分布于山林、农田和水体,高风险区位于北仑、镇海和杭州湾南岸的沿海重化工业带,中风险区分布于江北区东部、鄞州城区东西两翼、慈溪城区和奉化城区东北部等工厂厂房密集的区域。进一步在前述分析的基础上,提出了城市风道规划方案和气候环境调控对策,包括2条一级风道、5条二级风道、3条受海陆风影响的三级双向风道、12条受海陆风影响的三级单向风道、13条受山谷风影响的三级单向风道和七类城市气候环境调控对策。提出的多季节、多环境要素相结合的城市环境气候图构建方法适用于季风气候地区复杂气候环境的分析与评估研究,能够提高城市气候环境分析的综合性和准确性,并能够通过风道规划及相关调控对策的制定和实施改善城市热负荷和大气环境质量,缓解各季节的城市气候环境问题,为城市环保、气象、规划等部门提供重要的决策支持,从而促进城市可持续发展和生态城市建设。     

街道峡谷绿化带设置对空气流场及污染分布的影响模拟研究

合理设置道路绿化带能够改变街道空气流场进而改善空气质量。利用风洞试验结合数值模型的方法测试了树冠形状和绿化带位置对街道峡谷的风场影响。在数值模型中,采用针对植物模型不同高度赋予不同叶面积密度(leaf area density,LAD)值的新方法近似模拟不同树冠形状的植物,通过输入污染源数据,得到风场及污染物浓度数据结果;与风洞试验结果进行对比,验证了其有效性;进而,利用数值模型分析了不同绿化带设置下街道峡谷内行人的污染暴露特征,结果表明绿化带位置及树冠形状影响街道峡谷中的涡流结构,形成复杂的细小湍流,从而影响街道峡谷中的风环境和污染物分布。阔叶树冠和位于街道峡谷中央的绿化带位置有利于降低行人污染暴露风险。未来研究中,通过增加风洞试验布点、考虑热力作用及气象因子的影响,或许可以提供更加详细的改善街道峡谷微环境的绿化带布局,为城市大气环境管理和绿地系统建设提供科学依据。     

城市主城区立体模型的构建与风环境模拟——以广州主城区为例

以22 km×21 km的广州主城区为例,以40 m建筑间距作为风道宽度低限、用容积高度对建筑高度赋值和垂向拔高为建模特色,概括构建了城市尺度的立体模型。在此基础上,分别模拟了广州主城区中性流条件下,弱风（2 m/s）和强风（5 m/s）、近地面10、25、50 m三个高度的风环境。模拟表明：来流5 m/s下主城区存在不同风速等级、不同平面形态以及不同高度面的风道;白云山、珠江新城等面积较大的地形或建筑高地形成了减速明显的背风区条带,并相互组合形成了重要的风口和具有较高基面的强风道;在不同高度上主城区风速均由周边向城市中心降低;风道风速强烈地依赖于风道走向,风道风速与走向夹角呈三次函数递减,两者拟合优度R²为0.512。模拟结果很好地呈现了城市尺度宏观地形白云山和建筑密集区相互间的作用,反映了城市尺度模型构建与模拟的优势。     

街谷绿化消减机动车排放污染物的研究方法与进展

随着街道两侧建筑群向高密度、高层化发展,传统“树越多越好”的绿化模式在应对城市街谷空气污染时是否适用受到广泛关注。明晰街谷绿化植物特征及其种植设计模式对机动车排放污染物消减的调控机理是发挥其提升街谷空气品质的重要前提。本文通过对近年国内外相关文献的梳理,比较分析了现场观测、风洞试验和数值模拟3种研究方法的适用性及局限性,详细剖析了行道树、绿篱两类绿化模式对街谷空气污染物扩散与沉降的影响机制,提出了一套面向空气质量提升的街谷绿化适应性设计工作框架。最后,分别从典型街谷绿化设计图示语言研制、街谷空气污染暴露评估技术指南编制、计算机流体力学模型中街谷绿化效应物理过程参数化方案优化等方面进行探讨,以期为后续研究提供思路和借鉴。     

广州市主城区城市地形类型与风环境评价

对城市地形组合类型及其地形对风场影响的研究,有助于城市风场机理的认识与生态环境的优化。以高层建筑密集的广州市主城区为例,在确定城市宏观地形类型的基础上,基于最小成本路径（LCP）辨识了风道,并对风环境质量进行评价。主要结论有：（1）将城市地形简要概括划分为4个一级地形、11个二级地形类型。（2）以LCP路径与盛行风交角不超过22.5°的标准,筛选确定通风路径作为风道。根据LCP格网的密度与频次,结合不同风向下风速与风频,评价分析了风环境类型与空间分布。（3）根据自然与城市地形的配置,北风风环境质量远高于西北风和东风;东风由于风频与风速最低,因此通风条件较差。（4）珠江航道在三种风向下都是尺度最宽贯穿城市最好的风道;区域性的风道与风环境较好的地段集中在与主风向平行的主干道上,但以近似南北走向的居多;由于广州城市地形高度以珠江新城峰林为中心向外递减,以低地地形为主的主城区外围通风优于中心区域,特别是珠江新城峰林与网络状台地为主的老城区,通风环境较差。基于LCP的评价结果需要同其他方法相互验证,才能使其不断完善优化。     

Air pollution and the lung: epidemiological approach

Epidemiological evidence has concurred with clinical and experimental evidence to correlate current levels of ambient air pollution, both indoors and outdoors, with respiratory effects. In this respect, the use of specific epidemiological methods has been crucial. Common outdoor pollutants are particulate matter, nitrogen dioxide, carbon monoxide, volatile organic compounds and ozone. Short-term effects of outdoor air pollution include changes in lung function, respiratory symptoms and mortality due to respiratory causes. Increase in the use of health care resources has also been associated with short-term effects of air pollution. Long-term effects of cumulated exposure to urban air pollution include lung growth impairment, chronic obstructive pulmonary disease (COPD), lung cancer, and probably the development of asthma and allergies. Lung cancer and COPD have been related to a shorter life expectancy. Common indoor pollutants are environmental tobacco smoke, particulate matter, nitrogen dioxide, carbon monoxide, volatile organic compounds and biological allergens. Concentrations of these pollutants can be many times higher indoors than outdoors. Indoor air pollution may increase the risk of irritation phenomena, allergic sensitisation, acute and chronic respiratory disorders and lung function impairment. Recent conservative estimates have shown that 1.5-2 million deaths per year worldwide could be attributed to indoor air pollution. Further epidemiological research is necessary to better evaluate the respiratory health effects of air pollution and to implement protective programmes for public health.     

珠江三角洲地面风场的特征及其城市群风道的构建

利用珠三角20个观测站1964—1983年的风数据分析了珠三角城市群地面风场风向、风速分布与季节变化特征,并基于经验正交函数(EOF)进行了地面风场的空间分类。呈缺口盆地地形的珠三角风速较低,为3—2 m/s,整个区域风速南高北低;以伶仃洋为界,西岸高于东岸;西南部潭江谷地夏季多南风,冬季为北风,东岸东江谷底全年多东风,北江与西江河谷冬季盛行北风,夏季为东南风。综合风向与风速,结合地形,可将珠三角地面风场由南向北依次划分为较高风速区、中风速区和低风速区三类。根据空间尺度以及在区域中发挥的作用,珠三角城市群应构建多级风道,且风道还有常年与季节之别:伶仃洋(伶仃洋—虎门—狮子洋—广州水道)、西江(磨刀门—九江—三水)、潭江河谷应属于一级常年风道;北江(清远—三水)和东江(博罗—狮子洋)为一级季节风道。广州—三水段、黄埔—东莞段、中山—江门段以及伶仃洋段是影响整个珠三角大气环境质量风道的枢纽地段。城市群规划中对枢纽段超高建筑群进行风环境影响的评价,对枢纽段河道宽度、建筑物高度与密度的控制,将有助于提高珠三角城市群的空气质量,并防范下垫面粗糙度改变引起峡谷风的新风险。