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城市景观多维扩展对城市热环境影响的数值模拟研究 ——以武汉为例

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城市景观多维扩展对城市热环境影响的数值模拟研究 ——以武汉为例

作者：邓湘文中国地质大学

学位级别：硕士

城市扩展是城市空间水平扩展和垂直延伸的综合体现。城市扩展侵占了自然和半自然景观,改变了下垫面的反照率、导热率、粗糙度、含水率等物理特性;城市景观立体化增长则改变了城市内气流、能量吸收和大气热传输。二者都使地表能量收支、... 详细信息

城市扩展是城市空间水平扩展和垂直延伸的综合体现。城市扩展侵占了自然和半自然景观,改变了下垫面的反照率、导热率、粗糙度、含水率等物理特性;城市景观立体化增长则改变了城市内气流、能量吸收和大气热传输。二者都使地表能量收支、水循环、局地环流和行星边界层结构发生变化,从而产生复杂的热环境效应,并严重影响城市居民热舒适。研究城市景观扩展对热环境的影响,是优化城市景观格局,改善人居环境的迫切需要。本文在梳理国内外研究进展的基础上,以国际湿地城市、华中地区特大城市武汉为研究区,针对武汉城市化进程中热环境愈发恶劣这一事实,开展城市扩展和湖泊萎缩的耦合作用以及城市致密化对城市热环境的影响研究。以中尺度数值模式耦合城市冠层模型和湖泊模型为重要研究手段,探究城市景观多维扩展对城市热环境影响的过程和机理,揭示其影响的方向、规模和程度,并提出缓解热环境的城市空间规划策略。本研究的主要结论概括如下:(1)2000–2020年,仅城市扩展(不考虑湖泊存在)导致武汉建成区夏季升温0.9℃,水汽混合比减少0.9 g/kg,局部最大变幅为2℃和1.4 g/kg;导致夜间湿球黑球温度和热指数的最大增幅为1.0和2.7℃。伴随湖泊萎缩的城市扩展导致武汉夏季建成区升温0.8℃,水汽混合比减少1.6 g/kg,局部最大变幅为1.4℃和2.0g/kg;产生的夜间湿球黑球温度的变化不明显,夜间热指数的最大增幅为1℃。2000年,水体的存在使建成区日间最高气温减少0.6℃,夜间最低气温增加1.0℃,日均水汽混合比增加0.9 g/kg;导致夜间湿球黑球温度和热指数的最大增幅为1.8和2.5℃。在2020年,湖泊萎缩使水体的存在对城市热环境的影响明显减弱。总体而言,空气湿度对武汉居民,尤其是户外工作者的热负荷有较大的影响。因此,最高气温指标无法识别较低程度的热风险。城市景观变化轻微缓解了白天热风险,但加重了夜间热风险。(2)2008–2018年,武汉中心城区的建筑高度和体积显著增加,在二环和三环之间尤其显著。高高度–中密度扩展是对城市空间利用程度最高的扩展模式,使得热浪时段气温升高1.3℃,水汽混合比减少0.5 g/kg,风速下降1.7m/s,通用热气候指数增加1.7℃。中高度–中密度扩展和低高度–低密度扩展则是主要的城市景观三维扩展模式。中高度–中密度扩展导致气温升高0.5℃,水汽混合比减少0.2g/kg,风速下降0.4m/s,通用热气候指数增加0.5℃。低高度–低密度扩展对热环境的影响弱于中高度–中密度扩展。低高度–高密度扩展导致热浪时段气温升高1.0℃,水汽混合比减少0.3 g/kg,风速下降0.3m/s,通用热气候指数增加0.7℃。其对温度、湿度和热舒适度的影响大于中高度–中密度扩展,但对于风速的影响则相反。总体而言,城市景观三维扩展导致的夜间热风险增幅远高于白天,风速和温度分别是影响白天和夜间热风险变化的主导因素。为减轻热环境变化对武汉居民热舒适度的影响,应提高城市土地利用效率,采取中高度–中密度的增长模式。同时,应减少建筑错落度和起伏度。(3)无论是城市景观的二维扩展还是三维扩展,都对夜间热环境要素的影响更大。城市景观二维扩展在白天和夜间均导致气温增加(0.9–1.4℃),但城市景观三维扩展导致的白天气温变化微弱,夜间局部升温幅度明显(1.3℃)。城市景观二维扩展产生的水汽混合比减幅(1.6–2.0 g/kg)大于三维扩展(0.2–0.5 g/kg)。与城市景观水平扩展侵占自然/半自然景观引起的热环境效应相比,城市空间三维扩展对热环境的影响程度相对较小。同时,考虑垂直方向上建筑高度的变化,能提升中尺度数值模式对建筑物的辐射捕获作用、阴影效应和对流加强作用的表征能力,从而提升对温度和湿度的模拟。因此,未能有效考虑城市景观三维扩展对热环境的影响,将极大地限制对城市扩展的热环境效应的全面理解。

关键词：城市扩展三维景观城市热环境中尺度数值模拟湖泊萎缩

复苏河湖生态环境增强大江大河大湖生态保护治理能力

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中国水利 2022年第7期 1-2,8页

作者：杨得瑞水利部水资源管理司

针对河湖水生态系统存在的河道断流、湖泊萎缩干涸、生态流量保障不够、地下水水位下降等突出问题,水利部将复苏河湖生态环境作为推动新阶段水利高质量发展的重要实施路径,2021年12月,水利部印发《关于复苏河湖生态环境的指导意见》、... 详细信息

针对河湖水生态系统存在的河道断流、湖泊萎缩干涸、生态流量保障不够、地下水水位下降等突出问题,水利部将复苏河湖生态环境作为推动新阶段水利高质量发展的重要实施路径,2021年12月,水利部印发《关于复苏河湖生态环境的指导意见》、水利部办公厅印发《“十四五”时期复苏河湖生态环境实施方案》,全面部署复苏河湖生态环境工作。

关键词：保护治理河道断流实施路径实施方案生态流量复苏水生态系统湖泊萎缩

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青海湖萎缩之谜

气象知识 2003年第4期 6-8页

作者：陈昌毓

在古代，青海湖就为我国人民所知跷早在公元5世纪著名地理学家郦道元在《水经注》中，就对青海湖的自然环境和物产作了详细而生动的描述。在《北史》中，记述了青海湖地区生长着种叫做“青海骢”的千里驹。从古至今，这个湖泊还一向被... 详细信息

在古代，青海湖就为我国人民所知跷早在公元5世纪著名地理学家郦道元在《水经注》中，就对青海湖的自然环境和物产作了详细而生动的描述。在《北史》中，记述了青海湖地区生长着种叫做“青海骢”的千里驹。从古至今，这个湖泊还一向被藏族同胞视为神灵而加以朝拜。

关键词：青海湖高原内陆咸水湖水位下降湖区生态环境湖泊萎缩

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黄河源区生态环境形势

草业与畜牧 2011年第7期 42-43页

作者：吴海莲刘生明青海省玉树州经营管理站青海玉树815000

黄河源区范围是指龙羊峡大坝以上的流域地区，主要包括曲麻莱、称多、玛多、玛沁、达日、甘德、久治、河南、泽库、同德、兴海、贵南、共和等13县，总面积11．2万平方公里。近年来，此区域生态环境遭到严重破坏，草地严重退化，鼠虫害... 详细信息

黄河源区范围是指龙羊峡大坝以上的流域地区，主要包括曲麻莱、称多、玛多、玛沁、达日、甘德、久治、河南、泽库、同德、兴海、贵南、共和等13县，总面积11．2万平方公里。近年来，此区域生态环境遭到严重破坏，草地严重退化，鼠虫害肆虐，致使土地沙漠化强烈发展，水土流失加剧，湖泊萎缩，

关键词：区域生态环境黄河源区环境形势土地沙漠化水土流失湖泊萎缩龙羊峡鼠虫害

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从中游巨变看1998年长江洪水

中国科技财富 1998年第7期 22-23页

作者：王苏民姜加虎中国科学院南京地理与湖泊研究所

一、长江水沙大量倾入,湖泊急剧萎缩长江流域西高东低的地势,促使长江出三峡后把大量的水沙倾注在宜昌以下中游平原地区.古时中游长江洪水受江北浩瀚无际的云梦泽和彭蠡泽的自然调蓄,长江洪水出三峡,入云梦泽,下汉口,再注入彭蠡泽.直至... 详细信息

一、长江水沙大量倾入,湖泊急剧萎缩长江流域西高东低的地势,促使长江出三峡后把大量的水沙倾注在宜昌以下中游平原地区.古时中游长江洪水受江北浩瀚无际的云梦泽和彭蠡泽的自然调蓄,长江洪水出三峡,入云梦泽,下汉口,再注入彭蠡泽.直至唐宋,中游地区仍然'江患甚少'.因长江大量泥沙涌入,三角洲迅速扩展,致使云梦、彭蠡两泽迅速淤变.

关键词：长江洪水江湖关系湖泊萎缩行蓄洪区洪水位中游河段

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让学生了解中国水资源真相

环境教育 2014年第7期 87-89页

作者：王美芹王政山东省莱阳市穴坊中心初级中学

我国的淡水资源总量为28124亿立方米,以水资源的主体部分河川径流总量来说,仅次于巴西、俄罗斯、加拿大、美国和印度尼西亚,居世界第六位。但是,我国人均水资源量仅为世界平均水平的1/4,是全球人均水资源贫乏的国家之一。一方面,我国北... 详细信息

我国的淡水资源总量为28124亿立方米,以水资源的主体部分河川径流总量来说,仅次于巴西、俄罗斯、加拿大、美国和印度尼西亚,居世界第六位。但是,我国人均水资源量仅为世界平均水平的1/4,是全球人均水资源贫乏的国家之一。一方面,我国北方干旱半干旱地区水资源普遍短缺,随着经济的发展,许多地方超载使用地下水,使许多江河断流,湖泊萎缩。过去50年间,我国消失湖泊高达1000多个,地下水超采诱发地面沉降塌陷,华北地区已形成较大地下漏斗20处,总面积4万多平方公里,全国有50多个城市发生地面沉降。

关键词：地下水超采中国水资源湖泊萎缩淡水资源总量水资源保护半干旱地区水资源量五龙河北方干旱河川径流

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为了江河万古流记九届全国人大代表雷新泉

楚天主人 2001年第6期 26-27页

作者：周胜

黄河断流,苟延残喘;长江洪灾频仍,枯水断航;湖泊萎缩,污染严重,中国大地上,江河湖泊发出痛苦的呻吟。一位人大代表挺身而出,领衔提出议案:尽快制定“江河湖泊法”并设立国家水资源管理委员会,加强对江河湖泊水资源的管理,遏止各种破坏... 详细信息

黄河断流,苟延残喘;长江洪灾频仍,枯水断航;湖泊萎缩,污染严重,中国大地上,江河湖泊发出痛苦的呻吟。一位人大代表挺身而出,领衔提出议案:尽快制定“江河湖泊法”并设立国家水资源管理委员会,加强对江河湖泊水资源的管理,遏止各种破坏水资源的做法。违法开垦,滥采滥挖,过度放牧,致使天然草场大面积退化、沙化,昔日“风吹草低见牛羊”的大草原,如今变得“浅草才能没马蹄”。沙尘暴肆虐,风沙进逼北京,如不尽快采取措施。

关键词：人大代表湖泊水资源湖泊萎缩江河黄河断流提出议案长江洪灾沙尘暴藏羚羊天然草场

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影响青海湖水位波动因素的灰色关联分析

青海环境 1993年第4期3卷 165-169页

作者：潘维有青海省大自然保护调查队

湖泊生态系统是自然环境系统结构中一个重要的动态子系统,具有相对完整的独立性和从属性。就某一区域环境系统而言,湖泊生态系统的稳定性又标志着区域环境系统的相对平衡。而当湖泊出现明显的扩张或收缩并形成一种趋势时,又反馈着气候... 详细信息

湖泊生态系统是自然环境系统结构中一个重要的动态子系统,具有相对完整的独立性和从属性。就某一区域环境系统而言,湖泊生态系统的稳定性又标志着区域环境系统的相对平衡。而当湖泊出现明显的扩张或收缩并形成一种趋势时,又反馈着气候和水热平衡的变化。目前,在我国西北地区干旱化趋势十分突出,冰川后退,湖泊萎缩,水资源短缺,生态环境进一步恶化等问题已引起有关部门和专家学者的高度关注。青海湖作为我国最大的内陆高原微咸水湖,其水位波动所引起的系统演变,对研究青藏高原生态环境乃至全球环境的变迁均具有重要的意义。

关键词：青海湖流域区域环境水位波动全球环境湖泊生态系统灰色关联分析自然环境系统冰川后退湖泊萎缩内陆高原

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追问’98大洪灾

管理与财富 1998年第5期 3-5页

作者：楚天舒北师大哲学系硕士

森林、植被肆意被,破坏,美好的环境变得满目疮痍,长江发怒了。肆虐九州南北大地、长达百天的世纪大洪灾终于随着季节的转换而开始平息了,但是,对这次洪灾,特别是长江百年一遇的洪灾的反思,是不能就此平息的!究竟是什么原因造成这场滔天... 详细信息

森林、植被肆意被,破坏,美好的环境变得满目疮痍,长江发怒了。肆虐九州南北大地、长达百天的世纪大洪灾终于随着季节的转换而开始平息了,但是,对这次洪灾,特别是长江百年一遇的洪灾的反思,是不能就此平息的!究竟是什么原因造成这场滔天大祸?绝大多数的人都不再简单归罪于老天爷,而开始把目光转向人类自身,转向这被破坏得千孔百疮越来越恶劣的生态环境。《南方周末》为此开办了一个栏目:寻找长江的伤口。到10月2日止,已出了5期。"伤口"似乎已经找到了,而且也不难找到。归结起来,长江流域有两大伤口:其一是长江源头及沿岸的森林面积税减、植被破坏,从而导致严重的水土流失;水土流失造成河道和湖泊的淤积,使河床抬高、水库库容减小,加剧湖泊萎缩,造成江河小洪水、高水位,大灾害的后果,使得中下游的"悬河"、"悬湖"增多。比如,目前,长江荆江段已成"悬江",洞庭湖已成"悬湖"。其二是人与湖争地、围湖造田,乱建工程成胁河道。从而使湖泊对长江的调蓄分洪能力大大下降。以上两大伤口,有统计数字为依据:据1957年调查统计,长江流域森林覆盖率为22%,水土流失面积36.38平方公里,占流域总面积的20.2%。但仅仅30年后,

关键词：伤口长江流域经济体制改革经济改革四川省人民政府湖泊萎缩