环境生态学课件11.pdf

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1、第第1111章章城市环境生态城市环境生态问题研究问题研究目录目录P引言引言P城市城市陆陆面面过过程和大程和大气气边边界界层模拟层模拟P城市环境风洞模拟P引言引言ö城市化及区域环境问题ö城市区域气候和大气边界层研究方法P本章本章教教学学目目的及其的及其重点重点城市化－国际趋势－城市地表热力、辐射特征－城市大气边界层动力、热力特征－城市大气环境污染－区域气候变化－城市大气边界层数值模式－城市气候灾害防御－环境优化规划。重点：ö城市下垫面大气边界层理论问题ö城市边界层气候和大气边界层研究方法有何有何意意义？义？采采

2、取什取什么么研究研究方方法？法？城城市区市区域域陆面过陆面过程和程和边边界层界层问问题研究题研究解解决什决什么么问题？问题？城城市边市边界界层层结结构特征构特征城市边界层及热岛环流特征城市边界层及热岛环流特征城市热岛城市热岛城市边界层发展特征城市边界层发展特征÷城市边界层影响城市降水分布和污染物的输送城市冠层热力动力效应特征城市冠层热力动力效应特征（（低、中、高纬度城市的差别低、中、高纬度城市的差别））城市街区结构流场动力学特征（平原、山区、沿海城市的差别）城城市边市边界界层特性层特性的的观测观测和和模拟研模

3、拟研究究方法方法地面气象和地边界层大气遥感地理信息物理数值模拟风洞模拟面通量等观测探测与卫星观测数据资料库陆面过程与大气边界层数值模式、风洞建立与分析结构特性计算分析模拟结果分析城市边界层结构、动力、热力学特性与大气过程相互关系城市下垫面陆面过程和中尺度气象模式中的参数化城市边界层特征对区域气候环境和污染物输送的影响城市大气边界层数值模式的多尺度性城市多尺度气象与污染扩散数值模式系统城市影响参数化显式考虑建筑物城市区域尺度模式城市尺度模式小区尺度模式单体尺度模式城市区域尺度城市尺度小区尺度单体尺度50km5k

4、m500m50m城市区域尺度模式模式具有以下主要特点：三维非静力、湍流闭合水平网格距可变、垂直网格上疏下密细致的陆面物理过程处理引入城市人为热源的影响引入城市建筑物的影响近百公里水平范围、日变化时间尺度植被土壤人为热源城市基础地形资料气象资料地理信息类型资料资料资料城前处理模块市区客观分析模块域模大气数值预报模块式结后处理模块构框画图分析模块图模拟性能效果分析模块城市小区尺度模式模式具有以下主要特点：三维非静力、湍流闭合水平网格距可变、垂直网格采用拉伸网格处理建筑物、植被覆盖、水体的影响考虑区内建筑物朝向、建

5、筑物对短波辐射遮蔽作用数公里水平范围、数小时时效确定模拟研究模式网格、参城开始区域地形、地数设置表类型资料市小区大气边界层方陆面物理过程读入研究区域程组、湍流闭热力、动力学环境初始场及尺合参数化参数度模地面辐射、能积分模式方程输出诊断后的式量平衡计算组气象场得到稳定的气计象场算积分污染物浓度污染模式读入诊流方程，得到稳定断后的气象场及处理污染物源的污染物浓度分污染物源资料资料程布结构输出污染物数据绘图、三维动结束（源及浓度分画显示及绘图布）输出城地面风温资料模式预处理地形处理市地面污染资料中尺度气象模式污MM

6、5下垫面类型处理染人为热源处理插值与坐标转换物边界层模式运用于城污染源排放模型浓市空气污染预报城市大气边界层模式度UBLM干湿沉积模型预报大气化学输送扩散模式生物/植物排放ACTDM模型处理污染物监污染物浓度分布过测检验SO2,Nox,TSP/PM10等程污染指数比较城市空气污染指数发布预报城市尺度大气环流特征研究山谷城市大气大气边界层特征和大气污染形成机理研究城市环境优化研究ò城市光辐射问题研究（玻璃幕墙）ò城市热辐射问题研究（空调）ò城市建筑节能研究（通风、采光、采暖）ò生态城市建设研究（雨水储存、建筑绿

7、化）ò室内环境优化研究（建筑材料、通风采光）城市灾害及雨水资源利用研究ò城市高温灾问题研究ò城市火灾问题研究ò城市风灾狭管效应研究ò城市雨水资源利用研究P城市城市陆陆面面过过程和大程和大气气边边界界层模拟层模拟ö模式设计ö模拟结果与讨论ö模式设计三维大气动力热力学方程组du¶pz-H¶zg=-q+g+Fudt¶xh¶xdv¶pz-H¶zg=-q+g+Fvdt¶yh¶ydudvdwu¶zgv¶zg++--=0dxdydzH-z¶xH-z¶yggdq=FqdtdR=FRdtdpH-zgg=-dzHq-1其中式q中

8、为位温(K)；R为比湿kg.kg(p)；为P0.286Exner函p=数C且有p()P0。取1000hp；C为定压Pap-1-10比热,k取10.kg05J.w为（x,y,z）坐标系中的垂直速度Hz-H¶zgz-H¶zgw=w+u+vH-zH-z¶xH-z¶ygggFu，Fv,FR，Fq为湍流项22¶j¶jH2¶¶jF=K（＋)+()(K)jH22Z¶x¶yH-z¶z¶zgj分别代替u，v，R，KH