基于TM和GIS的合肥市热环境研究

利用2007年10月5日覆盖合肥市的TM影像反演了NDVI和LST,并结合GIS技术和城市形态分维理论,分析了合肥市热环境布局以及不同热环境等级与各土地利用类型的关系。结果表明:合肥市地表温度具有东南高、西北低的热岛效应存在,热岛效应的中心并未出现在城市中心区域。LST与NDVI呈明显负相关关系(相关系数为-0.734),NDVI值每升高0.1,LST约降低0.93℃。城建面积加权环境效应贡献指数(WHI)为1.14,对热环境的作用(正向)程度最高;耕地的WHI为-0.51,对热环境的作用(负向)程度最高,且耕地在合肥市各热环境等级中都发挥了独特的作用。     

高层建筑空调通风能耗及热环境数值模拟研究

在传统的高层建筑空调通风能耗及热环境数值模拟方法中,存在模拟精度低的缺点.为此,提出高层建筑空调通风能耗及热环境数值模拟研究方法.通过建立高层建筑的空调通风能耗模型和热环境模型,并确定其相关参数,在此基础上,确定边界条件,最后通过划分计算网格,建立离散方程,对积分后的离散方程组求解,得到模拟结果,完成高层建筑空调通风能...     

基于CFD数值模拟的城轨列车隧道空气附加阻力计算影响因素研究

城轨列车隧道空气附加阻力是列车运行阻力的重要组成部分.现有常用计算公式只与隧道长度相关,无法体现列车长度、列车速度和隧道阻塞比等因素对阻力计算的影响.采用CFD(Computational Fluid Dynam-ics)的方法对城轨列车在隧道内运行过程中所受隧道空气附加阻力进行计算,针对可能的影响因素,本着控制变量的...     

基于Flotherm的热式汽车空气流量计热模拟分析

空气流量计是汽车众多零部件中很重要的传感器,利用Flotherm软件建立了两种热式汽车空气流量计的三维模型,并对两种方案进行热模拟,比较不同方案对流量计散热性能的影响,所得结果对于热式汽车空气流量计的设计有一定指导意义.     

基于多核并行计算的无人机CFD数值模拟

随着计算机系统向多处理器多核架构发展,针对航空工程技术高精度大规模求解问题,提出了一种高效、准确的无人机CFD（Computational Fluid Dynamics）数值模拟多核并行计算方法。对典型机翼进行了串行解法和并行解法的数值校验,验证了以N-S（Navier-Stokes）方程为主控方程的数值求解方法的正确性。接着对比了串行计算和并行计算的时间、加速比等性能,最终获得了针对无人机整机的一种高效的并行计算方法,并对某无人机整机纵向气动特性进行了数值计算。采用FLUENT脚本记录功能,实现不同工况按编译顺序自动计算、保存数据和切换,提高了计算效率。从模块角度详细介绍了CFD串行、并行计算的工作原理,为采用并行计算的方法提供了依据。     

CFD模拟与流化床气体分布板的结构设计

针对流化床工业设备,简要阐述了加强气体分布板结构设计的重要性。在此基础上,结合对计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)理论及相关计算软件的介绍,重点阐明了FLUENT软件的计算特点及气固流化系统的流场模型,同时还列举了若干基于FLUENT、FIRE、PHOENICS、CFX等CFD软件的流化过程模拟及气体分布板结构优化的实例,并指出了该类研究的几点不足之处,以明确下一步的研发重点。     

基于Pyrosim对天然气管道泄漏火灾后果的模拟研究

为探究天然气管道泄漏对周围人员和建筑物所造成的影响,提高管道火灾的人员逃生率,采用Pyrosim火灾仿真模拟软件,首先,按照管道火灾的特点设置火源及反应类型,对火灾模拟的过程、热辐射强度范围和温度分布范围进行分析;其次,将火灾模拟时间设为100 s,截取观察15 s、25 s、35 s、45 s、55 s、65 s、7...     

热红外遥感地表温度反演研究现状与发展趋势

从Planck函数和热红外辐射传输方程出发,概述了热红外遥感反演地表温度的基本原理,总结了当前反演地表温度常用到的热红外遥感器及相应波段。将热红外遥感地表温度反演算法分为单通道、劈窗和多通道3大类,分析了每一类中较具代表性算法的原理、适用条件及精确度。从热红外遥感机理、发射率、环境辐射、混合像元、大气影响等方面概述了热红外遥感反演地表温度面临的主要问题,并对热红外遥感地表温度反演的发展趋势进行了展望。     

地表温度热红外遥感反演的研究现状及其发展趋势

区域性或全球性的地表温度, 只有通过遥感手段才能获得, 在诸多应用中是一个非常重要的参数。地表温度反演是热红外遥感研究的热点和难点之一, 大气校正、温度与比辐射率的分离是必须考虑的两个重要方面。近年来有关的研究非常多, 主要反演方法可分为5 类: 单通道方法、分裂窗(双波段) 方法、多波段温度- 比辐射率分离方法、多角度温度反演方法和多角度与多通道相结合的方法。这些方法都各有利弊, 如何提高反演的精度和模型的适用性是地表温度热红外遥感的未来发展趋势, 理论和实验相结合的多种信息源的综合应用成为必然的要求。     

基于梯度视角的城市建筑形态对地表温度的影响

为探索不同城市建筑形态对地表温度影响的梯度与城市间差异,研究以西安、郑州、济南为研究区,基于Landsat-8 TIRS影像和城市三维建筑数据,通过多元线性回归模型分析了这3个城市中建筑形态对不同季节地表温度在城市整体和梯度尺度上的影响并比较其差异性：(1)夏季和冬季中地表温度受城市建筑形态影响最大的城市分别为西安（R2=0.414）和济南（R2=0.300）。建筑覆盖率和平均建筑高度分别对3个城市夏季和冬季地表温度影响最大,且分别表现为正向与负向影响。(2)对建筑覆盖率进行梯度分级后,发现当覆盖率小于20%时,建筑体积密度对3个城市有较强的降温作用;当覆盖率处于20%—40%时,平均建筑高度显著降低3个城市地表温度;当覆盖率处于40%—60%时,天空可视因子对3个城市有一定增温作用;当覆盖率大于60%时,平均建筑高度大幅度降低济南地表温度。(3)西安、济南、郑州低层建筑的平均地表温度分别为9.5℃、7.7℃、6.1℃,3个城市的地表温度由低层到高层都呈下降趋势,且每个梯度内西安的地表温度均高于郑州和济南。研究结果表明：合理规划城市建筑形态,有利于缓解中心城市地表温度过高的现象。     

超大城市土地覆盖与热环境的随机森林回归模型研究

目前对于超大城市土地覆盖和热环境定量模型研究报道不足,这主要是因为大城市地表温度和地表生物物理组分之间存在复杂的潜在非线性关系,这使得准确评估城市热环境情况遇到了严峻的技术挑战。研究选取中外6个典型超大城市（北京、上海、广州、伦敦、纽约和东京）为研究对象,以Landsat遥感影像为主要数据源,利用单通道算法反演各城市地表温度,采用随机森林回归模型（RFR）建立土地覆盖类型与城市热环境定量关系模型（LCT）,综合分析城市土地覆盖因子与热环境间的多维定量关系。土地覆盖与地表温度的定量关系显示,城市地表热场的空间结构在很大程度上被下垫面用地类型所左右,不透水面会导致高温热场的聚集,而植被和水体则有降温作用。6个超大城市地表覆盖结构变化产生的升温/降温效应有所差异,北京、上海、纽约和东京等城市区域的植被和水体降温效应较广州和伦敦显著。基于随机森林回归方法建立了NDVI、MNDWI和NDISI等3种土地覆盖类型与城市热环境的综合定量关系模型（LCT）,模型得到的精度高于基于多元线性回归方法建立的模型。LCT＿RF模型的R2值在0.623～0.826之间,比LCT＿MLR模型高0.021～0.07...     

21世纪以来西安城乡梯度土地覆盖变化及对城市热岛影响时空特征

城市快速扩张导致城乡梯度土地覆盖发生显著的变化,引发不透水地表的增加,植被覆盖的减少,从而加剧了城市热岛强度。研究城乡梯度土地覆盖变化引起的城市热岛效应,并揭示城市热岛的时空特征及强度的变化,对城市规划建设、人居环境改善及提升城市生态系统服务功能具有重要的意义。基于Landsat系列4期影像,利用单窗算法反演西安市地表温度,计算热场变异指数得到热力场强度图并对其进行等级划分,结合土地利用/覆盖类型数据分析城乡梯度土地覆盖变化对城市热岛强度的影响。结果表明：①2000年西安市极强热岛效应区占研究区面积的10.58%,逐渐增加到2011年极强热岛效应区域的面积占比达到16.14%,而后到2015年降低为9.00%,整体上西安市城市热岛效应呈现出了先增长后降低的趋势;②2000年到2015年城乡建设用地面积增加了412.76 km2,极强热岛强度的范围随城市建成区的扩张逐年向外扩展;③无热岛效应区约70%位于耕地和林地,水域在无热岛效应中的占比也在逐年增多,从31%增加到了47%。不透水地表面积占比与地表温度有显著相关性,城乡梯度植被和水体面积的增加可以有效地缓解城市热岛强度。     

Remote sensing of the urban heat island effect across biomes in the continental USA

Impervious surface area (ISA) from the Landsat TM-based NLCD 2001 dataset and land surface temperature (LST) from MODIS averaged over three annual cycles (2003-2005) are used in a spatial analysis to assess the urban heat island (UHI) skin temperature amplitude and its relationship to development intensity, size, and ecological setting for 38 of the most populous cities in the continental United States. Development intensity zones based on %ISA are defined for each urban area emanating outward from the urban core to the non-urban rural areas nearby and used to stratify sampling for land surface temperatures and NDVI. Sampling is further constrained by biome and elevation to insure objective intercomparisons between zones and between cities in different biomes permitting the definition of hierarchically ordered zones that are consistent across urban areas in different ecological setting and across scales.We find that ecological context significantly influences the amplitude of summer daytime UHI (urban-rural temperature difference) the largest (8 °C average) observed for cities built in biomes dominated by temperate broadleaf and mixed forest. For all cities combined, ISA is the primary driver for increase in temperature explaining 70% of the total variance in LST. On a yearly average, urban areas are substantially warmer than the non-urban fringe by 2.9 °C, except for urban areas in biomes with arid and semiarid climates. The average amplitude of the UHI is remarkably asymmetric with a 4.3 °C temperature difference in summer and only 1.3 °C in winter. In desert environments, the LST's response to ISA presents an uncharacteristic “U-shaped” horizontal gradient decreasing from the urban core to the outskirts of the city and then increasing again in the suburban to the rural zones. UHI's calculated for these cities point to a possible heat sink effect. These observational results show that the urban heat island amplitude both increases with city size and is seasonally asymmetric for a large number of cities across most biomes. The implications are that for urban areas developed within forested ecosystems the summertime UHI can be quite high relative to the wintertime UHI suggesting that the residential energy consumption required for summer cooling is likely to increase with urban growth within those biomes.     

区域遥感蒸散发模型方法研究

遥感技术为大面积区域陆面水分蒸散发量估算提供了一种新的手段,分析了国内外应用较好的遥感监测陆面水分蒸发的几种方法,主要包括地表热量平衡方法、互补相关陆面蒸散发、Penman-Montieth模型和区域蒸散发的气候学方法,并给出了可供参考的地面参数(地面反照率、NDVI、陆面温度等)的遥感获取方法,还阐述了各种方法的特点及彼此之间的联系。     

An analysis of urban thermal characteristics and associated land cover in Tampa Bay and Las Vegas using Landsat satellite data

Remote sensing data from both Landsat 5 and Landsat 7 systems were utilized to assess urban area thermal characteristics in Tampa Bay watershed of west-central Florida, and the Las Vegas valley of southern Nevada. To quantitatively determine urban land use extents and development densities, sub-pixel impervious surface areas were mapped for both areas. The urban-rural boundaries and urban development densities were defined by selecting certain imperviousness threshold values and Landsat thermal bands were used to investigate urban surface thermal patterns. Analysis results suggest that urban surface thermal characteristics and patterns can be identified through qualitatively based urban land use and development density data. Results show the urban area of the Tampa Bay watershed has a daytime heating effect (heat-source), whereas the urban surface in Las Vegas has a daytime cooling effect (heat-sink). These thermal effects strongly correlated with urban development densities where higher percent imperviousness is usually associated with higher surface temperature. Using vegetation canopy coverage information, the spatial and temporal distributions of urban impervious surface and associated thermal characteristics are demonstrated to be very useful sources in quantifying urban land use, development intensity, and urban thermal patterns.     

气温与陆地表面温度和光谱植被指关系的研究

Prihodko 和Goward (1997) 在假设气温与浓密植被冠层温度近似的基础上, 利用空间分辨率为1 km NOAA 影像13×13 像素窗口的植被指数和LST 的线性外推求得NDVI= 0. 86 时LST, 作为中间像素气温的估计值, 这种方法假设了两个前提, 即13×13 像元窗口的植被指数和LST 呈负线性相关; 高植被覆盖条件下的LST 与气温相等。 根据Parton 和Logan (1981) 提出的气温时间尺度转换模型将297 个气象观测站获得的最高和最低气温资料计算MODIS Terra 卫星过境时刻的气温, 利用MODIS 每天陆地表面温度(LST ) 产品、16 d 合成植被指数产品, 探讨气温、植被指数和LST 之间的关系, 对Prihodko & Gow ard 法的两个前提进行调研。结果表明: ①在晚上,LST 与植被指数之间相关性很小; 方差分析的结果表明晚上LST 与晚上气温差异不显著, 因此晚上的气温基本可以由LST 代替; ②在白天, 在地形平坦的平原地区, 植被覆盖度范围较大的情况下,LST 与植被指数呈负相关关系, 但是在地形复杂的青藏高原地区和植被覆盖度范围较小(如在沙漠地区) 的情况下, 植被指数与LST 的关系很不明确; ③在白天,LST 与气温的关系随着植被生长状况差异而不同, 在稀疏植被覆盖条件下,LST 大于气温;当植被指数> 0. 7 时, 获得的LST 与气温差异不显著, 这与前人研究成果一致。根据结果②和③, 我们认为Prihodok & Goward 模型应用于区域尺度上计算白天气温存在一定局限性, 特别是应用于我国地形复杂的青藏高原地区和植被稀少的西北荒漠地区。     

Satellite-measured growth of the urban heat island of Houston, Texas

Growth of the surface temperature urban heat island (UHI) of Houston, TX is determined by comparing two sets of heat island measurements taken 12 years apart. Individual heat island characteristics are calculated from radiative temperature maps obtained using the split-window infrared channels of the Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) on board National Oceanic and Atmospheric Administration polar-orbiting satellites. Eighty-two nighttime scenes taken between 1985 and 1987 are compared to 125 nighttime scenes taken between 1999 and 2001. Analysis of the UHI characteristics from these two intervals reveals a mean growth in magnitude of 0.8 K, or 35%. The growth of the mean area of the UHI is found to range between 170 and 650 km², or from 38% to 88%, depending on the method of analysis.     

关于地表反照率遥感反演的几个问题

分析了地表反照率对陆面辐射能收支以及区域和全球气候的影响,强调了地表反照率是遥感反演陆面参数时的第一重要参数,地表反照率或多波段遥感中不同谱段的地表反射率的准确反演常常是准确估算其它陆面参数如植被和土地利用/土地覆盖等状况的先决条件。在对当前关于反照率的概念及容易混淆的术语进行阐述和说明的基础上,简述了遥感反演地表反照率的步骤和主要难点的解决方法,进而对常用陆面过程模式计算地表反照率的过程作了分析,并将其结果与MODIS有关产品进行了比较,强调了遥感与陆面过程模式和气候模式的结合。