不同气候区绿色屋顶蒸散发模拟研究

蒸散发过程决定绿色屋顶雨水滞留能力的恢复,进而影响绿色屋顶径流调控功能。基于水量平衡原理和Penman-Monteith公式,利用北京市实验绿色屋顶气象和蒸散发连续监测数据,构建并验证绿色屋顶水文过程模型,模拟分析不同气候区城市绿色屋顶蒸散发变化规律。结果表明：(1)该模型能较准确模拟绿色屋顶蒸散发量,率定和检验期的Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.6385和0.6014,决定系数(R²)分别为0.7191和0.6168;(2)基质厚度相同的情况下,从半干旱区(兰州)、半湿润区(北京)到湿润区(武汉和广州),绿色屋顶日平均实际蒸散发量呈增加趋势;(3)增加基质厚度可提升绿色屋顶最大雨水滞留能力,进而增加绿色屋顶实际蒸散发量,但基质厚度对绿色屋顶蒸散发量的影响存在阈值,在兰州、北京、武汉和广州,当基质厚度分别超过10 cm、17 cm、24 cm和25 cm时,绿色屋顶的日平均实际蒸散发量变化不再明显。此外,不同气候区城市绿色屋顶的日平均实际蒸散发量也存在阈值,广州绿色屋顶日平均实际蒸散发量的阈值依次高于武汉、北京和兰州。本研究有望为我国不同气候区绿色屋...     

亚热带季风区城市典型绿化屋顶的径流削减效应

屋顶绿化能够削减暴雨径流,降低城市内涝发生频率,促进可持续雨洪管理。针对亚热带季风气候区典型绿化屋顶的全年径流削减效应,以南京为研究区,以简易型、花园型两类绿化屋顶为研究对象,基于1年现场观测数据及水量平衡方程,分析屋顶雨水的滞蓄、蒸发与径流量随季节变化规律及其关键影响因子,采用SCS-CN模型计算绿化屋面的径流曲线数(CN),并估算城市尺度大面积屋顶绿化的暴雨径流削减效果。结果显示,简易型、花园型绿化屋顶全年径流削减率分别为42%和60.7%;径流削减效应的四季排序为春季冬季秋季夏季,平均径流削减率依次为78.6%、47.5%、33.2%、32.9%(简易型)及98%、84.3%、49.5%、48.1%(花园型);土壤基质层对雨水截留起主导作用,分别占径流削减总量的52%和62%;雨量和雨强是影响径流削减效应的关键因子,与径流削减率均呈显著负相关关系(P0.01),初始土壤湿度与简易型绿化屋顶的径流削减率呈显著负相关(0.01P0.05),但与花园型的径流削减率无显著相关性;基于全年77次降雨事件的降雨量-径流量数据测算得到简易型和花园型绿化屋顶的CN值分别为92和88;若南京主城区所有建筑屋顶面积的60%实施两类绿化,则其全年径流量可分别削减2.8×10~7 m~3和4.2×10~7 m~3。以上研究结果可为城市雨洪管理和海绵城市建设提供科学依据。     

屋顶绿化低碳景观潜力探究

屋顶绿化作为一类城市人工生态系统,在其生命周期内展现出碳源/汇特征。然而,屋顶绿化碳作用机制复杂,目前缺少针对性的综合碳绩效量化方法和考核指标,阻碍了屋顶绿化城市脱碳的推广应用。着眼于屋顶绿化低碳景观潜力量化,本文分析了屋顶绿化系统内部碳循环机制,探究了生物碳汇、隐含碳、运行碳以及生物能源供给4条减碳增汇路径(P₁～P₄);基于碳排放归一化值和碳回收期双重绩效指标,总结了各减碳增汇路径归一化值测度方法;通过提取文献数据,量化了各减碳增汇路径的绩效潜力和特点。结果表明：路径P₁～P₄潜力量化值分别为9.54、-2.26、2.96、0.35 kg CO₂·m^-2·a^-1,各路径潜力受植物类型、气候等因素影响很大;此外,基础数据库不完善、评估情景异质对测度准确性产生了影响。对粗放型绿色屋顶综合低碳景观潜力进行分情景讨论,其生命周期(40年)综合减碳量在92.24～433.42 kg CO₂·m^-2...     

城市区域绿色屋顶普及对水量水质的影响

绿色屋顶是城市降雨径流管理的主要措施之一,为了解绿色屋顶普及对城市流域降雨径流量和径流水质的影响,本文以重庆大学虎溪流域为研究载体,评估了绿色屋顶规模化应用与流域降雨产流和径流水质的响应关系.结果表明： 在城市流域进行屋面绿化有助于消减降雨径流以及产污负荷,且屋顶绿化规模和空间分布情景影响降雨径流水质.在屋顶占城市区域总面积的比例为25%、降雨持续时间15 min、降雨强度14.8 mm·h^-1的条件下,当区域内屋顶全部绿化时,峰值降雨径流降低5.3%,降雨径流总量降低31%;总悬浮物（TSS）、总磷（TP）、总氮（TN）的污染负荷分别降低40.0%、31.6%、29.8%,峰值浓度分别降低21.0%、16.0%、-12.2%,平均浓度分别降低13.1%、0.9%、-1.7%;随屋顶绿化率的增加,TSS、TP浓度消减率有所提高,而TN浓度消减率则呈降低趋势,靠近流域总出水口进行屋面绿化,更有利于径流水质的改善.     

华西雨屏区麻栎-喜树人工混交林林冠对降雨中钾和钠离子再分配的影响

2016年12月—2017年11月研究了都江堰灵岩山麻栎-喜树人工混交林林冠对不同物候期(无叶期、展叶期、盛叶期和落叶期)雨水中K⁺和Na⁺的再分配作用.结果表明: 大气降雨中K⁺和Na⁺浓度分别为1.87和1.46 mg·L^-1,穿透雨中分别为5.78和1.39 mg·L^-1,雨水中的K⁺浓度在展叶期最高,盛叶期最低,Na⁺在无叶期和展叶期较高,盛叶期和落叶期较低;大气降雨中K⁺和Na⁺的输入量分别为25.47和21.60 kg·hm^-2·a^-1;降雨对林冠中K⁺的淋溶量为13.64 kg·hm^-2·a^-1,无叶期、展叶期、盛叶期和落叶期的淋溶量分别为1.67、6.23、2.28和3.46 kg·hm^-2,在展叶期淋溶量最大;林冠对Na⁺的截留量为11.26 kg·hm^-2·a^-1,无叶期、展叶期、盛叶期和落叶期的截留率分别为32.6%、18.0%、44.9%和31.5%,盛叶期时截留量最大.可见,麻栎-喜树人工混交林林冠对大气降雨中K⁺和Na⁺的再分配作用随物候期而变化,这为深入了解华西雨屏区森林生态系统的K⁺和Na⁺循环提供了基础数据.     

基于组合绿色生态措施的北方城市雨雪径流削减模拟

以北方城市雨雪径流削减控制为研究目标,通过构建SWMM雨雪径流模型对北方城市夏季降雨径流量和春季融雪径流量进行模拟.同时根据研究区气候特点和实际情况制定了符合研究区低影响开发(LID)绿色生态措施方案,通过加入简单式绿化屋顶、雨雪收集双用装置和下凹式绿地3种控制措施,模拟了组合绿色生态措施对研究区夏季降雨和春季融雪径流的削减以及对排水管网压力的缓解效果.结果表明:2016年5月24日、6月10日和7月18日3场实测降雨模拟的最大径流量分别为2.7、6.2和7.4 m^3·s^-1,1、2、5、10年4种不同重现期降雨条件下的峰值流量分别为2.39、3.91、6.24和7.85 m^3·s^-1;在融雪期,峰值流量出现在3月初.LID措施在雨季对削减峰值流量、延迟峰值时间和缓解排水压力具有很好的控制效果,削减率最高可达70%左右,而且通过加入雪收集装置,对春季融雪径流也有一定的控制效果.     

基于环境效能的屋顶绿化研究性设计——以同济大学屋顶花园为例

当前国际前沿的屋顶绿化研究表明,屋顶绿化的城市能源和城市生态环境等环境综合效能越来越受重视。结合屋顶绿化全生命周期分析,提出基于环境效能的“预研究、深化设计、效能评估”的屋顶绿化研究性设计,并将此设计方法应用于实际案例Joy Garden屋顶花园中,对其进行风环境和日照模拟,初步设计出3种方案,从安全性、环境效益和全生命周期的角度评价并确定最佳方案,在此基础上进行基于环境效能的深化设计项目建成后的效能评估结果表明,案例屋顶花园在建筑节能、雨洪管理、改善城市热环境、增加城市生物多样性等提高环境效能方面均起到一定的积极作用。     

醴陵市绿色屋顶生态系统服务潜力评估及规划

近年来,生态系统服务评估逐渐地被运用到城市绿色基础设施的规划建设当中,发掘能提供高生态效益的绿色屋顶潜力区域是增加城市生态空间有效途径.以提供城市空气净化、雨水截留、生物栖息地、热环境调节四个方面的生态服务为目标,借助GIS平台确定醴陵市绿色屋顶生态空间潜力区域并提出规划策略,为醴陵市以绿色屋顶形式完善城市生态空间结构...     

抚仙湖窑泥沟人工湿地的除磷效果研究

为了减缓和控制抚仙湖局部湖湾水体富营养化趋势,在抚仙湖北岸建设了净化面积1 hm²的人工湿地.综合利用生物氧化塘、水平潜流人工湿地和表面流人工湿地治理技术,对入湖河道窑泥沟污水中磷的去除效果进行了试验研究.结果表明,该人工湿地系统对磷具有较强的去除能力.总磷去除率在57.7%～81.10%之间,平均去除率为54.9%.单位面积磷滞留量平均为26 mg·m^-2·d^-1,其中,湿地植物同化作用磷滞留量为26.1 mg·m^-2·d^-1,约占磷滞留总量的10%,大部分磷去除是通过基质吸附和沉降作用,但主要湿地植物水芹的季节变化对相应功能区的除磷效果会产生一定影响.试验期间,各功能区单位面积磷滞留量依次为水平潜流人工湿地＞生物氧化塘＞沉淀池＞表面流人工湿地.     

海绵城市规划及景观生态学启示——以盘锦市辽东湾新区为例

随着我国城市面积不断扩张,我国许多城市面临着水资源短缺、地下水储量不足、水质污染和内涝的问题.针对这些城市水环境问题,我国2015年提出“海绵城市”建设.本文以辽宁省盘锦市辽东湾新区为例,依据《海绵城市建设技术指南-低影响开发雨水系统构建(试行)》,通过对典型区进行下垫面及各地块用地类型分析,结合研究区地形、水文、降雨强度等因素,选取低影响开发(LID)措施对研究区海绵城市规划进行设计.结果表明: 研究区达到整体目标控制率(年径流总量控制率大于75%)时,下沉式绿地率为1%～31%,下沉式绿地总面积达13.73 km²;透水铺装率为1%～13%,透水铺装总面积达2.29 km².本研究能够为海绵城市规划设计提供案例,对景观格局与过程研究也提供了新的思路和方法.     

城市雨水资源化及其生态环境效应

城市化发展,城市地表水严重污染、地下水超量开采,开发利用城市雨水资源势在必行。雨水是一种最根本、最直接、最经济的水资源。可通过建造雨水贮留设施、就地下渗、回灌、屋面雨水拦裁、蓄集、绿化工程等多种途径实现雨水资源化。充分开发利用雨水资源不仅可以解决城市水资源危机,而且还会带来诸如：涵养地下水、缓解和恢复地面沉降、调节气候、净化空气、强化城市绿化、改善城市环境、改变城市排水系统、防治雨洪灾害等一系列生态环境效应。     

气候变化背景下甘肃农牧交错带玉米气候生产潜力和资源利用效率变化特征

为评估辐射、积温、降水和气候资源变化对甘肃农牧交错带玉米气候资源利用效率的影响,基于研究区45个气象站点1971—2020年玉米生育期内气象资料,结合玉米生育期数据,利用作物生产潜力逐级订正模型和指数化处理方法对研究区玉米气候生产潜力损失率以及光能、热量、降水和气候资源综合利用效率的变化特征进行分析。结果表明: 研究期间,甘肃农牧交错带玉米生育期内太阳总辐射量以-22.03 MJ·m^-2·(10 a)^-1的速率呈波动下降趋势,≥11 ℃积温以60.89 ℃·(10 a)^-1的速率呈显著上升趋势,降水量以2.05 mm·(10 a)^-1的速率呈缓慢上升趋势。甘南地区和陇中北部地区分别因温度和降水限制导致玉米气候生产潜力损失率较高,陇东大部分地区玉米气候生产潜力损失率较低;除中部地区和陇东部分地区外,研究区其他地区因温度和降水限制导致的气候生产潜力损失率分别以-2.0%·(10 a)^-1和-0.6%·(10 a)^-1的速率呈下降趋势。陇中北部、南部以及甘南部分地区为光能和热量资源利用效率的低值区,甘南地区为降水资源利用效率的低值区,兰州市和白银市气候资源综合利用效率较低,分别为0.41和0.47;陇东地区最适宜玉米种植,该地区4种气候资源利用效率均最高,然后依次为甘南和陇中地区;研究区光能、热量、降水以及气候资源综合利用效率的平均倾向率均呈上升趋势,分别为0.1%·(10 a)^-1、0.07 kg·hm^-2·℃^-1·d^-1·(10 a)^-1、1.17 kg·hm^-2·mm^-1·(10 a)^-1和0.05 ·(10 a)^-1,表现出玉米增产的良好潜力。     

近20年内蒙古鄂托克旗草地降水利用效率时空演变的驱动力量化

降水利用效率(PUE)是评价干旱半干旱地区草地生产力与降水关系的有效指标。为进一步探究气候变化和人类活动对草地PUE的驱动机理,本研究采用改进的CASA模型估算了2001—2020年鄂托克旗草地净初级生产力(NPP),结合同期降水量的空间插值数据获取了研究区草地PUE,利用简单线性回归和分段线性回归分析了PUE的时空演变特征及其空间格局对6类气候因子的响应,并引入基于偏导数的量化分析方法定量评估了气候变化和人类活动对PUE动态的相对贡献。结果表明: 鄂托克旗草地PUE多年均值为0.748 g C·m^-2·mm^-1,年际波动呈显著下降趋势,下降速率为0.014 g C·m^-2·mm^-1·a^-1;PUE在空间上西低东高,沿气温、降水、相对湿度、日照时数和ET₀的增长梯度呈显著的单峰分段线性模式,而沿风速梯度表现为先快后慢的持续显著增长模式;研究区94.3%的草地表现为PUE衰减态势,且有43.6%为严重衰减,这一突出问题是气候变化和人类活动共同作用导致的,二者的贡献分别为-1.162×10^-2和-0.240×10^-2 g C·m^-2·mm^-1·a^-1,而气候变化是首要驱动力,其中降水是关键气候驱动因子。     

Hydrological performance of extensive green roofs in response to different rain events in a subtropical monsoon climate

Rapid urbanization transforms permeable land into developed areas with predominantly impervious surfaces, significantly increasing stormwater runoff and exacerbating the risk of pluvial flooding. Green roofs provide an attractive strategy for increasing surface permeability by mimicking pre-development hydrologic functions and mitigating flood risks in compact cities. However, the potential of this strategy has not been rigorously assessed, despite advances in global stormwater management. This is mainly due to insufficient scientific knowledge of hydrologic performance and a lack of experimental studies of rainwater-harvesting capacity under specific climatic conditions. This study evaluated the hydrologic performance of a real-scale extensive green roof (EGR) constructed in a subtropical monsoon climate in Nanjing, China. Overall, the EGR showed considerable ability to retain rainfall (mean retention ~?60%, accumulated retention ~?30%), although retention performance varied from 11% to 100% depending on the rainfall event considered, and decreased with increasing rainfall. Event-based rainfall–runoff comparisons demonstrated that the EGR retained rainwater efficiently during the early stages of a rainfall event and significantly attenuated peak runoff flows compared to bare roofs. Statistical analysis showed that total rainfall depth, rainfall duration, and substrate layer moisture influenced the overall retention most strongly, but also the percentage retention and runoff depth, highlighting the impact of substrate properties in addition to rainfall characteristics on EGR hydrologic performance. These findings provide new knowledge of and important insights into the hydrological performance of green roofs in subtropical monsoon climates, which could be used to guide EGR construction to increase landscape permeability, mitigate the risk of pluvial flooding, and enhance the climatic resilience of urban regions.

     

广州市酸雨成分及其相关分析

分析了2003年11月-2004年10月广州市龙洞79次降雨的化学组分及其各组分之间的相关关系。得出:(1)观测期间总降雨量1359.8,单次降雨的pH值在3.22-7.29之间,平均4.83;以pH<5.6为酸雨的临界值,则酸雨频率占降雨次数的77.2%或占降雨量的81.5%;(2)广州降水的化学组成以SO₄^2-、Cl^-和NO₃^-为主要阴离子,阳离子中以Ca²⁺、NH₄⁺、Na⁺所占比例较大;(3)广州地区酸雨属硫酸型,降雨中的SO₄^2-、NO₃^-、PO₄^3-、Cl^-、NH₄⁺、K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺离子浓度分别为0.150,0.045,0.002,0.163,0.058,0.006,0.013,0.083和0.007mol·L^-1,单次降雨的SO₄^2-/NO₃^-比值在0.42-17.6之间,年平均为3.33,该值比西南地区相应值低许多,而且与同一地点5年前测定的结果相比较,SO₄^2-/NO₃^-比值有变小的趋势,说明广州地区NO_x排放量高逐渐增加;(4)广州地区酸雨有着明显的季节变化规律,春、夏、秋季酸雨比较严重,冬季酸雨较少出现,这与西南地区的重庆(冬季酸雨较春季严重)酸雨季节规律相反;(5)通过SPSS统计分析得出,雨量与各化学组分含量成负相关,说明雨量对大气污染物质的稀释作用;酸雨各化学成分之间存在着一定的相关性,如SO₄^2-与Ca²⁺,NO₃^-与NH₄⁺,K⁺与Na⁺、Mg²⁺离子,Na⁺与Mg²⁺等都存在显著的正相关,利用这种相关可以建立某些酸雨成分的预测模型。     

长白山生态功能区气候变化特征

为探究长白山生态功能区气候变化特征,本研究利用区域内及周边36个气象站数据与CN05.1格点数据集,采用线性倾向估计法、Mann-Kendall突变检验、累积距平法、Morlet小波分析等方法研究1961—2016年长白山生态功能区内温度(平均气温、四季气温、极端气温)、水分(年降水量、四季降水量、降水日数、相对湿度)、光照(日照时数与日照百分率)和风速因子的时空变化规律.结果表明: 1961—2016年,长白山生态功能区气温升高、日照减少、风速减弱、降水量周期振荡变化.其中,冬季气温[0.45 ℃·(10 a)^-1]与最低温度[0.74 ℃·(10 a)^-1]大幅上升.年平均风速显著降低[-0.21 m·s^-1·(10 a)^-1]但并未发生气候突变.年降水日数大幅降低[-7.01 d·(10 a)^-1],使其与东北地区气候变化特点有所不同.虽然功能区内年降水量倾向率为16.06 mm·(10 a)^-1,但不能以简单的趋势增加或减少来描述降水量变化特征,功能区内降水量变化以26年长周期叠加3年的短周期为主.研究结果对区域生态评估、生态系统响应气候变化、物候变化等研究具有指示意义.