城市小区环境生物剂气溶胶的扩散模拟研究

目的:研究城市小区中生物剂气溶胶的扩散模拟和污染区域的划分,为反生物恐怖危害评估及应急响应提供决策依据。方法:以典型生物剂炭疽为例,利用计算流体力学中的离散相模型对小区环境中生物剂气溶胶的扩散规律进行研究;对扩散后生物剂气溶胶的数目分布进行量化分析,结合吸入式炭疽的剂量-反应模型进行污染区域的划分。结果:通过计算机模拟,得到了生物剂气溶胶在小区环境中的扩散规律及数目分布,并依据人员感染炭疽概率的不同划分出小区内的污染区域。结论:利用离散相模型和剂量-反应模型,可以对城市小区中生物剂气溶胶的扩散规律进行模拟并划分污染区域,为反生物恐怖危害评估及应急响应提供决策依据。     

城市群空气污染综合评估范式与应用——以京津冀城市群PM2.5污染为例

城市群已成为中国城市发展的主要形式,城市化发展引发的一系列环境污染问题成为目前的研究重点之一,尤其是近年来明显的空气污染问题。由于传统的针对某一城市地区进行细致研究,难以解决在城市聚集的城市群下形成的区域性空气污染来源和影响机制等问题,使区域性空气污染造成的负面效应难以评估。通过构建综合评估模型范式,并运用空间分析,对京津冀168个区县2000年,2005年,2010年,2015年PM_2.5人口暴露风险、人类活动对PM_2.5的贡献、以及5种土地利用类型的"源汇"特征进行了实证研究。结果发现:(1)2000—2015年,京津冀城市群的人口暴露风险、空气污染分布、综合评估结果总体呈现北低南高的现象。(2)2000—2015年,各县域的人口暴露风险和空气污染的程度、范围呈上升趋势。不同的土地利用类型具有不同的源汇特征,且对污染的贡献不同。本研究通过综合评估模型范式对城市群或区域城市发展与空气质量的权衡关系模式开展量化解析,为城市的可持续发展提供了科学的范式和初步的实证示范。     

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。     

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。     

一种等分作物花粉扩散圆形源区的方法

【背景】转基因作物花粉在大气中扩散会引起基因漂流,从而可导致不可预知的环境风险,运用模型预测可评估其花粉扩散状况、定量确定可靠的安全扩散距离。为了应用高斯烟羽模型应用于模拟转基因作物花粉在大气中的扩散浓度,提出了一种如何将半径为R的圆形花粉源区划分成许多等面积小面元的方法。【方法】通过数学推导,首次提出了各等面积面元中心点坐标的计算公式。【结果】根据在中国东北地区吉林省公主岭玉米花粉扩散和基因漂流的试验观测资料,将该公式应用到高斯烟羽扩散模型中,模拟了玉米花粉扩散到源区外不同距离处的浓度,对比花粉扩散模拟值与实测值,两者具有较好的一致性,表明应用该公式模拟花粉扩散能取得令人满意的效果。【结论与意义】分析证明这种推导划分半径为R的圆形花粉源区各面元中心点坐标的计算公式是可靠的,该方法可为应用高斯烟羽模型计算花粉源区内不同位置点单个源强对源区外某一距离处的花粉浓度的贡献提供便利。     

城市街道绿化对空气质量及微气候影响的综合模拟研究

植被对街道峡谷行人水平空气质量的影响得到了广泛关注,然而,污染物浓度与真实街道几何的宽街谷下复杂的绿化条件之间的关系没有得到足够的重视,也很少有研究对这种街道绿地对空气质量和微气候的综合影响进行评价。研究探讨街道绿化如何影响慢行道空气质量及微气候,其因子相关性、影响效果如何,并评估其综合生态效益。结果表明,街道绿化有正负两方面生态效益,可增加慢行道PM_2.5浓度9.34%-99.70%,平均降低气温1.06℃。近源冠层体积分数与浓度变化率极显著正相关,最能表征绿化引起的慢行道空气质量变化。绿化覆盖率、慢行道SVF与温湿度、风速变化率显著相关。各道路等级下中等覆盖度的场景具有最佳综合生态效益,主次干道综合生态效益高的场景特点是机非绿带为乔灌结构,水平结构为均匀型。研究可促进对宽阔街道绿化生态功能权衡的深入认识,为街道绿地配置方法及生态效益评估提供依据。     

桂花果主要化学成分及生物活性研究进展

通过查阅文献,对桂花果所含的挥发油、脂肪酸、萜类、糖苷类、多糖等化学成分,及其所具有的抗菌、抗炎、抗氧化等生物活性的研究现状进行了阐述.为实现桂花果的综合开发利用,解决桂花果资源浪费问题及桂花果对城市街道卫生环境污染难题提供参考和依据.     

流域水环境污染模型及其应用研究综述

流域水环境污染模型是研究流域水环境问题的重要工具,通过对整个流域系统及其内部发生的复杂污染过程定量化描述,识别污染物主要来源和迁移途径,估算污染负荷,评价其对流域水环境的影响,可为流域规划与管理提供决策依据.本文对当前国内外广泛应用的流域水环境模型,尤其是模拟污染负荷的模型进行了系统总结,主要包括污染负荷模型(GWLF与PLOAD)、受纳水体水质模型(QUAL2E与WASP)、以及集成污染负荷与水体水质的综合流域模型(HSPF、SWAT、AGNPS、AnnAGNPS、SWMM),着重介绍各模型的结构原理与主要特点,讨论模型实际应用的局限性.此外,还对其他水质模型(CE-QUAL-W2、EFDC和AQUATOX)与综合流域模型(GLEAMS和MIKE SHE)进行了简要的总结.最后,通过对单个模型独立运用和多个模型联合运用的案例分析,探讨了流域水环境污染模型的发展趋势与应用前景.     

基于城市微气候模拟软件的城市道路绿化带对PM2.5消减作用的研究

随着经济的快速发展及机动车保有量的持续增长,车辆造成的道路污染问题日益严重。广州作为中国重要的经济发展城市,交通源排放问题高度集中,机动车排放是城市PM2.5的主要来源之一,开展减缓城市道路污染危害的研究具有重要意义。本研究为调查绿化带对广州城市道路PM2.5的影响,运用实测与城市微气候模拟软件（ENVI-met）模拟结合的研究方法,实测并分析城市道路空间PM2.5的浓度分布及其影响因素,使用实测数据对模拟软件进行验证分析,模拟研究理想道路模型下不同高宽比、风向等因素及绿化带植配类型对PM2.5的消减作用。研究表明：（1）城市道路空间PM2.5浓度分布受污染源、街道高宽比、风速风向、绿化带等综合影响,自然消减情况下,其主要受风速风向和高宽比双因素影响;（2）通常街道高宽比越大,越有利于道路空间PM2.5的扩散;（3）城市道路空间PM2.5自然沉降最小距离为12 m,0-12 m范围内应保持无障碍物的开敞环境,PM2.5消减的关键范围是12-24 m,此范围内可以利用生态手段沉降颗粒物;（4） PM2.5消减率受绿化带和风向的双控制,应根据主导风向选择绿化带植配方式。在主导风平行面和垂直迎风面绿化带对PM2.5有正消减效应,建议植配类型为"乔-乔+灌+草";在主导风垂直背风面绿化带对PM2.5呈负消减效应,植配类型为"乔-灌"绿化带消减率接近于自然消减率,而植配类型为"乔-灌+草"和"乔-乔+灌+草"的绿化带加重了颗粒物在该区域的积聚。     

基于i-Tree模型的城市森林经济效益评估

城市森林的生态服务功能对改善城市环境质量具有重要作用,如何量化这些生态服务功能是使城市森林发挥最大效益的一个重要前提.随着科学的发展,对城市森林经济效益评估的量化方法已由传统的CTLA法、Burnley法、碳税法、造林成本法等发展到模型测算法.本文介绍的i-Tree模型是由美国林务局(USDA Forest Service)于2006年开发的城市森林效益评估软件,具有许多其他模型如CITY green模型等不可替代的优势,在国际城市森林研究中已得到了广泛的应用,但国内尚未推广.本文主要阐述和评价了模型中UFORE和STRATUM两个主要模块的研究及应用进展,通过作者在国内的应用实践,讨论了该模型在中国的应用前景及存在的主要问题,为城市森林管理提供科学依据.     

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。     

基于RANS的城市广场空气质量评价及健康场所指引

空气中污染物及病菌的浓度直接影响人类健康。在污染源不变的情况下,有效通风决定了空气质量的优劣。因此,建立有效通风的定量判定指标,并利用此指标对特定区域空气质量进行实时评价,引导居民选择健康的室外活动场所成为迫切需要解决的问题。本研究采用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方法建立了基于计算流体力学(CFD)技术的城市空气污染模拟系统,研究了风速、污染物浓度和污染物扩散效率之间的关系。在此基础上,借助实时气象数据,对城市广场空间不同时段进行了风场模拟及空气质量评价。结果表明: 行人高度(1.5 m)空气中污染物有效扩散的临界风速值为1.0 m·s^-1,此指标可作为某一具体区域空气质量评价标准。参照此判定指标,链接实时天气系统,通过模拟得到的行人高度风速分布,可实时、可视化地显示该场所空气质量优劣分布,实现公平、效率、合理地利用城市空间资源,为人们选择健康的室外活动场地提供指引,为公众疾病预防和健康促进提供技术和手段。     

Effects of street orientation and tree species thermal comfort within urban canyons in a hot,dry climate

Urban valleys as a primary element of the urban environment have played an undeniable role in the intensification of urban heat islands as climate change has increased in the past century. However, appropriate solutions can help improve outdoor thermal comfort (OTC) in these areas. In the present study, parameters related to thermal comfort outdoors such as air temperature (Ta), wind speed (Ws), sky view factor (SVF), mean radiant temperature (MRT) and physiological equivalent temperature (PET) in an urban street were analyzed using ENVI-met simulation. Furthermore, the influence of tree species and street orientation in the study area was also examined to improve thermal comfort conditions. Similarly, with field measurements on site, a questionnaire was used to determine the OTC range of visitors to the urban valley. The study also integrates with ENVI-met microclimatic modeling to improve thermal comfort in the urban street canyon, which was used to simulate the current situation and validated with field measurements, showing a good correlation. The results have revealed that, although SVF has been extensively used in previous studies, it is not an exact indicator to determine the amount of radiation and OTC conditions. The simulation study expressed that orientations' effect on thermal comfort is less prominent than tree cover. However, significant changes in orientation have a remarkable effect on improving OTC in the urban valley.     

城市景观格局演变的生态环境效应研究进展

快速城市化过程剧烈影响着下垫面变化,直接带来了交通拥挤、资源短缺、环境污染、生态恶化等诸多问题,所有这些问题的出现均与景观格局演变密切相关,研究城市景观格局演变及其生态环境效应正在成为全社会关注的热点.系统总结了城市化过程对景观格局演变的影响,分析了城市景观格局演变的热环境效应、水环境效应、生态服务效应,以及城市生态用地与生态安全格局设计等方面的研究进展.指出了目前城市景观演变与生态环境效应研究中存在的问题与不足:(1)现有研究侧重于景观格局演变的量化分析和景观格局指数的计算,较少关注景观格局演变对生态环境及其区域生态安全的影响;(2)城市景观格局演变与热岛效应研究多局限于两者数理统计关系的分析,对于城市热环境形成的机理缺乏深入研究;(3)城市景观格局演变与大气环境效应方面更多研究关注绿地及其空间布局在吸收和降解大气污染物、固体颗粒物方面的作用,对城市景观格局演变的大气环境综合效应以及大气灰霾效应影响机理重视不够;(4)如何通过合理设置生态用地,有效提高城市生态服务功能和保障城市生态安全,目前仍缺乏深入而又系统的研究.下一步的研究中,需要综合多尺度的景观信息来揭示城市景观的演变机理和环境效应,构建基于城市空间扩展和生态服务效应评价的城市生态空间优化决策模型,探讨城市生态空间优化模式与安全格局.     

Pollutant dispersion in the urban environment

Flow and pollutant dispersion models are important elements for managing air quality in urban areas, to complement and, sometimes, even substitute monitoring. Developing fast and reliable parameterisations is necessary to improve the spatial and temporal resolutions of current mathematical prediction models. Recently there has been a growing interest in the so-called “neighbourhood scale” models, that offer relatively high spatial and temporal resolutions while keeping the needed computational resources at a minimum. This paper describes experimental and numerical simulations performed to explore the interaction of flow and pollutant dispersion with local building and street geometry. The methods developed may be useful as a way for cities to improve air quality management.     

Relative influence of city structure on canopy photosynthesis

No analytical models seem to exist which are capable of investigating the relative effects of the physical urban landscape on the rates of leaf net photosynthesis in canopies. This paper deals with the results of the combination of two deterministic models: a multi-layered canopy leaf energy budget-photosynthesis model CANOPY and a complex, analytical street canyon energy budget model URBAN 3. Both models were validated previously. A range of three widely contrasting plant photosynthesis response systems (C₃ and C₄ plants) were chosen as well as were different latitudes, seasons, and urban morphologies. The results indicated both reductions and increases of relative photosynthesis and an almost linear correlation between relative sunlit area and relative net photosynthesis.     

The relative influence of urban climates on outdoor human energy budgets and skin temperature I. Modeling considerations

An attempt is made to provide a tool for systematically analyzing variations of outdoor human energy budgets and skin temperatures as a result of different urban street canyon geometries and vegetative properties. To this end, three previously developed numerical models were combined. The interaction of the models and the derivation of the necessary human-urban view-factors is discussed. Some sample results are given for non-urban macadam and park plains, to be used later as standards in the comparison of the impact of urban morphology on human comfort.     

城市森林调控空气颗粒物功能研究进展

受城市扩张、工业发展、汽车保有量增加的影响,空气颗粒物目前已成为诸多城市空气的首要污染物。而城市森林作为城市生态建设中最大的唯一具有自净功能的生态系统,不仅为城市高污染环境下的居民提供了相对洁净的休闲游憩空间,还对净化空气颗粒物起重要作用。从城市森林调控空气颗粒物的机理、分析方法、植物个体、群落及不同类型城市森林调控空气颗粒物的功能差异及其时空变化规律等方面进行阐述。结果表明:目前有关物理降尘的研究较多,涉及化学除尘的研究尚缺;应用重量法测定植物滞尘量的研究较多,质量浓度法测定城市森林净化空气颗粒物功能的研究较少。在未来一段时间,森林植被化学除尘的过程与机理,城市森林调控空气颗粒物的多方面、系统性研究及相关研究成果的转化与实际应用将会是重要的研究方向。