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应用envi-met模型模拟三维植被场景温度分布

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北京林业大学学报 2014年第4期36卷 64-74页

作者：詹慧娟解潍嘉孙浩黄华国北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室

为深入研究地表温度异质性机理,引入三维小气候模式envi-met开展三维植被场景的温度场模拟。以离散分布的山杨、侧柏和油松人工林场景为例,在实测的气象要素、土壤水分、植被结构、叶面积指数和组分温度等的基础上,进行了敏感性分析和... 详细信息

为深入研究地表温度异质性机理,引入三维小气候模式envi-met开展三维植被场景的温度场模拟。以离散分布的山杨、侧柏和油松人工林场景为例,在实测的气象要素、土壤水分、植被结构、叶面积指数和组分温度等的基础上,进行了敏感性分析和试验验证。敏感性分析结果表明:土壤相对湿度对模拟土壤温度场最为敏感,太阳辐射比例因子对模拟植被温度场最为敏感。验证结果表明:envi-met能准确模拟三维植被温度场的分布规律,模拟值与实测值较为接近(最高R2≈0.9,最小RMSE≈0.6 K)。

关键词： envi-met模型敏感性分析三维植被温度场

基于envi-met模型的三维植被温度场的时空变化分析

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基于ENVI-met模型的三维植被温度场的时空变化分析

作者：詹慧娟北京林业大学

学位级别：硕士

陆地表面温度是众多学科研究中的一个重要研究参数。在全球尺度上,遥感是唯一的温度获取手段。但目前的遥感地表反演精度仍然偏低,难以达到更加精细的要求(<1度)。主要原因是地表组分温度的时空异质性及热辐射方向性。为了深入研究地表... 详细信息

陆地表面温度是众多学科研究中的一个重要研究参数。在全球尺度上,遥感是唯一的温度获取手段。但目前的遥感地表反演精度仍然偏低,难以达到更加精细的要求(envi-met开展三维植被场景的温度场模拟。本文以河北省怀来县中科院遥感与数字地球研究所实验基地内离散分布的山杨、侧柏和油松人工林场景为例,在实测的气象要素、土壤水分、植被结构、叶面积指数和组分温度等的基础上,进行envi-met对三维植被场景的土壤表层温度和叶片温度的验证分析,分析不同场景变化下的空间异质性,并对envi-met的参数进行敏感性分析。进一步探讨了一维SHAW模型和三维envi-met模型间的吻合度,为以后的植被温度场时空变化分析提供更好的理论支撑。模拟和验证分析结果表明：envi-met能较为准确地模拟三维植被温度场的分布规律,模拟值与实测值较为接近(最高R2≈20.9,最小RMSE≈0.6K).对不同场景的空间异质性分析结果表明：土壤表层温度的空间异质性较大,约为2.3K,其它要素空间异质性较小,2m高大气温度最小为0.2K。敏感性分析结果表明：土壤相对湿度对模拟土壤温度场最为敏感,太阳辐射比例因子对模拟植被温度场最为敏感。SHAW模拟和envi.met模拟的对比结果表明：对于土壤表层温度来看,SHAW模拟较接近甚至可以取代envi-met的模拟,在较小的区域内,SHAW和envi-met的模拟最高R2≈0.97,最小RMSE=1.3K:在空间趋势变化上,SHAW模拟也较接近于envi-met(最高R2≈0.9,最小RMSE=0.8K)。对于叶片冠层温度,SHAW不能更好地接近于envi-met的模拟,在较小的区域内,SHAW和envi-met的模拟差值较大,最高R2≈0.95,而最小RMSE=3.6K;在空间趋势变化上,SHAW和envi-met的模拟相差也较大(最高R2≈0.2,最小RMSE=5.2K)。

关键词： envi-met模型敏感性分析 SHAW模型三维植被温度场

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无人机热红外支持下的城市微尺度热环境模拟

环境科学 2021年第1期42卷 492-500页

作者：阳少奇冯莉田慧慧刘艳霞河海大学水文水资源学院地理信息科学系南京211100

随着人们对生活舒适度、身体健康要求的进一步提高,微小尺度的热环境状况日益受到关注.地表温度场模拟是研究城市微小尺度热环境的关键,采用地面有限实测资料很难满足不同下垫面地表温度模拟的精度需求.针对这一问题,本研究利用无人机... 详细信息

随着人们对生活舒适度、身体健康要求的进一步提高,微小尺度的热环境状况日益受到关注.地表温度场模拟是研究城市微小尺度热环境的关键,采用地面有限实测资料很难满足不同下垫面地表温度模拟的精度需求.针对这一问题,本研究利用无人机搭载热红外成像仪获取南京市江宁区某大学校园内典型区域夏秋两季的地表温度数据,通过envi-met和PALM-4U两个数值模拟模型模拟研究区地表温度,并结合实测数据对不同地表类型及阴影遮挡下的模拟精度进行误差分析.结果表明,数值模拟结果与真实结果较为接近,能够用于高空间精度的城市微热环境研究中;模型对人造地表的模拟效果均优于自然地表,对空旷处地表的模拟效果优于非空旷处地表;两个模型均能较好模拟存在建筑物遮挡下的地表温度,但在植被遮挡下PALM-4U则无法达到envi-met的效果,综合模拟结果显示envi-met在城市微热环境模拟上的适用性优于PLAM-4U.本研究可为城市微尺度热环境高分辨率遥感研究提供参考.

关键词：城市微热环境无人机热红外 envi-met模型 PALM-4U模型城市地表温度场数值模拟验证

城市街道峡谷空间形态对交通颗粒物扩散的影响研究

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城市街道峡谷空间形态对交通颗粒物扩散的影响研究

作者：高靖雯长安大学

学位级别：硕士

随着城市化率的不断提高,越来越多的人工城市结构取代了原有的自然土地覆盖、高层建筑取代了低矮楼房形成了街道峡谷。街道峡谷交通密集、通风不良的特点对街道峡谷内污染物扩散有着直接影响,城市街道峡谷微环境空气质量逐渐恶化。现代... 详细信息

随着城市化率的不断提高,越来越多的人工城市结构取代了原有的自然土地覆盖、高层建筑取代了低矮楼房形成了街道峡谷。街道峡谷交通密集、通风不良的特点对街道峡谷内污染物扩散有着直接影响,城市街道峡谷微环境空气质量逐渐恶化。现代城市的交通空气污染通常归因于持续的城市化和全球机动车使用量的急速增加。改善城市建筑布局、提升街道峡谷通风能力进而增强污染物的传输扩散能力是控制城市街道峡谷机动车尾气污染问题的有效措施。本文以一典型街道峡谷为研究对象,探究了交通颗粒物PM(PM、PM、PM)在街道峡谷内的分布并探究了在各环境影响因素下的街谷流场分布及污染物扩散规律,为改善城市街谷微环境空气质量提供指导意义。通过实地监测的方法得出了街道峡谷颗粒物时空分布特征及颗粒物浓度与各环境因素的相关性;基于envi-met模型建立不同空间形态的街道峡谷场景,运用数值模拟的方法分析了不同纵横比、长高比和建筑物高度比情况下街谷内的PM浓度分布差异。时空分布特征的分析结果表明,交通颗粒物一周的时间变化趋势呈现出“周末效应”。三种颗粒物PM、PM、PM的浓度时间变化趋势相同,呈现“双峰分布”特征。路侧颗粒物浓度显著高于固定监测站背景浓度。道路交叉口的污染物监测浓度高于交叉口连接路段的浓度,尤其是在交叉口入口处。通过分析不同粒径下颗粒物的数量浓度分布发现超过50%的粒子集中在300nm粒径以下。皮尔逊相关性分析结果显示气象因素显著影响着PM和PM浓度,交通量显著影响三种污染物浓度。数值模拟结果表明,在不同空间形态的街道峡谷中PM浓度由背风面向迎风面呈现先升高后降低的特征。在背风侧任意高度的污染物浓度总是高于水平面的其他点的浓度形成“爬墙效应”。不同纵横比街谷内的流场有明显差异,随着纵横比的增大,街谷内会形成气流涡旋干扰污染物的扩散,PM浓度随之增大。随着街谷长高比的逐渐增大,PM浓度呈现逐渐变高的趋势。“下台阶”型街道峡谷内部的PM浓度低于“上台阶”型街道峡谷,说明背风侧建筑高于迎风侧建筑有利于街谷内的污染物扩散。本研究可以为探究城市交通街道峡谷内的污染物分布及扩散机理、缓解城市空气污染提供经验证据,同时也将为城市道路建设者和城市规划者未来的规划及建筑设计在缓解城市大气污染方面提供科学依据。

关键词：街道峡谷交通颗粒物空间形态 envi-met模型

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广义地表热辐射方向性计算机模拟研究进展

地球科学进展 2018年第6期33卷 555-567页

作者：陈云浩吴佳桐王丹丹环境遥感与数字城市北京市重点实验室北京师范大学地理科学学部北京100875 地理学院北京师范大学地理科学学部北京100875

地表温度反映了地球表面的能量变化与交换过程,是研究地球科学的一个重要指标。地表的几何结构和组分温度差异是地表热辐射在不同方向上存在差异性的主要原因,因此,大部分陆面都存在不同程度的热辐射方向性。介绍了广义热辐射方向性计... 详细信息

地表温度反映了地球表面的能量变化与交换过程,是研究地球科学的一个重要指标。地表的几何结构和组分温度差异是地表热辐射在不同方向上存在差异性的主要原因,因此,大部分陆面都存在不同程度的热辐射方向性。介绍了广义热辐射方向性计算机模型的研究方法和研究现状,并从模型特点、模拟对象、模拟精度和时间复杂度等方面对常见模型进行评价,评述了耦合气候模型和地表热辐射方向性模型进行热辐射方向性研究中的应用情况,指出该领域尚未解决的问题并对未来的研究方向进行了展望。

关键词：地表温度热辐射方向性模型方向亮温组分温度 envi-met模型

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街谷建筑高度非均匀性对空气污染的影响研究

环境监测管理与技术 2018年第6期30卷 15-19页

作者：高海宁李元征刘雅莉胡盼盼胡聃中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049 河南财经政法大学资源与环境学院河南郑州450046

以envi-met为数值模拟平台,采用人行道和墙面污染物浓度为评价指标,在保持街谷建筑平均高度不变(建筑面积不变)的前提下,设置27个情景开展街谷建筑高度非均匀性对空气污染影响的对比模拟研究。结果发现:在不同风速条件下街谷建筑高度的... 详细信息

以envi-met为数值模拟平台,采用人行道和墙面污染物浓度为评价指标,在保持街谷建筑平均高度不变(建筑面积不变)的前提下,设置27个情景开展街谷建筑高度非均匀性对空气污染影响的对比模拟研究。结果发现:在不同风速条件下街谷建筑高度的非均匀性对街谷污染均具有较大的减轻作用。非均匀程度越大,污染强度减轻作用越大;错列式非均匀方式对污染的减轻作用大于行列式;非均匀性对街谷墙面污染的减轻作用大于人行道污染减轻作用。

关键词：建筑高度非均匀性 envi-met模型街谷空气污染风速

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遥感观测林冠温度的角度效应动态模拟研究

遥感观测林冠温度的角度效应动态模拟研究

作者：解潍嘉北京林业大学

学位级别：硕士

地表温度是地表与大气之间物质和能量交换的重要参量,对全球气候变化、森林火灾、旱情监测等具有重要指示意义。热红外遥感是提取地表温度最常用的遥感手段。由于遥感观测到的地表温度通常是多种地物类型混合后的产物,空间分布复杂,具... 详细信息

地表温度是地表与大气之间物质和能量交换的重要参量,对全球气候变化、森林火灾、旱情监测等具有重要指示意义。热红外遥感是提取地表温度最常用的遥感手段。由于遥感观测到的地表温度通常是多种地物类型混合后的产物,空间分布复杂,具有很强的角度效应和时空变化特征,是影响像元尺度的温度反演精度的重要因素。弄清遥感观测温度的角度变化规律,是解决角度效应的必由之路,有利于提高森林资源监测能力。本文以森林乔木冠层为例,借助三维热辐射传输模型RAPID和三维小气候模式envi-met,集中研究森林小气候环境下组分温度与方向亮度温度的时间与空间分布特征。主要结果如下：1)以北京市海淀区东升八家郊野公园和河北省怀来县中国科学院遥感试验站两地的野外测量数据,进行三维小气候模式envi-met模型的标定与模拟组分温度精度验证。结果表明,envi-met能有效模拟研究区范围内地表组分温度的三维空间分布规律及其日变化特征,模拟值与实测值对比平均R2≈0.93,平均RMSE≈2.1 K。模型可在复杂植被场景中得到有效拓展。但是,研究也发现envi-met有几点局限性,包括运行效率低、气象数据不能灵活自定义、模拟温差偏低等。2)以组分温度这一参量为核心,对三维小气候模式envi-met与三维热辐射传输模式RAPID进行模拟与耦合方法研究。通过两个模型的对接,完成了组分温度到方向亮度温度的尺度转换。基于RAPID模型的热红外扩展模块,进行像元尺度的方向亮度温度模拟,并使用不同分辨率的遥感卫星图像验证其模拟精度。结果表明,该耦合模型可以有效模拟高分辨率地表温度图像和方向亮度温度,模拟值与卫星反演地表温度值对比平均R2>0.90,平均RMSEenvi-met-RAPID耦合模型进行地表热辐射方向性时空变异模拟研究。通过建立典型森林环境,研究发现：在高大森林植被中,0度和55度亮度温度差值多数小于0,并且存在明显日变化与季节变化规律。夏季的热辐射方向性日变化有明显峰值,而其他三个季节的线性趋势则更为明显。这些规律仍需要在更加复杂的森林场景中得到验证。4)基于全球数值预报产品NCEP、光学图像和激光雷达Lidar数据进行热辐射方向性的预测方法研究。研究提出的耦合模拟模型及热辐射方向性预测方法,理论上可以提供全球陆地任意植被地区的热辐射方向性估计值,为纠正热红外遥感图像的方向性提供重要的先验知识。

关键词： envi-met模型 RAPID模型耦合模型森林冠层温度地表温度时空变异

基于envi-met的城市绿地微气候模拟研究进展

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中国城市林业 2021年第3期19卷 61-66页

作者：李英男韩依纹江苏大学艺术学院江苏镇江212013 华中科技大学建筑与城市规划学院武汉430074

城市绿地可调节微气候,进而提升居民室外空间使用的舒适度。绿地微气候评估从实测为主逐渐转为与模型模拟相结合的多元路径提高了评估结果的准确性,其中envi-met模型在当今绿地微气候模拟研究中被广泛应用且成果显著。文章首先归纳阐述... 详细信息

城市绿地可调节微气候,进而提升居民室外空间使用的舒适度。绿地微气候评估从实测为主逐渐转为与模型模拟相结合的多元路径提高了评估结果的准确性,其中envi-met模型在当今绿地微气候模拟研究中被广泛应用且成果显著。文章首先归纳阐述了envi-met模型在热岛效应缓解、人体热舒适度改善、空气污染物消减3个方面的主要应用,其次探究了基于城市绿地布局结构、绿量和植物配置、景观材料运用的微气候优化途径,以期为我国相关领域的研究和实践提供理论基础和参考。

关键词：城市绿地微气候热舒适评价 envi-met模型

基于envi-met的绿地布局模式对微气候的影响研究——以南京市居住小区为例

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江苏城市规划 2018年第3期 34-40页

作者：岳小智尹海伟孔繁花陈佳宇刘梦茜南京大学建筑与城市规划学院南京大学国际地球系统科学研究所

快速城市化改变了城市微气候,致使城市热岛效应明显增强。居住区绿地作为城市绿地的重要组成部分,在改善城市微气候中发挥着重要的作用。本文基于envi-met模型,以虚拟的南京典型居住小区为研究区,在各项建筑指标和绿化指标均一致的情况... 详细信息

快速城市化改变了城市微气候,致使城市热岛效应明显增强。居住区绿地作为城市绿地的重要组成部分,在改善城市微气候中发挥着重要的作用。本文基于envi-met模型,以虚拟的南京典型居住小区为研究区,在各项建筑指标和绿化指标均一致的情况下,对三种绿地布局模式(集中式、分散式、"分散式+绿色屋顶")下的夏季微气候进行了评价。结果表明:(1)不同绿地布局模式对空气温度和相对湿度的分布都具有较为显著的影响,"分散式+绿色屋顶"情景(S3)的整体降温和增湿效果均最优,分散式绿地布局(S2)的降温和增湿效果次之,而集中式绿地布局(S1)的降温和增湿效果均最差。(2)不同绿地布局模式对风速分布的影响并不大,"分散式+绿色屋顶"情景(S3)的整体风环境略优于分散式绿地布局(S2),而集中式绿地布局(S1)的风环境最差。

关键词：绿地布局模式 envi-met模型微气候居住小区南京市