城市热岛与空气污染物特性分析及其影响参数研究

发布时间：2020-07-22 15:29

【摘要】：摘要：近年来,随着城市化进程的加快,城市环境污染日益严重。城市空气污染物可以进入人的呼吸系统对人体健康造成负面健康效应,并且影响城市微环境气候和能见度。城市热岛效应进一步造成城市空气中污染物的累积,并引发许多疾病。恶劣的城市空气质量不仅影响了人们正常的生活和工作,而且成为城市发展的制约因素。因此,研究城市环境问题,对于提高人们的生活质量,促进城市可持续发展具有重要的意义。鉴于此,本文的研究工作主要包括以下几个方面：研究分析了长沙市热岛强度的分布规律,结果表明：最大小时热岛强度多发生在晚间。城市不同区域点的热岛强度在晚间差异大,白天差异小,但最大热岛强度分布规律基本一致。风速及风向对热岛强度大小及空间分布影响显著。与风向平行的区域,不同地点的热岛强度差值随风速的增大而减少,而与风向垂直的区域,不同地点的热岛强度差值与风速的变化无关。颗粒物浓度的统计分析及预测模型研究结果表明：在寒冷季节其浓度比暖和季节浓度高,长沙PM10天平均浓度大多发生在50μg/m3至150μ∥m3之间；春夏季节工作日的平均浓度略高于周末平均浓度,秋季两者基本一致,冬季周末平均浓度明显高于工作日,工作日的小时平均浓度略大于周末小时平均浓度； PM10天平均浓度越低,浓度的小时变化曲线双峰趋势越明显,说明颗粒物浓度越低,交通源的贡献越大,反之亦然。提出两种提高颗粒物浓度预测精度的方法。一种为加入热岛强度作为自变量；二为根据自变量与颗粒物浓度的正负相关性对白变量参数进行选取。污染物扩散模型研究表明,不同大气稳定状态条件下污染物的扩散程度差异显著,不同高度的污染物浓度分布趋势存在很大差别,地面一直呈下降趋势,近地面处污染物浓度先升高而后下降,存在一个浓度峰值。研究了在不同气象条件下热岛强度与颗粒物浓度的相互关系。结果表明：热岛强度与颗粒物浓度在四季都呈现为显著正相关,颗粒物浓度越大则两者呈现的相关性越好。不同温度和相对湿度条件下,热岛强度和颗粒物浓度相关性变化规律一致,高温高湿和低温低湿时两者的相关性比处于中温中湿时相关性好。理论模型研究表明热岛对污染物的扩散影响显著,热岛效应对远离热岛中心处起到增大污染物浓度作用,在中心附件地带热岛效应反而具有降低污染物浓度作用。提出了从天气系统、大气边界层和单一气象参数等不同尺度参数相结合的方法来研究气象条件对热岛强度和污染物浓度的影响。单一参数影响分析结果表明风速与相对湿度影响比其他气象参数影响大。中尺度范围,天气系统与大气边界层的动力学特征对热岛强度与污染物浓度影响明显。反气旋、高压脊等高压天气系统中,污染物浓度高,热岛强度大；气旋、冷锋等天气系统中,不易形成高污染和强热岛事件。大气边界层的稳定状态对污染物和热量的扩散具有十分重要的作用,大气边界层处于不稳定状态,即内部的风速大、逆温现象少、混合层高,十分有利于污染物和热量的扩散,此种条件下城市空气质量好；当大气边界层处于风速小、逆温显著、混合层低的稳定状态下时,高污染、强热岛等事件容易发生。图84幅,表37个,参考
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X16
【图文】：

健康效应模型,城市生态系统

城市是以人为中心的生态系统，创造舒适健康的生存环境既是城市可持续发展的必然要求也是城市建设的最终目标（图1-1)。良好的城市系统循环是保障城市生态系统功能的正常运转与发展的关键因素[3]。城市的正常运转一方面需要输入城市运转所需要的资源，主要包括能源（油、煤、电、天燃气等）与物质（水、食物、材料等）；另一方面需要及时输出城市系统所产生的代谢废物（包括热量、污染物、细菌病毒微生物等）居民舒适与健康 —4 ._■I - I 能源 ^ m 废热水 W‘'11! : 固体液体废弃物” m4J| . "■y 灥 _生'城市X及最：图1-1城市生态系统与环境健康效应模型1

肺部,颗粒物,城市热岛效应,大气污染

外力的作用，与呼吸系统内壁发生碰撞，导致沉积。不同粒径的颗粒物沉积在肺部的不同部位（图1-4)，造成严重的健康效应。大气颗粒物含有多种有害化学组分，对人体健康有很大的影响，其所含的氮、硫、有机物（多环芳轻）、生物化合物（内毒素）和金属元素等多种有害的化学成分能对人体健康产生负面影响[28-33]04

空间分布,百叶窗,内部温度,热岛强度

温度表高度约为1.5米。为了使得温度的测量值不受太阳福射及降水等因素的影响，采用将温度表置于百叶窗中的办法，具体做法如图2-1所示。 1? 、九 ?■HS'I—H干球温度表.3国W_度表HM lipii 目 ___ 一茨,ft灄水杯(a) (b)图2-1百叶窗及内部温度表2.2.3热岛强度定义及计算方法在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就象突出海面的岛llj与，由于这种岛崎代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。其强度数学计算式为：AT = Tu - Tr ( 2-1)其中，Tu为城市近地面空气温度，TV为城市周边郊区及农村近地面空气温度。AT越大，城市的热岛强度越强。本研究中，热岛效应的空间分布采用差值计算。在统计热岛强度的时间分布规律时，选取城区监测点和郊区监测点的温度差值来代表长沙热岛强度。2.3研究方法长沙热岛的空

【参考文献】