绿地生态功能导向下的CO2扩散效应研究——以沈北新区为例
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基于GI理念的沈北新区绿地系统规划研究中期报告摘要:随着城市化进程的加快,城市的绿地系统规划对于城市可持续发展具有重要的意义。
本文以GI(Green Infrastructure,绿色基础设施)作为理论基础,探索沈北新区的绿地系统规划。
首先,分析了沈北新区的发展现状和未来的发展趋势,明确了绿地系统规划的必要性。
其次,分析了GI理论,提出沈北新区绿地系统规划应该具备的GI特点。
最后,对沈北新区绿地系统规划的设计思路进行了探讨。
本文旨在为沈北新区绿地系统规划提供实用的参考意见。
关键词:GI理念;沈北新区;绿地系统规划Abstract:With the acceleration of urbanization process, the green space system planning of cities is of great significance for sustainable development. Based on the GI (Green Infrastructure) concept, this paper explores the green space system planning of Shenbei New District. Firstly, the current development status and future trend of Shenbei New District are analyzed, and the necessity of green space system planning is emphasized. Secondly, the GI theory is analyzed,and the GI characteristics that Shenbei New District green space system should have are proposed. Finally, the design ideas of green space system planning for Shenbei New District are discussed. This paper aims to provide practical reference for green space system planning of Shenbei New District.Keywords: GI concept; Shenbei New District; green space system planning1. 前言沈北新区作为中国东北地区唯一的国家级新区,其快速的发展也给城市的绿地系统构建带来了挑战。
沈阳市不同绿地类型对空气颗粒物的吸收特征研究作者:盛园菊祖诗原来源:《新农业》2022年第18期摘要:沈阳市校园绿地和公园绿地的空气颗粒物(PM10和PM2.5)浓度整体上以冬季最大,夏季和春季最小,从月份来看,以9月和12月浓度最高,且日变化的最高值同样出现在9月和12月。
公园绿地和校园绿地之间,秋季和春季时以公园绿地的颗粒物浓度最大,而冬季和夏季则相反。
空气颗粒物浓度受空气湿度和风速的影响均较大,其中,与空气湿度呈显著的正相关关系,与风速则呈明显的负相关关系,这为沈阳市公园绿地和校园绿地的颗粒物功能调控提供了参考。
关键词:公园绿地;校园绿地;空气颗粒物;气候随着我国城市化进程的快速发展,其所带来的城市环境问题也越来越严重,其中大气颗粒物浓度的增加不仅影响城市的环境和能见度,也会对人类健康产生负面影响。
沈阳作为我国东北地区的主要城市及重工业城市,其城市环境不容乐观。
根据《2019年沈阳市环境质量公报》,沈阳市环境空气质量(AQI)为I级(优秀)的天数仅为69天,而轻度污染、中等污染、重度污染和严重污染的天数达81天。
在污染的天数中,细颗粒物(PM2.5)占54.3%,是主要污染物,颗粒物PM10占6.2%。
根据以往的研究,城市中的绿地及植被在净化环境中有重要的作用,不但可以阻挡和吸附大气中的污染物,而且能通过自身的功能将污染物转移和储存在土壤中。
因此,增加城市绿地覆盖面积,合理配置绿地结构,利用城市绿地滞纳吸附颗粒物以减轻空气颗粒污染是比较经济和有效的方法。
本文分别沈阳市的不同区域的绿地类型,分别为校园绿地——沈阳农业大学校园、公园绿地——沈阳农业大学植物园,采用定点监测测法,揭示不同城市绿地类型对空气颗粒物PM10和PM2.5的吸收特征,并通过监测颗粒物浓度日、月、季变化及其与气象因子之间的关系,探究不同城市绿地类型及其植物群落对颗粒物浓度的影响机制,为沈阳市绿地管理和环境建设提供科学依据。
绿地生态功能导向下的CO2扩散效应研究*——以沈北新区为例时泳,付士磊,屠兵摘要:目前国内对绿地的研究大多限制在“量”上,还没有从空间格局上来进行研究的。
二氧化碳浓度与植物的固碳能力之间有着紧密的联系,本文以沈北新区为研究对象通过运用流体力学模拟软件对二氧化碳扩散效应进行研究进而来确定绿地在空间上的布局。
通过宏观、中观、微观三个角度采用实测-模拟-验证的方法对二氧化碳在空间中的分布进行分析研究。
结果表明:二氧化碳主要集中在主导风向的下风向;开敞空间通风良好的地区比较利于二氧化碳的扩散;上风向比下风向扩散效果好;较高处比较低处扩散效果好;有通风廊道且与主导风向一致时(廊道与城市风向之间的夹角在30°-60°的范围内)扩散效果更好;二氧化碳会在建筑背风向形成集聚,在较高建筑上风向脚下形成湍流风降低该空间的二氧化碳浓度。
关键词:生态功能,二氧化碳,扩散效应,绿地气候变化已然成为人类关注的重要环境问题之一,并成为影响人类生存及发展的根本问题[1]。
二氧化碳含量的上升成为人类共同面临的重大挑战,要解决目前人类生活和自然的矛盾就需要构建基于目前情况下的绿地生态优化体系来满足人类生活对自然生态系统的需求[2]。
然而有限的城市面积不可能无限的增加绿地的供给,我们不能一味地通过增加绿地面积来增加碳汇量,因此如何在有限绿地面积的情况下,通过大气动态模拟技术获取城市二氧化碳的空间分布格局,揭示二氧化碳空间分布特征,界定城市植物固碳效应最佳边界,优化城市绿地系统的空间布局,从空间格局的变化上增加碳汇量,从而在城市有限绿地面积下发挥植被最大生态效应就显得尤为重要。
二氧化碳浓度与植物的固碳能力之间有着紧密的联系,因此本文以沈北新区为例开展基于植物固碳释氧效应的城市绿地系统优化布局[3],采用生态规划中的定量分析与空间技术分析相结合的研究方法,以实地外业调查数据为基础,以模型模拟为手段,以绿地生态功能的静态和动态空间分析为主要内容,构建基于定量分析的城市绿地适宜空间布局。
城市绿地对城市生态系统功能的影响城市化进程的不断加速带来了一系列环境问题,其中之一就是城市生态系统的破坏和破碎化。
作为城市中绿色空间的重要组成部分,城市绿地不仅提供了人们休闲娱乐的场所,还对城市生态系统的功能起到了重要作用。
本文将从多个方面来探讨城市绿地对城市生态系统功能的影响。
首先,在城市生态系统中,绿地对气候调节起着重要作用。
城市高楼大厦、沥青路面等硬质建筑和人口集中带来的大量热量会导致“城市热岛效应”,使城市气温较农村地区高出数度。
而城市中的绿地能够通过蒸腾作用、阴凉效应和热量吸收等途径,降低气温并改善周边环境。
研究表明,绿地能够一定程度上缓解城市热岛效应,减少热量积聚,改善人们的生活舒适度。
其次,城市绿地对水资源的保护和调控也具有重要作用。
随着城市化进程的推进,雨水的渗透能力降低,导致城市洪水风险增加。
而城市绿地中的植被能够吸收大量雨水,并通过根系和土壤层的作用,减缓并储存雨水。
此外,绿地的存在还能促进雨水的自然蒸发和蒸腾作用,进一步降低城市降雨引起的洪水情况。
因此,合理规划和保护城市绿地,对于维护城市水资源的平衡和可持续利用至关重要。
另外,城市绿地还对维护生物多样性和生态平衡起着积极作用。
城市化过程中,大量的土地被建筑和基础设施所占据,导致野生动植物栖息地的破坏和破碎化,很多物种面临生存困境。
而城市中的绿地为这些物种提供了栖息、繁殖和觅食的场所,使得城市成为野生动植物和人类共生共存的地方。
同时,城市绿地中的植物也能够吸收大气中的有害物质,并释放氧气,改善城市空气质量。
研究表明,城市绿地能够提供重要的生态功能,维护生物多样性和生态平衡。
此外,城市绿地还对人们的身心健康有着积极的影响。
研究发现,在绿地中散步或休闲能够降低人们的压力和心理负担,缓解焦虑和抑郁症状。
与此同时,绿地中的植被和景观也能够提供丰富的视觉和感官刺激,增加人们的幸福感和满足感。
因此,在城市规划和建设中,合理规划和保护城市绿地,为人们提供良好的休闲娱乐场所至关重要。
基于CFD对沈阳不同绿地景观格局大气环境效应分析周媛;初亚奇;石铁矛;李绥【期刊名称】《沈阳建筑大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2016(032)003【摘要】目的数值模拟综合分析城市绿地规划方案与风速、污染物质量浓度和地表温度的三维时空变化关系以及相互影响,提出最优的城市绿地空间结构优化方案.方法结合遥感与地理信息系统空间分析技术,运用计算流体力学(CFD)模型对不同绿地预案影响下的沈阳市夏季城市大气环境效应进行数值模拟对比分析.结果在增加相同公园绿地面积的前提下,城市绿地的空间位置对城市风速、SO2以及地表温度的空间扩散具有明显的影响;植被类型为针阔乔灌混交林,植被覆盖率为60%的绿地预案三中,城市高风速区域的风速覆盖率达到了42.94%;质量浓度低于0.051 69mg/m3的SO2覆盖率达到了79.83%;城市高温区域的地表温度覆盖率相对最低.该预案中的绿地布局能较好地将外围较低的冷空气引入城中,有效地缓解了城市大气环境问题.结论城市绿地的植被类型、植被覆盖率以及空间布局与城市大气环境问题的改善关系密切.利用CFD动态模拟大气环境运行状况,优化绿地空间布局,是城市绿地系统量化规划的新思路.【总页数】9页(P529-537)【作者】周媛;初亚奇;石铁矛;李绥【作者单位】西南民族大学城市规划与建筑学院,四川成都610041;中国科学院沈阳应用生态研究所,辽宁沈阳110016;沈阳建筑大学建筑与规划学院,辽宁沈阳110168;沈阳建筑大学建筑与规划学院,辽宁沈阳110168;沈阳建筑大学建筑与规划学院,辽宁沈阳110168【正文语种】中文【中图分类】TU985;X16【相关文献】1.基于可达性的沈阳市城市绿地景观格局优化 [J], 李俊英;施拓;闫红伟;金煜;冮明鸣;李英;尹红岩2.基于GIS的城市绿地景观格局与热环境效应分析——以咸宁市中心城区为例 [J], 杨贝3.基于GIS的城市绿地景观格局与热环境效应分析——以咸宁市中心城区为例 [J], 杨贝4.基于QuickBird卫星影像的沈阳市城市绿地景观格局 [J], 谭丽;何兴元;陈玮;李小玉;徐文铎;周娜;胡健波;唐玲5.基于QuickBird卫星影像的沈阳城市绿地景观格局梯度分析 [J], 谭丽;何兴元;陈玮;李小玉;徐文铎;唐玲因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于LMDI模型的南京都市圈土地利用碳排放效应及其影响因素徐雪霏;王楠;陈红;张振国【期刊名称】《安庆师范大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2024(30)1【摘要】本文基于南京都市圈2005—2020年的LUCC数据,通过土地利用动态度模型和碳排放核算模型,分析了该区域15年间的土地利用碳排放效应,并采用LMDI 模型探究了影响因素。
结果表明,2005—2020年,研究区建设用地增加了2586.47 km^(2),耕地减少2561.51 km^(2),林地、草地减少225.20 km^(2),其中建设用地增加以及耕地、林地、草地减少是土地利用类型变化的主要形式。
同时净碳排放量从4191.51万吨增长到7867.26万吨,增长率达87.96%,建设用地增加是造成碳排放增长的最主要原因。
南京、镇江、马鞍山的碳排放量占总量的61.77%,芜湖和扬州分别增长254.93%和36.46%,而且长江沿岸城市较高,碳排放量最小的是滁州,其次是宣城,两市林地面积占研究区总林地面积的74.60%。
此外,土地利用碳排放强度、土地利用构成、经济水平和人口规模因素的贡献率平均为1.10、1.12、1.82和1.03,对碳排放起促进作用,而土地利用强度贡献率平均为0.55,是唯一持续起抑制作用的影响因素。
【总页数】8页(P111-118)【作者】徐雪霏;王楠;陈红;张振国【作者单位】安徽科技学院资源与环境学院【正文语种】中文【中图分类】X321;F301.24【相关文献】1.基于LMDI模型的湖南省土地利用碳排放影响因素研究2.山东省碳排放脱钩效应及影响因素研究——基于Tapio脱钩指数和LMDI模型分析3.科研投入抑制碳排放了吗?——基于LMDI模型和STIRPAT模型的碳排放影响因素分析4.成渝双城经济圈建设背景下四川省能源消费碳排放影响因素研究--基于LMDI模型视角5.基于LMDI模型的土地利用碳排放时空差异及影响因素研究——以洞庭湖区为例因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
园艺园林沈阳市不同绿地类型对空气颗粒物的吸收特征研究盛园菊1,祖诗原2(1.辽宁省沈抚示范区市政建设有限公司,辽宁 抚顺 113122;2.沈阳农业大学,辽宁 沈阳 110866)摘要:绿化树种在城市环境改善过程中有重要的作用,尤其是对空气中颗粒物的吸附作用。
对沈阳市17种主要的绿化树种进行研究,结果表明,乔木以油松、绦柳和日本落叶松的吸附空气颗粒物的能力较强,灌木则以榆叶梅和紫丁香的吸附能力较强,尤其紫丁香对空气中细颗粒物(PM2.5和PM1)的吸附。
另一方面,绿化树种对颗粒物的吸附与颗粒物自身的体积有关,随颗粒物体积的增大,吸附能力逐渐增强。
关键词:城市绿地;绿化树种;空气颗粒物;吸附能力随着城市化进程的加快,随之带来的环境问题也愈发严重。
城市绿地和绿化树种在改善城市环境方面具有至关重要的作用,因此,分析主要绿化树种对空气中颗粒物的吸附能力,对未来城市化进程中绿化树种的选择具有重要的参考价值。
已有研究表明,不同的植物对空气颗粒物的净化能力有所差异,植物自身可以通过黏附、附着和保留颗粒物来净化空气污染,生活型不同、种类不同、叶面积及叶角的倾斜度都是可以影响空气颗粒物的滞尘能力,导致其个体间的差异高至10倍以上。
此外,植物个体对颗粒物的吸附能力与其叶面和冠层结构也有关。
一般情况下,叶表面光滑、柔软,细胞排列相对整齐则滞尘能力较弱,反之,叶面粗糙、有沟状组织或绒毛和分泌黏液则滞尘能力较强。
不仅如此,植物叶片粗糙、多皱、多绒表1 采集树种基本信息树种拉丁名科属树种类型株树紫丁香Syringa oblata Lindl.木犀科丁香属阔叶灌木2东北连翘Forsythia mandschurica Uyeki木犀科连翘属阔叶灌木3日本花柏Chamaecyparis pisifera (Sieb. et Zucc.) Endl.柏科扁柏属针叶乔木6红皮云杉Picea koraiensis Nakai.松科云杉属针叶乔木6绦柳Salix matsudana Koidz.cv.Pendula杨柳科柳属阔叶乔木4蒙古栎Quercus mongolica Fisch. ex Ledeb壳斗科栎属阔叶乔木4美国红枫Acer rubrum‘Red Maple槭树科槭属阔叶乔木6白蜡Fraxinus chinensis木犀科梣属阔叶乔木5银杏Ginkgo biloba L.银杏科银杏属阔叶乔木6稠李Padus racemosa (Linn.) Gilib.蔷薇科稠李属阔叶乔木3黄刺玫Rosa xanthina Lindl.蔷薇科蔷薇属阔叶灌木4日本落叶松Larix kaempferi (Lamb.) Carr.松科落叶松属针叶乔木8榆叶梅Amygdalus triloba蔷薇科桃属阔叶灌木3忍冬Lonicera japonica Thunb.忍冬科忍冬属阔叶灌木2水蜡Ligustrum obtusifolium Sieb. Et Zucc木犀科女贞属阔叶灌木1紫叶李Prunus Cerasifera Ehrhar f. atropurpurea (Jacq.) Rehd.蔷薇科李属阔叶乔木2锦带Weigela florida Bunge A. DC.忍冬科锦带花属阔叶灌木3油松Pinus tabuliformis Carr.松科松属针叶乔木20 252022.10园艺园林 262022.10图1 不同树种单位叶面积滞纳颗粒物量毛、可分泌黏性油脂和汁液等特征更利于吸附大颗粒的粉尘,而如果沾满粉尘的叶片经过雨水冲刷后恢复滞尘的能力与树种有关。
沈阳市2000-2020年土地利用变化及其生态效应分析张舒涵;姜海玲;王丽遥;陈光义;于海淋【期刊名称】《无线电工程》【年(卷),期】2022(52)12【摘要】土地利用格局的变化对生态系统环境的影响重大,它是区域间人地关系的桥梁之一。
利用沈阳市2000,2010,2020年3期高分辨率的土地利用数据,基于沈阳市的城市定位,依据土地利用转移矩阵、动态度探析区域化的土地格局及转型,应用区域生态环境质量指数和土地利用转型生态贡献率评估生态效应。
结果表明:①20年间,耕地是区域重点发展地类,面积始终占70%以上,建设用地扩展持续缓慢,水域面积稳中有升,耕地与草地之间的地类转换明显,二者面积略有下降,未利用土地与林地面积变化不大,维持自身生态平稳。
②20年间,生态环境质量指数动态变化,呈“先升后降”趋势。
③部分区域草地垦荒、建设用地规模广,生态问题严峻,在政府退耕还林、退耕还草等一系列政策的实施下,生态环境有所改善,但恶化趋势仍略高于改善趋势。
探索沈阳市生态约束下的土地空间规划是很有必要的,研究结果可为沈阳市土地的空间格局优化、生态环境改善提供一定的科学依据。
【总页数】7页(P2222-2228)【作者】张舒涵;姜海玲;王丽遥;陈光义;于海淋【作者单位】吉林师范大学旅游与地理科学学院【正文语种】中文【中图分类】F301.2;X826【相关文献】1.黄河流域2000-2020年“三生”空间土地利用转型及其生态环境效应2.滇中城市群2000-2020年土地利用变化对生态系统服务价值的影响3.呼伦贝尔沙地2000-2020年土地利用变化及生态服务价值4.辽宁省抚顺市2000-2020年土地利用格局变化与生态环境效应5.河南省2000-2020年土地利用时空变化特征及驱动因素分析因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
绿地生态功能导向下的CO2扩散效应研究*——以沈北新区为例时泳,付士磊,屠兵摘要:目前国内对绿地的研究大多限制在“量”上,还没有从空间格局上来进行研究的。
二氧化碳浓度与植物的固碳能力之间有着紧密的联系,本文以沈北新区为研究对象通过运用流体力学模拟软件对二氧化碳扩散效应进行研究进而来确定绿地在空间上的布局。
通过宏观、中观、微观三个角度采用实测-模拟-验证的方法对二氧化碳在空间中的分布进行分析研究。
结果表明:二氧化碳主要集中在主导风向的下风向;开敞空间通风良好的地区比较利于二氧化碳的扩散;上风向比下风向扩散效果好;较高处比较低处扩散效果好;有通风廊道且与主导风向一致时(廊道与城市风向之间的夹角在30°-60°的范围内)扩散效果更好;二氧化碳会在建筑背风向形成集聚,在较高建筑上风向脚下形成湍流风降低该空间的二氧化碳浓度。
关键词:生态功能,二氧化碳,扩散效应,绿地气候变化已然成为人类关注的重要环境问题之一,并成为影响人类生存及发展的根本问题[1]。
二氧化碳含量的上升成为人类共同面临的重大挑战,要解决目前人类生活和自然的矛盾就需要构建基于目前情况下的绿地生态优化体系来满足人类生活对自然生态系统的需求[2]。
然而有限的城市面积不可能无限的增加绿地的供给,我们不能一味地通过增加绿地面积来增加碳汇量,因此如何在有限绿地面积的情况下,通过大气动态模拟技术获取城市二氧化碳的空间分布格局,揭示二氧化碳空间分布特征,界定城市植物固碳效应最佳边界,优化城市绿地系统的空间布局,从空间格局的变化上增加碳汇量,从而在城市有限绿地面积下发挥植被最大生态效应就显得尤为重要。
二氧化碳浓度与植物的固碳能力之间有着紧密的联系,因此本文以沈北新区为例开展基于植物固碳释氧效应的城市绿地系统优化布局[3],采用生态规划中的定量分析与空间技术分析相结合的研究方法,以实地外业调查数据为基础,以模型模拟为手段,以绿地生态功能的静态和动态空间分析为主要内容,构建基于定量分析的城市绿地适宜空间布局。
1 材料与方法1.1 区域概况分析沈北新区地处沈阳四环北郊,位于沈阳、大连、长春、哈尔滨―东北城市走廊‖中部,南靠三环,北隔辽河、万泉河与铁岭、法库县相望,东与抚顺市、铁岭县毗邻,西接辽西走*课题“基于二氧化碳扩散模拟的城市绿地系统空间规划研究(编号:51308350)”廊,与新民市、于洪区相连。
是连接吉林、黑龙江和内蒙古三省区的黄金通道和"东北城市走廊"的枢纽重地。
坐标介于东经123°16'至48',北纬41°54'至42°11'之间。
沈北新区总面积819平方千米,总人口319380人。
沈阳市沈北新区现有的农业生态绿地大约占规划区总面积的68% ,这些绿地构成了沈北新区绿地的主要基质;另外山体绿地、景区的景观绿地水域河道周围的自然景观绿地等部分作为规划区内的绿地斑块,而河流水域及其沿岸周围的绿地一起构成了沈北新区整个绿地系统的生态廊道[4]。
沈北新区现状绿地布局存在的问题:(1)农田面积过大,碳汇能力低;(2)冬季西北部风沙侵袭;(3)绿地系统布局不合理,各功能类型绿地发展不均衡;(4)建成区的绿地植被类型单一,生态系统的同质化现象比较严重,生态稳定性较差。
1.2 数据来源本文研究是基于植物的固碳释氧功能,根据植物的一般生理活性,在沈阳地区绿地植被在秋季和冬季叶片枯萎不具有固碳功能[5],因此本文选取沈阳市春季和夏季的气候参数来对二氧化碳的扩散进行研究。
二氧化碳浓度的测量采用手持二氧化碳测试仪,从2015年1月的冬天开始,到10月的秋天截止,选择早(9:00)、中(12:00)、晚(18:00)三个时段进行监测获得。
同期监测点的气温、湿度及风速等参数通过中国气象网进行获取。
将所获数据的平均值作为Fluent模拟初始条件。
Gambit物理模型的高度确立通过阴影长度法来求得[6]。
1.3 研究方法本文采用实测-模拟-验证的方法,根据实测获取的数据运用Fluent模拟软件从宏观的域尺度、中观的建成区尺度以及微观的小区尺度对沈北新区内部的二氧化碳进行动态模拟,并通过实地采样监测的方法来验证模型精度,从而对沈北新区内二氧化碳的扩散效应进行对比分析。
1.3.1 三维模型的建立使用Gambit进行三维模型的建立,为保证来流充分扩散,分别将宏观尺度、中观尺度、微观尺度的计算域设置为50000m×50000m×1500m、10000m×10000m×500m、1000m×1000m×100m的箱体空间。
1.3.2 网格划分与边界条件的设定本研究运用模糊理论对模型进行简化处理,并采用结构化网格对Gambit模型进行划分。
为了提高模拟的精确度,保证每个计算面都能够正确的划分网格,本文进行多次尝试根据不同的模块尺度大小,形成5m、10m、15m、20m不等的分析网格系统[7]。
在数值模拟过程中,不考虑温度对二氧化碳气体流场的影响,也不考虑空气受温度影响的上升浮力,城市流场近地面气流速度数量级不大(20m/s 以下),因此可以将模型内部的流场计算按照不可压缩流动来处理[8]。
研究区春季的主导风向为西南风,夏季主导风向为南风,模拟中风速设置为沈阳的常年平均风速3.0m/s 。
设定流场的岀流面上的流体流动已得到了充分扩散,流动形态已经恢复为无建筑影响时的流动特征,因此将出口边界的压力设置为0,建筑物表面设为有摩擦的平滑墙壁[9],重力加速度值定为9.81 m/s 2。
1.3.3 控制方程的选择因二氧化碳密度高于室内的空气密度,将Gambit 建成的模型导入Fluent 模拟软件中设定初始模拟条件后,我们选择以下四组控制方程来进行5000次的迭代运算得出最终的模拟结果[10] 。
(1)连续性方程:0i i U x ∂=∂ 1,2i =(2)动量守恒方程:()21i i j i j j i j U U p U u u v U t x x x ρ∂∂∂∂+=--+∇∂∂∂∂ 1,2j =式中 ,,,,,,i j i j i j i j p v u u i j u u x x i j U U i j ρ—流体时均压强—流体密度—流体运动黏性系数—流体脉动速度在方向上的分量—流体脉动切应力—方向上的坐标—流体时均速度在方向上的分量(3)标准的k ε-方程组:12j t i i j t j jk j j i j j t i i j j j j j i j U v U U k k k U v t x x x x x x U v U U U C v C t x x x k x x x εεεεσεεεεεσ⎛⎫⎛⎫∂∂∂∂∂∂∂+=++- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎡⎤⎛⎫⎛⎫∂∂∂∂∂∂∂+=++-⎢⎥ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂∂∂∂∂⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦ 式中 ε—湍动耗散率(4)组分方程:()()()()s s s s s c div uc div D grad c s tρρρ∂+=+∂式中 s s s c s c s D s ρ—组分的体积浓度—组分的质量浓度—组分的扩散系数1.3.4 模拟结果验证本文选取典型的定位测量和十字样线两种采样布点方法来对模拟结果进行监测验证,共选取了8组监测点,24个测量点进行测量,监测点位布置如图1所示:图1 监测点在研究区域内的空间分布图将监测点位测量所得的二氧化碳浓度与对应点位模拟结果所得浓度两组数据运用spss 软件进行样本T 检验可得Sig 值为0.390>0.05,表明模拟结果与实测二氧化碳数值之间差异不显著,满足模拟的精度,证明CFD 模型对二氧化碳扩散效应场的模拟是有效可行的[11]。
2 结果与分析2.1 春夏季二氧化碳模拟结果分析图2 沈北新区春、夏季二氧化碳扩散模拟结果宏观域尺度的模拟主要体现了大范围内的二氧化碳走势,通过对沈北新区春、夏季二氧化碳的模拟结果分析我们可以总结出以下几个方面的结论:第一,二氧化碳的浓度较大的区域主要分布在沈北新区的下风向;第二,通过不同主导风向下的二氧化碳浓度分布可以看出,在有通风廊道的地区二氧化碳比较容易扩散,相应的二氧化碳浓度较低。
第三,工业用地地块较长边垂直于主导风向时,其下风向上的二氧化碳扩散范围较其较短边垂直于主导风向时的扩散范围广。
图3 新城子新城春、夏季二氧化碳扩散模拟结果中观尺度的模拟主要选取了周围环境对其影响较小的新城子新城作为模拟对象,通过对模拟结果的分析我们可以总结出以下几点结论:第一,新城子新城通风状况较为良好,二氧化碳的扩散较为适宜,其下风向上的二氧化碳没有形成集聚。
第二,在滨河的通风廊道处通风效果好,二氧化碳的浓度较其他地区更低。
第三,对于没有障碍物的西部工业用地部分在通风良好的春季其所产生的二氧化碳可以得到及时扩散。
在夏季,主导风向为南风,其下风向上的二氧化碳扩散距离较远,浓度稀释较慢扩散效果不及春季主导风向为西南风时的好,这主要说明了两个问题,其一,说明了通风廊道对于城区二氧化碳扩散的重要性。
其二,说明了在城市规划中道路、水系、绿道等形成的通风廊道对城市二氧化碳扩散的影响;图4 天泰小区春、夏季二氧化碳扩散模拟结果小区尺度的模拟比较精确直观,通过对小区内春、夏季二氧化碳的模拟结果的对比分析,可总结出以下几方面的结论:第一,二氧化碳占空气体积比较大区域为整个小区的下风向;第二,二氧化碳浓度最高的区域一是该区域缺乏通风道,上风向建筑体块比较长,或者上风向前一排的建筑挡住了当前建筑的风道。
二是该区域的下风向存在高度较高的建筑从而形成了湍流风,湍流风带走了较高建筑脚下的二氧化碳,然而却阻挡了上风向建筑二氧化碳的扩散从而使上风向二氧化碳形成集聚,提高了该区域的二氧化碳浓度;2.2 典型水平剖面二氧化碳分布规律高度H=0.1米时为地面高度;H=1.5米是人类呼吸的敏感范围;H=9米是地被植物及灌木植物生长的极限点;H=18米是一般植物生长的极值,文章选取这四个典型高度的模拟结果来进行分析,并进行相应的植物配置。
2.2.1 典型水平剖面模拟结果通过模拟分析可得宏观、中观、微观尺度的二氧化碳空间分布结果,以下为0.1m,1.5m,9m,18m不同高度水平截面的颗粒物浓度分布,可见不同平面的大气污染物的分布均匀程度、浓度降低趋势各不相同。
宏观模拟结果:H = 0.1米H = 1.5米H = 9米H =18米图5 沈北新区春季二氧化碳扩散平剖面分布结果H = 0.1米H = 1.5米H = 9米H =18米图6 沈北新区夏季二氧化碳扩散平剖面分布结果中观模拟结果:H = 0.1米H = 1.5米H = 9米H =18米图7 新城子新城春季二氧化碳平剖面分布结果H = 0.1米H = 1.5米H = 9米H =18米图8 新城子新城夏季二氧化碳平剖面分布结果微观模拟结果:H = 0.1米H = 1.5米H = 9米H =18米图9 小区春季二氧化碳平剖面分布结果H = 0.1米H = 1.5米H = 9米H =18米图10 小区夏季二氧化碳平剖面分布结果2.2.2 不同截面二氧化碳模拟结果分析表1 宏观水平截面模拟结果分析表2 中观水平截面模拟结果分析表3 微观水平截面模拟结果分析2.3 典型垂直剖面二氧化碳分布规律2.3.1 垂直剖面的选取为进一步揭示和验证二氧化碳在不同空间形态的分布特征,选取小区春夏二季小区同一位置的垂直剖面对以下12个不同空间形态点位的二氧化碳空间分布来进行分析比较,剖面位置见图11 :图11 轴剖面位置示意图春夏两季模拟结果的垂直剖面二氧化碳扩散效应见图12,通过城市冠层内轴剖面的二氧化碳分布云图可以看出,小区内释放的二氧化碳在风环境的影响下空间格局扩散分布与静态分布有所不同。