面向城市熱環(huán)境分析的地物紅外輻射能量傳輸研究.pdf

1、改革開放以來，我國的城市化進程發(fā)展迅猛。截止2015年底，我國的城鎮(zhèn)化率已達到56.1％。如此大規(guī)模的城市化運動，造成了越來越突出的問題，例如交通擁塞，大氣污染嚴重，城市內(nèi)澇等。由于城市大部分為由混凝土所建成的構(gòu)筑物，其熱容量低、導熱系數(shù)高，加上建筑物對風的阻擋，使得城市熱環(huán)境問題變得日益突出。目前對城市熱環(huán)境的改善措施主要集中在綠化布局、水體規(guī)劃、城市通風、透水性下墊面材料等方面，然而這些措施具有很大的局限性，因此探索城市熱環(huán)境調(diào)控方

2、案的新思路是非常迫切的。本文從研究城市地物與地外空間的輻射換熱規(guī)律出發(fā)，探索改善城市熱環(huán)境的新思路。根據(jù)上述思路，基于大氣在8～12μm波段為紅外窗口區(qū)以及地物主要輻射能量集中在6～18μm波段這兩個理論背景，本文進行了以下三方面的研究。
　　首先，本文分析了大氣的結(jié)構(gòu)和成分，總結(jié)了大氣對紅外輻射吸收的特點，繼而建立了對流層大氣吸收率波譜的理論計算方法。根據(jù)該方法，本文計算得到了標準中緯度大氣模式下夏季和冬季對流層大氣對8～14μ

3、m波段紅外輻射的吸收率波譜，以及2016年9月12日至19日重慶沙坪壩地區(qū)的實際大氣模式對流層大氣對8～14μm波段紅外輻射的逐時吸收率波譜。從而得出了以下結(jié)論，標準中緯度夏季對流層大氣對波長在8～14μm波段的紅外輻射過吸收率變化范圍為37.8%～100%，平均吸收率為59.3%；標準中緯度冬季對流層大氣對波長在8～14μm波段的紅外輻射過吸收率變化范圍為12.4%～100%，平均吸收率為32.9%；實際大氣模式對流層大氣吸收率在20

4、16年9月12日隨時間的變化幅度最大，大氣吸收率變化幅度在9月12日至9月15日慢慢降低，9月15日的大氣吸收率在全天內(nèi)非常接近，從15日至19日的大氣吸收率變化幅度又漸漸的增大。
　　其次，基于典型地物的發(fā)射率波譜與溫度，本文進行了地物紅外輻射能量在標準中緯度夏季和冬季大氣模式下的靜態(tài)傳輸分析，以及實際大氣模式下的地物紅外輻射在大氣中的動態(tài)傳輸分析。從而本文計算得到了典型地物在對應大氣模式下8～14μm波段的輻射能量，對流層大氣

5、在該波段吸收的紅外輻射能量，以及該波段傳輸至對流層大氣空間外的輻射能量。分析結(jié)果表明，標準中緯度大氣模式下夏季吸收的紅外輻射能量是冬季的2.32倍左右；而在同一季節(jié)大氣模式下，大氣對不同地物吸收的能量比較接近，最大差別不超過22.2%。在實際大氣模式下，晴天大氣模式的不同時刻的地物紅外輻射能量之間的差別遠大于同一時刻下不同地物輻射能量的差別，陰雨天大氣模式下的不同地物的輻射能量及同種地物在不同時刻的輻射能量均非常接近且變化非常小。

6、>　　最后，本文分析了城市邊界層大氣的吸收率波譜及地物紅外輻射能量在邊界層大氣中的傳輸，并且將地物紅外輻射能量和地物與近地面大氣的對流換熱量進行對比分析。分析結(jié)果表明，城市邊界層大氣對8～14μm波段紅外輻射的吸收在對流層大氣中占主導地位；中緯度標準大氣模式下，夏季邊界層大氣吸收的紅外輻射能量占夏季對流層大氣的77.9%，冬季邊界層大氣吸收的紅外輻射能量占冬季對流層吸收能量的50.5%；實際大氣模式下，邊界層大氣吸收的紅外輻射能量占對流