一种融合碳水机制和动态人为热的城市冠层模型建立方法技术

本发明专利技术为一种融合碳水机制和动态人为热的城市冠层模型建立方法，属于城市热岛效应技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种融合碳水机制和动态人为热的城市冠层模型建立方法


[0001]本专利技术涉及城市热岛效应调控
，具体是一种融合碳水机制和动态人为热的城市冠层模型建立方法
。

技术介绍

[0002]随着数值模拟技术的发展，越来越多地应用数值模式研究城市问题，对城市发展影响气象环境
、
大气环境乃至气候变化进行再现和预测
。
城市冠层模型是一种研究尺度介于中尺度和街区尺度之间的环境问题模型，被广泛用于预测和模拟天气
、
气候和空气质量等，对研究建筑群周边微环境
、
探究建筑与城市气候之间物质和能量的互动关系等具有重要意义
。
[0003]在人口密集的城市中，人为热排放是城市地表能量平衡中不可忽略的一项，现有的城市冠层模型采用恒定值
、
日变化因子或设定的时间序列等方式对人为热排放进行简化处理，事实上，人为热排放与建筑物的制冷通风系统
、
室内人数和个体释放的潜热等相关，是一个受这些因素影响的动态变化量，现有模型则没有反映城市中人为热排放的动态变化
。
此外，现有的城市冠层模型关于树木潜热通量的计算通常采用经验值，而大气中二氧化碳浓度影响着树木的光合作用，光合作用与树木叶片气孔运输水的能力密切相关，故二氧化碳浓度会影响树木气孔阻抗，进而影响树木的潜热通量
。
[0004]综上，现有模型的建模精度较差，本专利技术提出了一种融合碳水机制和动态人为热的城市冠层模型建立方法，考虑实际情况对建筑物人为热和树木的潜热通量进行了准确模拟，提高了建模精度
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提出了一种融合碳水机制和动态人为热的城市冠层模型建立方法
。
[0006]本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：
[0007]一种融合碳水机制和动态人为热的城市冠层模型建立方法，城市冠层模型以调节城市街区微气候为目标，指导城市规划建设，以缓解城市热岛效应；其特征在于，该方法包括以下内容：
[0008]城市冠层的能量守恒方程为：
[0009]R
n
+AH
urb
＝
H
urb
+LE
urb
+G
urb
ꢀꢀ
(1)
[0010]其中，
R
n
为城市冠层的净辐射通量，
AH
urb
为建筑物人为热通量，
H
urb
、LE
urb
为城市冠层的显热通量和潜热通量，
G
urb
为城市冠层的传导热通量；
[0011]城市冠层的显热通量和潜热通量计算公式为：
[0012]H
urb
＝
f
r
H
r
+f
can
H
can (2)
[0013]LE
urb
＝
f
r
LE
r
+f
can
LE
can
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0014]其中，
f
r
为屋顶面积分数，
f
can
为街道峡谷面积分数，
H
r
、LE
r
为屋顶的显热通量和潜
热通量，
H
can
、LE
can
为街道峡谷的显热通量和潜热通量；
[0015]街道峡谷的显热通量和潜热通量计算公式为：
[0016]H
can
＝
H
g
+(h
can
/w
can
)H
w,sun
+(h
can
/w
can
)H
w,shd
+(2r
tree
/w
can
)H
tree
+(r/w
can
)AH
ꢀꢀ
(4)
[0017]LE
can
＝
LE
g
+(h
can
/w
can
)LE
w,sun
+(h
can
/w
can
)LE
w,shd
+(2r
tree
/w
can
)LE
tree
+(r/w
can
)ALE (5)
[0018]其中，
H
g
和
LE
g
为地面的显热通量和潜热通量，
H
w,sun
和
LE
w,sun
为墙壁阳面的显热通量和潜热通量，
H
w,shd
和
LE
w,shd
为墙壁阴面的显热通量和潜热通量，
H
tree
和
LE
tree
为树木的显热通量和潜热通量，
AH
和
ALE
为建筑物人为显热通量和潜热通量，
h
can
为建筑物高度，
w
can
为道路宽度，
r
tree
为树冠半径，
r
为屋顶宽度；
[0019]建筑物人为显热通量和潜热通量表示为：
[0020][0021][0022]其中，为每小时室内人数与建筑物维护结构单位面积容纳的最多人数的比率，
H
in
、LE
in
为室内外交换的显热通量和潜热通量，
COP
为空调通风系统性能常数；
[0023]树木的潜热通量包括树木阳面和阴面的潜热通量，计算公式如下：
[0024][0025][0026]式中：
LE
tree,sun
、LE
tree,shd
为树木阳面和阴面的潜热通量，
λ
为饱和水汽压与温度关系曲线的斜率，
ρ
a
为空气密度，
C
p
为空气的定压比热容，
VPD
为水汽压差，
γ
为干湿表常数，
r
v
为考虑了树木叶边距阻抗和气孔阻抗的阻抗参数，
r
a
为植被的空气动力学阻抗，
F
sun
、F
shd
为光照和阴影下的树木冠层分数
。
[0027]进一步的，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种融合碳水机制和动态人为热的城市冠层模型建立方法，城市冠层模型以调节城市街区微气候为目标，指导城市规划建设，以缓解城市热岛效应；其特征在于，该方法包括以下内容：城市冠层的能量守恒方程为：
R
n
+AH
urb
＝
H
urb
+LE
urb
+G
urb
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
其中，
R
n
为城市冠层的净辐射通量，
AH
urb
为建筑物人为热通量，
H
urb
、LE
urb
为城市冠层的显热通量和潜热通量，
G
urb
为城市冠层的传导热通量；城市冠层的显热通量和潜热通量计算公式为：
H
urb
＝
f
r
H
r
+f
can
H
can
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)LE
urb
＝
f
r
LE
r
+f
can
LE
can
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
其中，
f
r
为屋顶面积分数，
f
can
为街道峡谷面积分数，
H
r
、LE
r
为屋顶的显热通量和潜热通量，
H
can
、LE
can
为街道峡谷的显热通量和潜热通量；街道峡谷的显热通量和潜热通量计算公式为：
H
can
＝
H
g
+(h
can
/w
can
)H
w,sun
+(h
can
/w
can
)H
w,shd
+(2r
tree
/w
can
)H
tree
+(r/w
can
)AH
ꢀꢀꢀꢀ
(4)LE
can
＝
LE
g
+(h
can
/w
can
)LE
w,sun
+(h
can
/w
can
)LE
w,shd
+(2r
tree
/w
can
)LE
tree
+(r/w
can
)ALE
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
其中，
H
g
和
LE
g
为地面的显热通量和潜热通量，
H
w,sun
和
LE
w,sun
为墙壁阳面的显热通量和潜热通量，
H
w,shd
和
LE
w,shd
为墙壁阴面的显热通量和潜热通量，
H
tree
和
LE
tree
为树木的显热通量和潜热通量，
AH
和
ALE
为建筑物人为显热通量和潜热通量，
h
can
为建筑物高度，
w
can
为道路宽度，
r
tree
为树冠半径，
r
为屋顶宽度；建筑物人为显热通量和潜热通量表示为：建筑物人为显热通量和潜热通量表示为：其中，为每小时室内人数与建筑物维护结构单位面积容纳的最多人数的比率，
H
in
、LE
in
为室内外交换的显热通量和潜热通量，
COP
为空调通风系统性能常数；树木的潜热通量包括树木阳面和阴面的潜热通量，计算公式如下：树木的潜热通量包括树木阳面和阴面的潜热通量，计算公式如下：式中：
LE
tree,sun
、LE
tree,shd
为树木阳面和阴面的潜热通量，
λ
为饱和水汽压与温度关系曲线的斜率，
ρ
a
为空气密度，
C
p
为空气的定压比热容，
VPD
为水汽压差，
γ
为干湿表常数，
r
v
为考虑了树木叶边距阻抗和气孔阻抗的阻抗参数，
r
a
为植被的空气动力学阻抗，
F
sun
、F
shd
为光照和阴影下的树木冠层分数
。2.
根据权利要求1所述的融合碳水机制和动态人为热的城市冠层模型建立方法，其特征在于，所述屋顶的显热通量为屋顶不透水区域的显热通量和屋顶植被区域的显热通量之和，计算公式为：
其中，
H
r,imp
、H
r,veg
为屋顶不透水区域和屋顶植被区域的显热通量，
T
r,imp
、T
r,veg
和
T
atm
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄津辉，高俊杰，张珈玮，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：