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缓变下垫面对浅水方程的动力学订正

物理学报 2013年第3期62卷 513-518页

作者：达朝究冯爱霞龚志强宋健西北民族大学数学与计算机科学学院兰州730030 兰州大学大气科学学院兰州730000 国家气候中心气候研究开放实验室北京100081 内蒙古工业大学理学院呼和浩特010062

讨论了当下垫面随时间缓慢变化时浅水方程的形式.从控制大气运动的连续性方程和动量方程出发,将下垫面的缓慢变化作为一个小量叠加到固有下垫面函数上,利用大气的上下边界条件,得到改进的浅水方程.在改进的浅水方程中,由缓变局部水平体... 详细信息

讨论了当下垫面随时间缓慢变化时浅水方程的形式.从控制大气运动的连续性方程和动量方程出发,将下垫面的缓慢变化作为一个小量叠加到固有下垫面函数上,利用大气的上下边界条件,得到改进的浅水方程.在改进的浅水方程中,由缓变局部水平体积散度,订正了局部水平体积散度和流体局部厚度变化之间的平衡,在此基础上得到包含下垫面缓变的涡度方程.

关键词：下垫面全球变暖缓变浅水方程

下垫面覆盖类型变化对城市热岛的影响——以北京市朝阳区为例

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北京林业大学学报 2020年第3期42卷 99-109页

作者：李膨利 Muhammad Amir Siddique 樊柏青黄华国刘东云北京林业大学园林学院北京100083 北京林业大学林学院北京100083

【目的】快速发展的城市化进程改变了下垫面的性质和结构,从而影响了城市的热量平衡,导致城市热岛效应蔓延。研究城市下垫面变化及其对城市热岛的影响,对缓解城市热环境、减少社会经济损失有重要意义。【方法】本文利用2002—2017年北... 详细信息

【目的】快速发展的城市化进程改变了下垫面的性质和结构,从而影响了城市的热量平衡,导致城市热岛效应蔓延。研究城市下垫面变化及其对城市热岛的影响,对缓解城市热环境、减少社会经济损失有重要意义。【方法】本文利用2002—2017年北京市朝阳区Landsat系列遥感影像计算研究区域归一化植被指数(NDVI)变化,并基于大气校正法利用Landsat热红外波段进行地表温度(LST)反演,进一步对所获地表温度进行归一化处理;同时利用2002—2017年北京市朝阳区谷歌全色卫星影像,基于DeepLabv3+网络利用深度学习对朝阳区下垫面分类并分析其动态变化。【结果】(1)朝阳区15年间平均地表温度呈上升趋势,城市热岛逐年加剧;至2017年,区内不再存在单一热岛中心,而转为复杂的镶嵌式结构、多中心分布。(2)15年间不透水面面积共减少71.02 km2,降幅20.98%;水域面积共减少2.53 km2,降幅24.12%;植被面积共增加73.54 km2,增幅56.57%。(3)对地表温度与下垫面类型动态变化相关性进行分析表明,地表温度与不透水面面积呈正相关,与植被面积呈负相关关系。(4)从总量来看,2012—2017年朝阳区与城市热岛效应成负相关关系的植被与水域面积总量增加明显,但城市热岛效应不降反增。【结论】植被和水域对城市热岛效应的缓解作用在用地强度、建筑密度和人类活动不断增长的前提下逐渐变得有限。在现有城市发展模式下,朝阳区地表温度将继续上升,城市热岛进一步加剧。

关键词：风景园林下垫面地表温度城市热岛城镇化

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四湖流域下垫面改变对排涝模数的影响

水科学进展 2014年第2期25卷 275-281页

作者：罗文兵王修贵罗强张晓春武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

选取湖北省四湖流域螺山排区作为研究对象,利用经验公式法计算排涝模数,并分析水面率、水旱比、城市化和灌溉方式及其变化对排涝模数的影响。结果表明:排涝模数随着水旱比和水面率的增加而减小,而随着地面硬化率的增加而增大;水面率对... 详细信息

选取湖北省四湖流域螺山排区作为研究对象,利用经验公式法计算排涝模数,并分析水面率、水旱比、城市化和灌溉方式及其变化对排涝模数的影响。结果表明:排涝模数随着水旱比和水面率的增加而减小,而随着地面硬化率的增加而增大;水面率对排涝模数的影响大于水旱比和地面硬化率的影响;同水稻的传统灌溉相比,间歇灌溉下的排涝模数较小。由于下垫面条件的改变,在10年一遇3日暴雨的排涝标准下,该地区排涝模数由1994年的0.38m3/(s·km2)上升到2011年的0.46m3/(s·km2),大约相当于1994年下垫面条件下的19年一遇3日暴雨的排涝标准。

关键词：下垫面排涝标准水面率水旱比城市化灌溉方式

下垫面输入资料对深圳气象场及大气扩散能力模拟的影响

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环境科学学报 2021年第7期41卷 2584-2597页

作者：董宇童陈丙寅张兴腾刘婵芳何龙何鹏飞王伟文王雪梅常鸣暨南大学环境与气候研究院广州510443 粤港澳环境质量协同创新联合实验室广州510443 深圳市环境监测中心站深圳518049

区域气象模式的输入资料更替相对城市化发展的实际态势存在滞后,使得空气质量预报模型受气象场模拟性能限制而难以准确预报污染事件.本文以深圳市的WRF模拟为例,对模式土地利用输入资料、城市冠层输入参数进行改进,通过提高气象场的模... 详细信息

区域气象模式的输入资料更替相对城市化发展的实际态势存在滞后,使得空气质量预报模型受气象场模拟性能限制而难以准确预报污染事件.本文以深圳市的WRF模拟为例,对模式土地利用输入资料、城市冠层输入参数进行改进,通过提高气象场的模拟能力,探究下垫面输入资料对深圳气象场及大气扩散能力模拟的影响.结果表明,土地利用输入资料的更新使得城市建成区类型格点模拟温度在1月下降了0.05℃,在4、7和10月分别上升了1.1、0.4和0.5℃;风速在1、4、7和10月分别下降了2.3、1.8、1.9和1.8 m·s^(-1);相对湿度分别下降了16.1%、9.0%、14.4%和6.5%;感热通量分别升高了85.3、73.6、134.8和65.6 W·m^(-2);潜热通量分别下降了65.9、39.5、118.3和45.7 W·m^(-2).土地利用输入资料更新后,深圳市扩散指数在空气质量为"优"、"良"、"轻度污染"时段内,分别下降了约25%、20%、30%,风向变化因子分别约有5%、5%的降低和20%的升高;输入城市冠层参数后,扩散指数分别下降了约25%、15%、5%,风向变化因子分别约有5%的降低、5%和5%的升高.土地利用输入资料的更替和城市冠层参数的输入带来模拟能力的改进,更好地重现了一些复杂的边界层热动力结构,包括典型污染日午后深圳市上空南侧上升、北侧下沉的城市热岛环流和近地面的海风局地环流.

关键词：下垫面土地利用城市冠层大气扩散数值模拟

南京城市下垫面变化对夏季臭氧浓度的影响研究

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中国环境科学 2015年第11期35卷 3217-3226页

作者：朱宽广谢旻霍云怡王体健冯文朱新胜陈飞欧阳琰符传博唐家翔南京大学大气科学学院江苏南京210023 海南省南海气象防灾减灾重点实验室海南海口570203 江苏省气候变化协同创新中心江苏南京210023 环境保护部南京环境科学研究所江苏南京210042

利用南京基准地面气象站1951~2010年的气象数据分析南京气象要素的长期变化,利用2007年南京草场门大气污染物监测数据探讨O3同气象要素之间关系并分析气象要素改变对污染的可能影响,结合WRF-CALGRID模式基于2008年7月的情景模拟研究199... 详细信息

利用南京基准地面气象站1951~2010年的气象数据分析南京气象要素的长期变化,利用2007年南京草场门大气污染物监测数据探讨O3同气象要素之间关系并分析气象要素改变对污染的可能影响,结合WRF-CALGRID模式基于2008年7月的情景模拟研究1990年代以后南京城市下垫面变化对气象要素变化的贡献,并分析其对O3浓度的影响.结果显示,南京气温呈现增长趋势,平均风速、大气湿度、日照时数呈现降低趋势.气温与O3浓度呈一定的正相关关系、较小的风速和相对湿度有利于O3的生成.城市下垫面的增加使得南京城区气温增高超过1℃、风速减小0.4m/s、湿度下降0.5g/kg、混合层高度增加100m.气象要素的改变使地面NOx浓度减小,最大减小量超过6×10^-9.对O3浓度的影响有增有减,南京市北部、西部增加,增加量超过2×10-9,主要受温度增加、风速减小以及NO的垂直输送影响;主城区的南部、东部O3浓度减小,减少量1×10^-9~3×10^-9,主要受混合层高度增加的影响.

关键词：下垫面气象要素臭氧 WRF-CALGRID

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海岛下垫面对核事故核素扩散影响规律研究

核动力工程 2020年第4期41卷 153-160页

作者：许凡马元巍王德忠王鼎之吴思远上海交通大学上海200240

为研究核事故发生后气载核素在海洋环境中的扩散,以海岛核电厂为研究对象,采用计算流体动力学(CFD)模拟的方法对海岛核电厂各下垫面要素、风速变化、喷口速度变化进行了模拟,并用风洞实验验证CFD模拟的准确性。结果表明,山体会对地面最... 详细信息

为研究核事故发生后气载核素在海洋环境中的扩散,以海岛核电厂为研究对象,采用计算流体动力学(CFD)模拟的方法对海岛核电厂各下垫面要素、风速变化、喷口速度变化进行了模拟,并用风洞实验验证CFD模拟的准确性。结果表明,山体会对地面最大扩散因子产生显著影响;平台的高度增加时,地面最大扩散因子降低,出现距离更靠近喷口;风速的增大会使得面最大扩散因子出现位置后移;喷口速度增大会使得地面最大扩散因子变小,其出现位置后移;在喷口速度变化的情况下,地面最大扩散因子的CFD模拟值和高斯烟羽模型计算值呈倍数关系,并以此对高斯烟羽模型进行了修正。

关键词：下垫面海岛地面最大扩散因子大气扩散核事故

西北干旱荒漠区典型露天煤矿不同下垫面风沙流特征

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农业工程学报 2022年第7期38卷 146-154页

作者：麻文章史常青胡平赵廷宁张艳刘韵吴红璇北京林业大学水土保持学院北京100083

为揭示西北干旱荒漠区露天煤矿风蚀特征,选取该区域内具备代表性的典型露天矿区,对其不同场地下垫面进行分析,通过野外实地监测,分析了矿区不同下垫面风沙流特征。研究结果显示:随高度增加,块石植被低覆盖干燥(RLd)下垫面风沙流输沙量... 详细信息

为揭示西北干旱荒漠区露天煤矿风蚀特征,选取该区域内具备代表性的典型露天矿区,对其不同场地下垫面进行分析,通过野外实地监测,分析了矿区不同下垫面风沙流特征。研究结果显示:随高度增加,块石植被低覆盖干燥(RLd)下垫面风沙流输沙量垂向特征表现为先依次递减后增加,其余下垫面则总体表现为随高度增加而减少;0.2 m为风沙流的主要输移层,砾石覆盖度、植被覆盖度与地表湿润度的增加,会有效降低风沙流水平通量。近地表土壤结构受大型机械循环作业活动变的疏松、风蚀物质粒径减小,同时因自身地表干燥,研究区近地表土壤风蚀可蚀性增加;水平通量在风季时期因人为干扰作用,沙尘加快了运移。在车工机械的影响下,矿内生产活跃区下垫面风沙流空间结构特征较其他下垫面出现向高层偏移的现象,主要开采区域风蚀程度严重,且人为干扰程度越强,偏移现象越明显。矿区周边沙地下垫面水平通量较大,地表可风蚀性质较强,受研究区盛行风及人为采矿导致地表凹陷等因素影响,该区域是矿区大粒径风蚀物质的主要来源地。因地表湿润度与植被覆盖度的增加,部分下垫面风沙流结构最优关系式为指数函数的形式,表现为随高度增加输沙量变化较急剧,其余下垫面风沙流结构最优关系式函数类型为幂函数。矿内主要开采活跃区下垫面的输移物质主要为极细粉沙,且主要粒径组风蚀物影响范围超过1.5 m,是造成露天矿区能见度下降的主要原因。研究成果可为西北干旱荒漠区露天矿区沙害防治提供理论依据和科技支撑。

关键词：土壤风结构露天煤矿下垫面

城镇化人为扰动下垫面类型影响水源涵养功能的评价

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农业工程学报 2017年第22期33卷 92-102页

作者：史东梅蒋光毅彭旭东李叶鑫金慧芳林姿西南大学资源环境学院重庆400715 重庆市水土保持生态环境监测总站重庆401147 贵州大学林学院贵阳550025 辽宁工程技术大学环境科学与工程学院阜新123000

城镇化引起的各种人为扰动地貌单元的水源涵养功能较原地貌明显降低是造成城市水土流失的主要原因,在降雨和排水管网设计能力一定条件下,也是加剧城市内涝的主要原因。该文采用野外调查、室内物理分析及AHP(analytic hierarchy process... 详细信息

城镇化引起的各种人为扰动地貌单元的水源涵养功能较原地貌明显降低是造成城市水土流失的主要原因,在降雨和排水管网设计能力一定条件下,也是加剧城市内涝的主要原因。该文采用野外调查、室内物理分析及AHP(analytic hierarchy process)层次分析综合评价法,系统地分析了各种人为地貌单元的物质组成和持水性能变化并综合评价了其对原地貌水源涵养功能的影响特征。结果表明:1)各种扰动地貌单元>2 mm土体颗粒质量分数在45%以上,原地貌边坡绿化带(1.54 g/cm3)>1 a弃渣堆积体(1.48 g/cm3)>2 a弃渣堆积体(1.34 g/cm3)>3 a弃渣堆积体(1.31 g/cm3),比坡耕地依次增加33.85%、18.46%、13.85%、3.08%和0.77%;扰动地貌的土壤总孔隙度、土壤田间持水量和饱和含水量则表现出相反趋势。2)人为扰动地貌单元土壤入渗性能总体小于原地貌单元,而原地貌土壤稳定入渗率则在2.83~6.22 mm/min之间变化;当项目区林地转化为新弃渣堆积体时对降雨和城市洪水动态调节功能影响最大,转化为施工便道时影响最小;人为扰动地貌单元土壤水库总库容、兴利库容和滞洪库容总体低于原地貌,当项目区草地转化为施工便道时对土壤持水能力及调蓄地表径流能力危害最大。3)各种扰动地貌单元水源涵养能力明显小于原地貌单元,以施工便道(0.421)最差,林地最好(0.651);在城镇化过程中应重视城镇水面、林草地的空间分布及占地面积,对短期松散堆积体也最好进行临时绿化措施。4)加强对扰动地貌物质组成、大孔隙结构和降雨-径流-入渗连续性定位研究,同时关注各扰动地貌在不同压实条件下土壤水库蓄水性能对项目区雨洪过程线和排水系统的影响。研究结果可为城市水土保持生态服务功能恢复、城市绿化带建设和洪水内涝缓解提供科学依据。

关键词：土壤水入渗水源涵养功能下垫面城镇化三峡库区

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不同下垫面苯系物的挥发行为研究

环境科学 2008年第7期29卷 2058-2062页

作者：童玲郑西来李梅胡志峰中国海洋芙学海洋环境与生态教育部重点实验室青岛266100

结合石油化工区挥发性污染物泄漏控制的需要,选取淄博地区代表性的砂土、壤土和水3种下垫面,对苯系物的挥发行为进行试验研究,得到了不同类型下垫面中苯系物单组分及其混合物的挥发动力学曲线、最优拟合公式和挥发动力学模型.结果表明,... 详细信息

结合石油化工区挥发性污染物泄漏控制的需要,选取淄博地区代表性的砂土、壤土和水3种下垫面,对苯系物的挥发行为进行试验研究,得到了不同类型下垫面中苯系物单组分及其混合物的挥发动力学曲线、最优拟合公式和挥发动力学模型.结果表明,3种下垫面中,苯系物组分及混合物的挥发速率大小依次为:苯>甲苯>BTEX>二甲苯>乙基苯;而苯系物在静水面上的挥发最快,砂土中次之,壤土中挥发最慢.另外,3种下垫面中苯系物的挥发速率常(系)数与蒸气压的关系均呈线性正相关,挥发速率系数随着组分蒸气压的增大而明显增大.下垫面对苯系物挥发的影响机制主要表现为对挥发面积和介质在挥发扩散过程中可利用孔隙通量的影响.

关键词：苯系物下垫面挥发动力学