基于WRF的水网城市广义通风道微气候调节规划策略研究——以武汉为例

In recent years, urban heat island phenomenon, air pollutant explored frequently in Chinese cities with rapid development. Our cities urgently need environmentally friendly development strategies after all these years of sacrificing the health and environment of residents. General urban ventilation path of cities with water network dynamic integrate water ecological resources, cities, ventilation path, can realize urban micro-climate regulation with water ecological effect, improve urban ventilation, and ease the urban heat island phenomena, air pollutant. This project will study on: ① identification and selection studies, mechanism and potential mining studies of water ecological resources; ② impact of underlying surface material, morphological index, combination form on airflow movement of ventilation path; ③classification of urban morphology, configuration of urban ventilation based on the urban categories; ④ Planning strategies application of urban ventilation path of cities with water network of Wuhan. To achieve the objectives of planning urban ventilation path with quantitative and scientific methodologies, WRF simulation model, GIS technique, field measurement and wind tunnel technique will be applied in this project. This project fill vacancy of urban micro-climate regulation of cities with water network. And it introduces the meteorological mesoscale model of WRF to urban ventilation path study, which successfully solves the limitation of simulation scale, is the study method innovation of this study field.

我国城市急速发展，城市热岛、空气污染等问题频繁“爆发”，在以居民健康和生存环境为代价的“病态”发展后，城市发展亟需一套基于微气候调节的科学生态建设方案。水网城市广义通风道将水体生态资源、城市基质及连通通道三者动态整合，能充分利用水体生态资源实现城市微气候调节，促进城市通风，从而缓解城市热岛、空气污染等问题。课题拟研究：①水体生态基质补偿空间的识别选取、作用原理、作用潜力挖掘；②空气引导通道下垫面材质、形态控制指标、组合形式对通风作用的影响；③城市基质作用空间的形态特征分类，依据城市分类配置空气引导通道；④以武汉为例进行水网城市通风道规划策略应用四个主要板块内容，采用WRF模拟技术、GIS信息技术、现场实测及风洞试验实现水网城市通风道的科学量化研究。本课题关注水网城市微气候调节相关研究，填补研究空缺；并率先在城市通风道研究中引入WRF模拟技术，成功解决模拟研究尺度问题，具有研究方法上的创新。

在本课题中，我们采用2017年国家与市级环境空气质量监测点提供的实时监测数据，结合遥感影像的水体信息，建立线性回归模型探究了水体覆盖率与PM2.5，PM10，NO2三种污染物浓度之间的关系。我们发现水体对污染物浓度时间分布的稳定性有很大的影响，存在水体的地区其颗粒物的稳定性较低，说明水体对其存在一定的消解与疏散作用。通过进一步研究，我们发现三种污染物浓度与水体覆盖率均呈强负相关，有NO2>PM2.5>PM10，并且水面覆盖率每增加10%，PM2.5、PM10、NO2浓度将分别减少2.78%，2.96%，9.65%。此外，我们还得出在半径分别为0.7km与1.1km的街区尺度下，水体对降低该区域颗粒物与NO2浓度的效果最显著。在本课题中，我们还基于遥感数据及WRF中尺度模拟技术研究城市中心区水网与PM2.5浓度分布关系。结果显示城市水网能有效的阻滞PM2.5的扩散。在污染物扩散方向，水面面积比例与颗粒物浓度分布呈正相关关系，特别是城郊区域水体对颗粒物的阻滞作用更为显著。不止如此，我们还发现水网对城市中心平均气温存在1-0.5k的降温作用，同时对PBLH高度有升高作用（60m左右）。除这些影响之外，对风速的影响也非常显著，在夜晚可达2m/s，在正午也有1m/s的风速提高。