西安城市扩张对热岛效应的研究.doc

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1、以缓解热岛效应为目的的热环境模拟分析——以西安市为例【内容摘要】城市热环境特别是热岛效应已经困扰城市构建生态、宜居、低碳、环保进程中难以逾越的障碍，并且已经演变成为一种城市环境公害，成为构建循环节约型经济社会理念下一个魂待解决的问题。本文在将元胞自动机理论与马尔可夫理论相结合的基础上取其精华，构建了城市热环境模拟预测的UHI-CA-Markov模型，以用来模拟预测和分析西安市未来热环境发展趋势，为缓解城市热岛效应提供参考价值。【关键词】城市热环境；元胞自动机理论：马尔可夫理论：模拟预测；—、引言地球

2、的牛态系统在依赖于人类的同时也受到人类活动的干扰，从而逐渐失衡。全球变暖、海平面上升、冰川融化、臭氧减少和空气中的二氧化碳増加等均已成为全球学术界、各国政府和社会公众共同关注的重大环境问题。西部大开发战略的实施，使西部地区的政治、经济、文化发展也加快了城市化进程，使城市规模不断扩大，人口增长，持续快速城市化对城市环境和生态环境安全有着深远的影响。与此同时，城市作为人类的群居地，构建绿色、生态、安全可持续的生产生活环境是构建和谐社会，促进城市化进程的关键所在。城市作为人类的群居地，构建绿色、生态、安全

3、可持续的生产生活环境是构建和谐社会，促进城市化进程的关键所在。因此，缓解城市热岛效应，研究城市热环境、空间分布、动态变化及其控制策略，是实现城市可持续发展的背景下快速城市化的重要一环。一、研究区概况西安市的辖区包括西安市行政所属的新城、碑林、莲湖、渐桥、未央、雁塔、阎良、长安、临憧九区和蓝田、周至、户县、高陵四县及咸阳市行政辖屈的各个县区，共计11区1市9县。地理坐标介于北纬33°397~35。337，东经107。397~109。497之间。总占地面积14860km2,约占陕西省总而积的7.23%,

4、研究区地理位置及行政区划图如下图所示。图1西安城市圈西安市地势东南高，西北与西南低。西安都市圈地貌类型复杂多样，河网水系绝大多数均属于黄河流域渭河水系。研究区域内水资源丰富，就西安市而言，市区河谷平原区天然水资源15.78亿立方米/年;黄土台堀区天然水资源3.58亿立方米/年,基岩山区天然水资源0.55亿立方米/年,总计19.91亿立方米/年,其中可开采利用量为13.16亿立方米/年,丰富的水资源为西安地区城市建设和城乡居民牛活提供了保障。三、城市热环境模拟与预测分析综述已有文献发现，冃前城市热环境

5、评价与模拟预测的主要方法包括：（1）将灰色系统理论引入，运用灰色关联度分析影响城市热环境因子的贡献度。典型代表有陈志、何萍；（2）基于热力学和动力学，利用边界层数值模型模拟了城市热岛效应的现状。典型代表有杨梅学、杨卜华及佟华等。（3）基于计算流体力学技术的应用，将计算流体力学技术与遥感技术相结合，采用数值计算模型、模型计算等方法进行施工，对武汉和兰州的局部区域热环境进行了相关模拟，研究结果表明CFD技术应用于城市热环境的研究是可行的，但是没有构建仿真模型，缺乏可推广性。木文尝试将元胞自动机理论与马尔

6、可夫理论相结合，取其精华，用来构建城市热环境模拟预测的UIIT-CA-Markov模型，以用來模拟预测和分析西安市未来热环境发展趋势，为缓解城市热岛效应提供参考价值。（一）研究目的与研究方法1•研究目的本文以城市化为背景，以经济高速发展和人类活动干扰剧烈的人类聚集区城市为研究区域，以城市热环境产生、反演及其趋势模拟和对策分析作为研究对象，在分析城市热岛特征、变化格局慕础上探讨城市生态系统内部不同土地利用类型对城市热景观格局的影响，分析其动态变化，模拟热格局的发展趋势，揭示人类景观格局变化对热力景观的

7、影响，并深入剖析了城市化进程中城市热岛效应的调控机制,分析其对策，为西安都市圈打造更加和谐的人居热环境奠定基础,进一步为城市碳减排措施提供科学依据。2.研究方法本文主要研究方法是基于元胞自动的空间模拟功能和马尔可夫模型的数量预测功能,构建用于城市热环境模拟与预测的UHI-CA-Markov模型，并以西安市为例,模拟了2012年和2018年西安市地表热环境数量及其空间分布情况，并以灰色系统预测模型GM（1,1）为检验模型，并且对UHT-CA-Markov模型的模拟精度进行检验。（二）相关模型综述1•元

8、胞自动机模型标准元胞自动机是一四元组，它由四部分组成：细胞、细胞空间、邻居和进化规则。具体根据以下公式进行表达：AI+1=（USX,N,F）（1）在公式（1）当中，A代表着一个元胞自动机系统;L代表离散的元胞空间,d代表元胞空间的维数,d二1表示一维空间网格,*2表示一维空间网格;网格的单位点被称为元胞的单位元胞，所有的元胞都是在一个网格单位当中的：代表一个有限的，离散状态的一•组元胞，并且每个元胞在任何给定的时间都处于给定装填当中;N代表邻居的元胞组合，每一个元胞都