文摘

在本实验室以前的工作,人们已经发现,城市热岛强度(热岛)可以与城市扩展长度规模和风速,通过时间能量平衡。白天城市的加热表面设置初始温度,过热是消散在夜间通过在城市表面平均对流运动。这可能似乎与经典的工作没问题的(1973)。然而,在这个工作中,我们表明,如果使用人口密度在人口数据转化为城市化的地区,然后找到一个好的协议与当前理论。一个额外的参数是“城市流动参数”,这取决于城市建筑特点和影响水平对流热的风。这个比例可以用来评估在任何城市热岛强度,因此预测所需的能源消耗在夏季。此外,所有城市化表面预计将展示这个比例,以便增加表面温度在大型能源消耗、能源生产设施(如太阳能发电厂电气或热)可以被估计。

1。介绍

有很多研究的原因和影响热岛效应(例如,1- - - - - -9])。各种原因认为,包括地表能量平衡(或不平衡)由于城市化地表和建造结构,人为热释放,不同的大气成分在城市10,11]。而城市热岛效应的意义是公认的12,13),其理解和缓解方法非常多样,从简单的“板”的方法(14复杂的模型,解决城市树冠物理学[15,16]。其中一个重要方面是量化的大小城市热岛效应的相关变量,根据作者这差别很大。这个量化的关键一步是“缩放”,也就是说,开发一个功能城市热岛效应之间的关系和因果变量。

在本实验室以前的工作,我们已经表明,扩展城市热岛效应基于时间能量平衡工作很好理解和预测城市热岛依赖长度尺度和风速17]。这种方法与所使用的扩展许多作者(18- - - - - -24),用稳态能量平衡以及水平和垂直热流条件。很明显,城市岛加热(冷却)不是一个稳态效应,也不是热岛强度决定在某个固定的时间,如图1在一个典型的热岛强度绘制的时间演化。在这项工作中,我们表明,如果使用人口密度在城市化地区人口数据转化为好的的工作9),然后找到一个好的协议与当前理论。一个额外的参数是“城市流动参数”,这取决于城市建筑特点和影响水平对流热的风。这个比例可以用来评估在任何城市热岛强度,因此预测所需的能源消耗在夏季。此外,所有城市化表面预计将展示这个比例,以便增加表面温度在大型能源消耗、能源生产设施(如太阳能发电厂电气或热)可以被估计。大约三分之一的电力去满足住宅消费在美国,因此对电力需求的理解由于热岛增加对可再生能源生产计划的关键组成部分。


图1
温度衰减作为时间的函数,在凤凰城,亚利桑那州,1960年至2010年,使用(3)。

2。的分析方法

简要概述了扩展如下所示。的起点是最根本的能量平衡方程(17]: 在哪里 是eddy-diffusive热通量的散度。空气密度和比热 和 分别为, 对流速度,通常在城市地区的平均风速。的空间梯度温度可近似和移动到右边。在我们以前的工作(17),我们认为城市在夜间温度的时间演化,从表面热通量后导致一些城市表面温度高于“平衡”。这种观点认为热通量项设置一些最初的城市温度,在随后的冷却之前,因此热通量项(1)被移除和吸收初始温差 。现在,我们可以保留这个术语,因为它可以有添加剂影响城市空气温度在夜间。的温度, 和 ,代表城市和农村地区的气温,分别 被用作热岛强度:

如果我们集成,同时保留只有右边第一项,我们获得的时间演化热岛强度。这种假设对流效应远比热流条件: 在哪里 的极限情况 和 一般来说,如果晚上冷却过程的扩散热流减速。这个指数衰减温差密切反映在晚上时间演化的典型数据时间图1。

另一方面,如果我们考虑另一个极端的零风速和仅保留热通量项,然后我们获得 从(3),我们可以看到,风速, ,具有明显的增强效应的冷却热空气在城市表面。城市长度尺度越大, 需要的时间越长,酷 。所示的热通量项,(4),增加了城市的温度,直到热完全消散。城乡的微风中通常会导致一个增强对流运动由于意味着风在城市地区,占据传热过程热通量期内由于涡流扩散。密实度,我们保留了解决方案的形式(4),用校正因子, 反映了事实 温度衰变热通量项和将推迟 不同城市表面形态、空气动力特性和大气稳定可能影响的有效性在城市温度的冷却风速。因此,一个大的热通量项和结构阻抗对流冷却都将导致更小的值 。我们可以观察到从(3),那么冷却应该接受一个指数衰减作为时间的函数(图1),并根据上述因素最后的最低温度达到将所谓的夜间最低温度通常在气象数据集。此外,风速也应该导致热岛指数降低。大量的数据被用来验证这个模型,和一个示例如图2风速的影响显示了各种城市遵循指数减少根据(3)。


图2
风速对热岛强度的影响在首尔,韩国,圣路易斯,美国,和澳大利亚墨尔本。获得的理论线是使用(3)。 热岛强度定义为最大的区别是在城市和农村地区的气温。

在这项工作中,我们使用好的报道的数据(9),随着人口和城市面积数据日期在同一时期(1968 - 1978),以供进一步证明正确的扩展热岛强度应该基于时间能量平衡和指数依赖作为时间的函数,风速、长度和城市规模。以下加拿大城市视为在没问题的9]:蒙特利尔圣Hyacinthe圣休伯特Chambly, Marieville,圣Basile-Le大圣Cesaire圣派,Ste。Angele-de Monnoir, Ste。玛德琳。

3所示。结果

图3显示了城市热岛强度的函数长度范围内,所有城市的报道在没问题的9]。在好的工作,热岛强度和绘制相关函数的人口(“城市规模”),但没有良好的物质基础。其他作者尝试类似的相关性,但不同斜坡所需北美,欧洲、日本和韩国的城市。图3显示,加拿大城市的热岛强度可以使用当前的比例,绘制在上面 和更低的 边界,利用城市转化为城市规模相同的时间长度。如上所述,在我们以前的工作参数 取决于城市形态特征。因此,增加有直接影响城市热岛强度长度尺度。在我们以前的工作(17),我们调查了两个城市的增长,图森市菲尼克斯和基于卫星图像分析、城市长度尺度和相应增加。当然,城市的发展取决于许多经济和社会学参数,作为凤凰的预期增长,例如,已停止在2008年因住房危机。


图3
城市热岛强度的函数长度尺度。符号表示数据据没问题的(9]。上面的曲线(3), ,而降低 。

到目前为止,在这和我们以前的工作17),我们看了世界各地的城市和广泛不同的人口密度、城市表面形态和气象条件。尽管通用热岛特征被(3),具体功能关系往往不同,如图3即使是在加拿大城市。因此,整合和分类城市表面形态和气象条件的影响参数 在(3)仍为下一个任务在这个形成热岛扩展。

数据4,5,6风速的影响的节目一样的加拿大城市的热岛强度图3。它可以观察到,功能性热岛强度和风速之间的关系是准确捕获的使用(3)。亨特et al。25]也看着大型城市热岛效应的扩展和试图链接热岛的恶化对全球变暖的影响。所示(3),城市和农村地区之间的初始温度差异并确定最终的热岛强度。然而,更直接的因素是城市长度规模和风速,因为全球变暖会提升城乡统一的温度。


图4
风速的影响在Chambly热岛强度,Marieville,圣Basile-Le大圣Cesaire圣派,Ste。Angele-de Monnoir, Ste。玛德琳。符号表示数据据没问题的(9),而理论行了(3)。

图5
风速的影响在Chambly热岛强度,Marieville,圣Basile-Le大。

图6
风速对热岛强度的影响圣Cesaire圣饼,Ste。Angele-de Monnoir。

4所示。结论

长度影响的城市规模和城市热岛效应上的风速可以通过时间量化能量平衡。白天城市的加热表面设置初始温度,这期间冷却过热的夜间通过平均对流运动城市表面,导致温度的指数衰减。在夜间这个过热的冷却,通过平均对流运动城市表面,导致温度的指数衰减。含能量平衡方程的解繁殖这时间衰变具有良好的准确性、长度的主要因素是城市的规模和风速。夜间的最低温度达到最后冷却一段时间然后对应热岛强度,长度增加而增加城市规模和降低风速。风速的效果也是使用这种方法准确地追溯;然而,不同的修正因素所需不同的城市,说明城市表面热含量的影响,结构形态和密度。因此,使用少量的现成数据长度为城市规模和风速、热岛强度可以用可能描述预测未来的趋势。这种方法可用于能源资源的规划,以及任何所需的混凝土表面大面积可再生或其他发电。大约三分之一的电力去满足住宅消费在美国,因此对电力需求的理解由于热岛增加对可再生能源生产计划的关键组成部分。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。