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氣候可行性論證是指對(duì)與氣候條件密切相關(guān)的規(guī)劃和建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行氣候適宜性、風(fēng)險(xiǎn)性以及可能對(duì)局地氣候產(chǎn)生影響的分析、評(píng)估活動(dòng)。根據(jù)中國(guó)氣象局2008年發(fā)布的《氣候可行性論證管理辦法》,氣象主管機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)根據(jù)城鄉(xiāng)規(guī)劃、重點(diǎn)領(lǐng)域或者區(qū)域發(fā)展建設(shè)規(guī)劃編制需要,組織開(kāi)展氣候可行性論證。

實(shí)例下載
  • 城鄉(xiāng)規(guī)劃、重點(diǎn)領(lǐng)域或者區(qū)域發(fā)展建設(shè)規(guī)劃
  • 重大基礎(chǔ)設(shè)施、公共工程和大型工程建設(shè)項(xiàng)目
  • 重大區(qū)域性經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)、區(qū)域農(nóng)(牧)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整建設(shè)項(xiàng)目
  • 大型太陽(yáng)能、風(fēng)能等氣候資源開(kāi)發(fā)利用建設(shè)項(xiàng)目
  • 其他依法應(yīng)當(dāng)進(jìn)行氣候可行性論證的規(guī)劃和建設(shè)項(xiàng)目
技術(shù)優(yōu)勢(shì)
  • 微氣候評(píng)估模式
  • (Micro-climate Evaluate Model,MCEM)

微尺度氣候模式,能夠?qū)崿F(xiàn)局地風(fēng)、溫場(chǎng)100m分辨率的數(shù)值模擬,為復(fù)雜地形的氣候可行性論證提供更精細(xì)更準(zhǔn)確的評(píng)估與指導(dǎo)。

MCEM采用地形跟隨坐標(biāo)系,綜合考慮了地形坡向?qū)θ照盏恼趽?、地表的熱力平衡、大氣長(zhǎng)短波輻射等影響條件,同時(shí)采用E-ε能量閉合方案進(jìn)行湍流參數(shù)化,能夠充分評(píng)估出地形及建筑物對(duì)氣象條件的影響。

  • 重現(xiàn)期數(shù)據(jù)采樣技術(shù)
  • 時(shí)間序列補(bǔ)全及訂正
  • 流體力學(xué)模型的使用
  • 三維建筑物、地形的建模
  • 舒適度算法
  • 不同時(shí)空尺度的數(shù)值模式模擬應(yīng)用
實(shí)例分析
北京奧林匹克森林公園氣候可行性分析

    圖1所示為北京市DEM和土地利用空間分布。從圖中可知,北京市地形呈西高東低的分布,西部山巒較多、地形復(fù)雜,而東部以平原為主;城市下墊面分布集中,容易形成較明顯的熱島效應(yīng)。而奧林匹克公園所在位置處于北京城中軸線北端,周邊被城市環(huán)繞,但擁有明顯的大片森林下墊面,理論上可對(duì)周邊的城市熱島效應(yīng)產(chǎn)生一定的緩解作用,實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蚴孢m性的調(diào)節(jié)。

圖1 北京市DEM(a、c)及2010年土地利用(b、d)分布

    統(tǒng)計(jì)北京市200多個(gè)區(qū)域自動(dòng)站日值數(shù)據(jù),計(jì)算得到一月、四月、七月、十月等四個(gè)典型月的月平均氣溫、月平均濕度、月平均風(fēng)速和月累計(jì)降水的空間分布。如圖2所示,北京市在四個(gè)典型月中均有較為明顯的熱島效應(yīng),主要城建區(qū)氣溫明顯高于周邊??v觀四月,可知奧體公園附近有很明顯的季節(jié)變化特征,四級(jí)差異較為分明;同時(shí)可知一月奧體公園附近氣溫與周邊地區(qū)幾乎相同,四月及十月其氣溫略微低于城市區(qū)域,而七月奧體公園的溫度有較為明顯的低溫區(qū),確實(shí)對(duì)熱島效應(yīng)起到了一定的緩解作用。

圖2 a-d分別為一月、四月、七月和十月的北京市月平均氣溫空間分布,☆所在位置為奧林匹克公園

    從逐月平均風(fēng)速分布(圖3)可以看出,奧體公園一帶及北京城區(qū)在四個(gè)典型月中,除冬季(一月)外風(fēng)速都較?。捍杭荆ㄋ脑拢┖颓锛荆ㄊ拢╋L(fēng)速最小,夏季(七月)次之。這應(yīng)當(dāng)是當(dāng)?shù)貧夂驐l件及建筑物和樹(shù)木的拖曳作用共同導(dǎo)致。從奧體公園周邊地區(qū)的風(fēng)向玫瑰圖可知,該地區(qū)冬季以偏北風(fēng)為主;而春夏秋季南風(fēng)北風(fēng)都有出現(xiàn),并存在一定數(shù)量的東風(fēng),說(shuō)明這些季節(jié)奧體公園附近屬于氣流輻合區(qū),容易造成空氣抬升、凝結(jié)降水。

圖3 a-d分別為一月、四月、七月和十月的北京市月平均風(fēng)速空間分布,☆所在位置為奧林匹克公園

    從逐月平均相對(duì)濕度可知,北京市濕度以夏秋兩季最高,冬春濕度較低;城建區(qū)存在明顯的城市干島效應(yīng),其中以一月和七月干島最為明顯。而在四月和十月,奧體公園周邊的濕度較城市區(qū)域更高,說(shuō)明森林下墊面能起到一定的增濕作用。

圖4 a-d分別為一月、四月、七月和十月的北京市月平均相對(duì)濕度空間分布,☆所在位置為奧林匹克公園

    從逐月累計(jì)降水可知,北京市的降水主要發(fā)生在夏季,秋季次之,而冬春兩季的降水較少。冬季降水主要發(fā)生在東北部即平谷、密云一帶;春季降水主要發(fā)生了中西部,北京主要城建區(qū)開(kāi)始出現(xiàn)較集中性的降水,但降水量級(jí)不大;夏季降水中心主要分布在順義、房山、海淀一帶,其中在奧體公園附近存在明顯的降水中心,累計(jì)雨量達(dá)到190mm以上,也對(duì)當(dāng)?shù)氐谋┯甏紊鸀?zāi)害防治帶來(lái)了一定要求;秋季沒(méi)有明顯的降水中心,整個(gè)北京市區(qū)都有一定程度的降水,需要注意在奧體公園一帶也存在大約60mm左右的降水中心。夏秋兩季的降水與前文風(fēng)向輻合容易形成對(duì)流的結(jié)論一致。

圖5 a-d分別為一月、四月、七月和十月的北京市月累計(jì)降水空間分布,☆所在位置為奧林匹克公園

    根據(jù)計(jì)算得到的氣溫、風(fēng)速和相對(duì)濕度空間分布,可以計(jì)算北京市區(qū)的通用熱氣候指數(shù)(UTCI),以表征當(dāng)?shù)氐氖孢m度。從圖6可知,冬季北京市大部分地區(qū)都屬于冷應(yīng)力區(qū),人體感覺(jué)較冷,而中心城區(qū)(包括奧體公園)一帶,由于城市熱島效應(yīng)因此溫度較高,屬于無(wú)熱應(yīng)力區(qū),人體感受較為舒適;在春季和夏季,由于氣溫升高,北京市的城建區(qū)逐漸變?yōu)槠珶釕?yīng)力地區(qū),人體感受偏熱,而奧體公園一帶則保持無(wú)熱應(yīng)力條件,屬于較為舒適的地段;秋季北京市的大部分地區(qū)都屬于無(wú)熱應(yīng)力區(qū),整體感受較為舒適。

圖6 a-d分別為一月、四月、七月和十月的北京市月UTCI空間分布,☆所在位置為奧林匹克公園

    綜上所述,北京市奧體公園附近四季氣象條件較為分明,該地區(qū)屬于典型的大陸型半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候:春季較為干燥、風(fēng)速較??;夏季溫度較高,降水較多,但氣溫較城市區(qū)域略微偏低;秋季冷暖適宜;冬季干燥多風(fēng),降水較低,受城市熱島效應(yīng)輻射氣溫偏高。奧體公園舒適度季節(jié)為春秋兩季;而夏季由于舒適度相對(duì)市區(qū)較高,亦可作為休閑避暑的場(chǎng)所。

總結(jié):通過(guò)利用北京市區(qū)域自動(dòng)站觀測(cè)、地形資料、土地利用資料和數(shù)值模擬結(jié)果等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析,我們可知北京奧體公園一帶春季較為干燥、風(fēng)速較小;夏季溫度較高,降水較多,但氣溫較城市區(qū)域略微偏低;秋季冷暖適宜;冬季干燥多風(fēng),降水較低,受城市熱島效應(yīng)輻射氣溫偏高。當(dāng)?shù)囟臼⑿衅憋L(fēng),春夏秋則偏北、偏南、偏東風(fēng)都有分布。

該地區(qū)主要的氣象災(zāi)害為高溫旱災(zāi)和暴雨洪澇災(zāi)害,應(yīng)當(dāng)注意防范森林火災(zāi)和暴雨致澇。奧體公園中的森林片區(qū)相比周圍城市有較好的通風(fēng)性能,人體舒適度也相對(duì)更高,其舒適度最高的季節(jié)為春秋兩季;而夏季雖然舒適度指數(shù)較低,但相對(duì)城市區(qū)域亦可作為休閑避暑的場(chǎng)所。

    氣象風(fēng)險(xiǎn)災(zāi)害也是一個(gè)地區(qū)規(guī)劃建設(shè)的重要參考。如圖7所示,a-d分別為奧體公園周邊地區(qū)的高溫旱災(zāi)、低溫凍災(zāi)、暴雨洪澇災(zāi)害及大風(fēng)災(zāi)害的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)??梢钥闯觯瑠W體公園附近屬于高溫災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(圖7a),應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)防御高溫帶來(lái)的森林火險(xiǎn)、干旱等災(zāi)害事件;而該地區(qū)低溫凍災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較低(圖7b),冬季可以適當(dāng)有所防范;當(dāng)?shù)氐谋┯隇?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高(圖7c),應(yīng)當(dāng)進(jìn)行重點(diǎn)防范,及時(shí)儲(chǔ)備救災(zāi)抗洪物資,改善下水管網(wǎng)工程,避免出現(xiàn)內(nèi)澇事件;奧體公園附近的大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較低,這與當(dāng)?shù)仫L(fēng)速較小的實(shí)際情況一致,對(duì)大風(fēng)事件的防范還是應(yīng)當(dāng)結(jié)合強(qiáng)對(duì)流事件、防范個(gè)別暴雨過(guò)程帶來(lái)的短時(shí)性強(qiáng)風(fēng)。

圖7 a-d分別為奧體公園周邊地區(qū)的高溫旱災(zāi)、低溫凍災(zāi)、暴雨洪澇和大風(fēng)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)劃

總結(jié):通過(guò)利用北京市區(qū)域自動(dòng)站觀測(cè)、地形資料、土地利用資料和數(shù)值模擬結(jié)果等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析,我們可知北京奧體公園一帶春季較為干燥、風(fēng)速較??;夏季溫度較高,降水較多,但氣溫較城市區(qū)域略微偏低;秋季冷暖適宜;冬季干燥多風(fēng),降水較低,受城市熱島效應(yīng)輻射氣溫偏高。當(dāng)?shù)囟臼⑿衅憋L(fēng),春夏秋則偏北、偏南、偏東風(fēng)都有分布。

該地區(qū)主要的氣象災(zāi)害為高溫旱災(zāi)和暴雨洪澇災(zāi)害,應(yīng)當(dāng)注意防范森林火災(zāi)和暴雨致澇。奧體公園中的森林片區(qū)相比周圍城市有較好的通風(fēng)性能,人體舒適度也相對(duì)更高,其舒適度最高的季節(jié)為春秋兩季;而夏季雖然舒適度指數(shù)較低,但相對(duì)城市區(qū)域亦可作為休閑避暑的場(chǎng)所。

    區(qū)域自動(dòng)站觀測(cè)始終只是離散點(diǎn)的 ,經(jīng)過(guò)插值后很多面上的信息并不一定準(zhǔn)確。為了更好的研究奧體公園周邊的氣候環(huán)境,需要使用數(shù)值模擬的手段進(jìn)行精細(xì)化氣象要素模擬。由于奧體公園占地面積僅11.59平方公里,因此有必要使用多尺度模式嵌套模擬的方式:利用中尺度模式進(jìn)行區(qū)域氣候模擬,再利用小尺度模式對(duì)氣候態(tài)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)診斷。圖8所示為模式嵌套網(wǎng)格空間分布。

圖8 數(shù)值模擬網(wǎng)格嵌套設(shè)置

    圖9所示為區(qū)域模式模擬得到的一月和七月正午時(shí)刻月平均近地面氣溫及風(fēng)速??芍M結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)基本一致:北京市氣溫存在西低東高的分布形勢(shì),高溫集中在主要城建區(qū)及西南部海拔較低的區(qū)域。同時(shí)也可見(jiàn),一月正午時(shí)刻平均風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng),七月則為偏南風(fēng),這亦與觀測(cè)相吻合。但由于區(qū)域模式分辨率較高,難以識(shí)別出奧體公園,因此還需進(jìn)行小尺度穩(wěn)態(tài)模擬。圖10a、b所示即為利用區(qū)域模式氣候態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)小尺度模式得到的近地面穩(wěn)態(tài)。可見(jiàn)一月和七月,奧體公園中被森林覆蓋的部分其溫度都較四周更低,而其風(fēng)速則相對(duì)周圍略大,這與城市密集建筑物的拖曳作用強(qiáng)于森林有關(guān)。為更清晰地說(shuō)明奧體公園一帶的舒適度,通過(guò)計(jì)算氣象部門常用的舒適度指數(shù)來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。圖10c、d所示即為計(jì)算得到的一月和七月正午時(shí)刻的舒適度穩(wěn)態(tài)??梢?jiàn)一月該區(qū)域的舒適度整體屬于“涼”(數(shù)值41-50),森林公園內(nèi)則冷感更加明顯;七月大部分地區(qū)屬于“暖”(大于75),森林公園內(nèi)則主要以“溫暖”(71-75)為主,與城建區(qū)相比舒適度略高。

圖9 區(qū)域模式模擬得到的北京市區(qū)一月(a)和七月(b)正午近地面氣溫及風(fēng)場(chǎng)
圖10 小尺度模式診斷得到的奧體公園附近一月(a、c)和七月(b、d)正午近地面氣溫、風(fēng)速及人體舒適度

總結(jié):通過(guò)利用北京市區(qū)域自動(dòng)站觀測(cè)、地形資料、土地利用資料和數(shù)值模擬結(jié)果等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析,我們可知北京奧體公園一帶春季較為干燥、風(fēng)速較小;夏季溫度較高,降水較多,但氣溫較城市區(qū)域略微偏低;秋季冷暖適宜;冬季干燥多風(fēng),降水較低,受城市熱島效應(yīng)輻射氣溫偏高。當(dāng)?shù)囟臼⑿衅憋L(fēng),春夏秋則偏北、偏南、偏東風(fēng)都有分布。

該地區(qū)主要的,人體舒適度也相對(duì)更高,其舒適度最高的季節(jié)為春秋兩季;而夏季雖然舒適度指數(shù)較低,但相對(duì)城市區(qū)域亦可作為休閑避暑氣象災(zāi)害為高溫旱災(zāi)和暴雨洪澇災(zāi)害,應(yīng)當(dāng)注意防范森林火災(zāi)和暴雨致澇。奧體公園中的森林片區(qū)相比周圍城市有較好的通風(fēng)性能的場(chǎng)所。

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