典型高密度街區通風性能的多尺度模擬與實測研究

《典型高密度街區通風性能的多尺度模擬與實測研究》是依託同濟大學，由胡婷莛擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：典型高密度街區通風性能的多尺度模擬與實測研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：胡婷莛
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

改善城市通風性能對於驅散大氣污染、緩解熱島效應、降低排放意義重大，是當今的研究熱點。但目前無論是數值模擬精度，還是現場實測手段遠不完善。在前期學位論文基礎上，通過中尺度氣象模式（WRF-Chem）與小尺度計算風工程模型（CFD）耦合的模擬方法和多點多層同步實測方法，對上海兩處典型高密度街區的通風性能展開研究和評價：（1）利用氣象與環境監測站的同步數據，定量分析大氣穩定度對城市通風性能指標的影響；（2）選取不同大氣穩定度工況，以中尺度模擬結果作為邊界條件和初始場，對上海陸家嘴核心區和虹橋商務區兩處街區進行CFD的通風性能數值模擬；（3）在兩處街區開展多點多層通風性能指標現場實測，並驗證數值模擬結果。本研究旨在建立中尺度氣象模式與小尺度模式融合的數值模擬方法，注重數值模擬與現場實測對比驗證，完善城市通風性能評價體系，不僅可指導已建街區的自然通風策略，還可為未來街區用地規劃布局設計提供建議。

結題摘要

改善城市通風性能對於驅散大氣污染、緩解熱島效應、降低排放意義重大，是當今的研究熱點，但目前無論是數值模擬精度，還是現場實測手段遠不完善。本研究通過中尺度氣象模式與小尺度計算風工程模型耦合的模擬方法和多點多層同步實測方法探索和實施，對上海兩處典型高密度街區和其它不同功能代表街區的通風性能展開研究和評價。空氣顆粒物濃度被選做是評估城市街區通風性能的核心因子。本研究主要工作和結論是： 1. 利用氣象與環境監測站2013年同步發布的小時監測數據為研究對象，統計分析了上海市空氣污染物的時空變化特徵及影響因子。結果表明：NO2、SO2、CO、PM2.5和PM10質量濃度從高到低依次是：冬季、春季、秋季和夏季。O3濃度從高到低依次是：夏季、春季、秋季和冬季。CO、NO2和PM10呈現雙峰日變化規律。SO2與O3呈現單峰的日變化特徵。降雨和風向對空氣污染物濃度影響顯著。PM2.5與 PM10、SO2、NO2、CO 均呈較高的正相關，與溫度、露點、雨量、風速和瞬間可見度呈負相關。 2.自主研發了基於攜帶型顆粒物質量濃度感測器的移動監測技術，並將此技術套用於上海市五種不同功能的代表街區（包含兩處典型高密度街區）和五條隧道空氣顆粒物（PM2.5和PM10）分布特徵研究。測試結果表明：顆粒物背景濃度較低時，各街區呈現不同的空氣顆粒物分布特徵。顆粒物背景濃度較高和降雨後，各街區的空氣顆粒物濃度水平趨於一致接近背景濃度。在擴散條件充分和降雨的天氣下：空氣顆粒物濃度大多隨高度的升高而降低。隧道內顆粒物濃度分布主要與隧道的通風方式、結構特點、通過的車輛及其形成的活塞風有關。 3.基於中尺度氣象模式（WRF-CHEM）對上海城區冬季某日的風場、溫度場和濃度場進行了模擬，進而探索了中尺度氣象模式（WRF-CHEM）和小尺度CFD模式融合的空氣污染物分布數值模擬方法。該方法從WRF-CHEM計算結果中提取出小尺度模式（CFD）計算域邊界對應位置上計算結果作為陸家嘴核心區空氣污染物CFD計算的入流邊界條件，使空氣污染物分布的數值計算結果更趨合理。 本研究的結果不僅可指導已建街區的自然通風策略，還可為未來街區用地規劃布局設計提供建議。