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气候可行性论证是指对与气候条件密切相关的规划和建设项目进行气候适宜性、风险性以及可能对局地气候产生影响的分析、评估活动。根据中国气象局2008年发布的《气候可行性论证管理办法》,气象主管机构应当根据城乡规划、重点领域或者区域发展建设规划编制需要,组织开展气候可行性论证。

实例下载
  • 城乡规划、重点领域或者区域发展建设规划
  • 重大基础设施、公共工程和大型工程建设项目
  • 重大区域性经济开发、区域农(牧)业结构调整建设项目
  • 大型太阳能、风能等气候资源开发利用建设项目
  • 其他依法应当进行气候可行性论证的规划和建设项目
技术优势
  • 微气候评估模式
  • (Micro-climate Evaluate Model,MCEM)

微尺度气候模式,能够实现局地风、温场100m分辨率的数值模拟,为复杂地形的气候可行性论证提供更精细更准确的评估与指导。

MCEM采用地形跟随坐标系,综合考虑了地形坡向对日照的遮挡、地表的热力平衡、大气长短波辐射等影响条件,同时采用E-ε能量闭合方案进行湍流参数化,能够充分评估出地形及建筑物对气象条件的影响。

  • 重现期数据采样技术
  • 时间序列补全及订正
  • 流体力学模型的使用
  • 三维建筑物、地形的建模
  • 舒适度算法
  • 不同时空尺度的数值模式模拟应用
实例分析
北京奥林匹克森林公园气候可行性分析

    图1所示为北京市DEM和土地利用空间分布。从图中可知,北京市地形呈西高东低的分布,西部山峦较多、地形复杂,而东部以平原为主;城市下垫面分布集中,容易形成较明显的热岛效应。而奥林匹克公园所在位置处于北京城中轴线北端,周边被城市环绕,但拥有明显的大片森林下垫面,理论上可对周边的城市热岛效应产生一定的缓解作用,实现对当地气候舒适性的调节。

图1 北京市DEM(a、c)及2010年土地利用(b、d)分布

    统计北京市200多个区域自动站日值数据,计算得到一月、四月、七月、十月等四个典型月的月平均气温、月平均湿度、月平均风速和月累计降水的空间分布。如图2所示,北京市在四个典型月中均有较为明显的热岛效应,主要城建区气温明显高于周边。纵观四月,可知奥体公园附近有很明显的季节变化特征,四级差异较为分明;同时可知一月奥体公园附近气温与周边地区几乎相同,四月及十月其气温略微低于城市区域,而七月奥体公园的温度有较为明显的低温区,确实对热岛效应起到了一定的缓解作用。

图2 a-d分别为一月、四月、七月和十月的北京市月平均气温空间分布,☆所在位置为奥林匹克公园

    从逐月平均风速分布(图3)可以看出,奥体公园一带及北京城区在四个典型月中,除冬季(一月)外风速都较小:春季(四月)和秋季(十月)风速最小,夏季(七月)次之。这应当是当地气候条件及建筑物和树木的拖曳作用共同导致。从奥体公园周边地区的风向玫瑰图可知,该地区冬季以偏北风为主;而春夏秋季南风北风都有出现,并存在一定数量的东风,说明这些季节奥体公园附近属于气流辐合区,容易造成空气抬升、凝结降水。

图3 a-d分别为一月、四月、七月和十月的北京市月平均风速空间分布,☆所在位置为奥林匹克公园

    从逐月平均相对湿度可知,北京市湿度以夏秋两季最高,冬春湿度较低;城建区存在明显的城市干岛效应,其中以一月和七月干岛最为明显。而在四月和十月,奥体公园周边的湿度较城市区域更高,说明森林下垫面能起到一定的增湿作用。

图4 a-d分别为一月、四月、七月和十月的北京市月平均相对湿度空间分布,☆所在位置为奥林匹克公园

    从逐月累计降水可知,北京市的降水主要发生在夏季,秋季次之,而冬春两季的降水较少。冬季降水主要发生在东北部即平谷、密云一带;春季降水主要发生了中西部,北京主要城建区开始出现较集中性的降水,但降水量级不大;夏季降水中心主要分布在顺义、房山、海淀一带,其中在奥体公园附近存在明显的降水中心,累计雨量达到190mm以上,也对当地的暴雨次生灾害防治带来了一定要求;秋季没有明显的降水中心,整个北京市区都有一定程度的降水,需要注意在奥体公园一带也存在大约60mm左右的降水中心。夏秋两季的降水与前文风向辐合容易形成对流的结论一致。

图5 a-d分别为一月、四月、七月和十月的北京市月累计降水空间分布,☆所在位置为奥林匹克公园

    根据计算得到的气温、风速和相对湿度空间分布,可以计算北京市区的通用热气候指数(UTCI),以表征当地的舒适度。从图6可知,冬季北京市大部分地区都属于冷应力区,人体感觉较冷,而中心城区(包括奥体公园)一带,由于城市热岛效应因此温度较高,属于无热应力区,人体感受较为舒适;在春季和夏季,由于气温升高,北京市的城建区逐渐变为偏热应力地区,人体感受偏热,而奥体公园一带则保持无热应力条件,属于较为舒适的地段;秋季北京市的大部分地区都属于无热应力区,整体感受较为舒适。

图6 a-d分别为一月、四月、七月和十月的北京市月UTCI空间分布,☆所在位置为奥林匹克公园

    综上所述,北京市奥体公园附近四季气象条件较为分明,该地区属于典型的大陆型半湿润季风气候:春季较为干燥、风速较小;夏季温度较高,降水较多,但气温较城市区域略微偏低;秋季冷暖适宜;冬季干燥多风,降水较低,受城市热岛效应辐射气温偏高。奥体公园最佳舒适度季节为春秋两季;而夏季由于舒适度相对市区较高,亦可作为休闲避暑的场所。

总结:通过利用北京市区域自动站观测、地形资料、土地利用资料和数值模拟结果等数据进行综合分析,我们可知北京奥体公园一带春季较为干燥、风速较小;夏季温度较高,降水较多,但气温较城市区域略微偏低;秋季冷暖适宜;冬季干燥多风,降水较低,受城市热岛效应辐射气温偏高。当地冬季盛行偏北风,春夏秋则偏北、偏南、偏东风都有分布。

该地区主要的气象灾害为高温旱灾和暴雨洪涝灾害,应当注意防范森林火灾和暴雨致涝。奥体公园中的森林片区相比周围城市有较好的通风性能,人体舒适度也相对更高,其舒适度最高的季节为春秋两季;而夏季虽然舒适度指数较低,但相对城市区域亦可作为休闲避暑的场所。

    气象风险灾害也是一个地区规划建设的重要参考。如图7所示,a-d分别为奥体公园周边地区的高温旱灾、低温冻灾、暴雨洪涝灾害及大风灾害的相对风险等级。可以看出,奥体公园附近属于高温灾害高风险区(图7a),应当重点防御高温带来的森林火险、干旱等灾害事件;而该地区低温冻灾风险等级较低(图7b),冬季可以适当有所防范;当地的暴雨灾害风险等级较高(图7c),应当进行重点防范,及时储备救灾抗洪物资,改善下水管网工程,避免出现内涝事件;奥体公园附近的大风灾害风险等级较低,这与当地风速较小的实际情况一致,对大风事件的防范还是应当结合强对流事件、防范个别暴雨过程带来的短时性强风。

图7 a-d分别为奥体公园周边地区的高温旱灾、低温冻灾、暴雨洪涝和大风灾害的风险等级区划

总结:通过利用北京市区域自动站观测、地形资料、土地利用资料和数值模拟结果等数据进行综合分析,我们可知北京奥体公园一带春季较为干燥、风速较小;夏季温度较高,降水较多,但气温较城市区域略微偏低;秋季冷暖适宜;冬季干燥多风,降水较低,受城市热岛效应辐射气温偏高。当地冬季盛行偏北风,春夏秋则偏北、偏南、偏东风都有分布。

该地区主要的气象灾害为高温旱灾和暴雨洪涝灾害,应当注意防范森林火灾和暴雨致涝。奥体公园中的森林片区相比周围城市有较好的通风性能,人体舒适度也相对更高,其舒适度最高的季节为春秋两季;而夏季虽然舒适度指数较低,但相对城市区域亦可作为休闲避暑的场所。

    区域自动站观测始终只是离散点的 ,经过插值后很多面上的信息并不一定准确。为了更好的研究奥体公园周边的气候环境,需要使用数值模拟的手段进行精细化气象要素模拟。由于奥体公园占地面积仅11.59平方公里,因此有必要使用多尺度模式嵌套模拟的方式:利用中尺度模式进行区域气候模拟,再利用小尺度模式对气候态进行稳态诊断。图8所示为模式嵌套网格空间分布。

图8 数值模拟网格嵌套设置

    图9所示为区域模式模拟得到的一月和七月正午时刻月平均近地面气温及风速。可知模拟结果与实际观测基本一致:北京市气温存在西低东高的分布形势,高温集中在主要城建区及西南部海拔较低的区域。同时也可见,一月正午时刻平均风向为西北风,七月则为偏南风,这亦与观测相吻合。但由于区域模式分辨率较高,难以识别出奥体公园,因此还需进行小尺度稳态模拟。图10a、b所示即为利用区域模式气候态数据驱动小尺度模式得到的近地面稳态。可见一月和七月,奥体公园中被森林覆盖的部分其温度都较四周更低,而其风速则相对周围略大,这与城市密集建筑物的拖曳作用强于森林有关。为更清晰地说明奥体公园一带的舒适度,通过计算气象部门常用的舒适度指数来进行说明。图10c、d所示即为计算得到的一月和七月正午时刻的舒适度稳态。可见一月该区域的舒适度整体属于“凉”(数值41-50),森林公园内则冷感更加明显;七月大部分地区属于“暖”(大于75),森林公园内则主要以“温暖”(71-75)为主,与城建区相比舒适度略高。

图9 区域模式模拟得到的北京市区一月(a)和七月(b)正午近地面气温及风场
图10 小尺度模式诊断得到的奥体公园附近一月(a、c)和七月(b、d)正午近地面气温、风速及人体舒适度

总结:通过利用北京市区域自动站观测、地形资料、土地利用资料和数值模拟结果等数据进行综合分析,我们可知北京奥体公园一带春季较为干燥、风速较小;夏季温度较高,降水较多,但气温较城市区域略微偏低;秋季冷暖适宜;冬季干燥多风,降水较低,受城市热岛效应辐射气温偏高。当地冬季盛行偏北风,春夏秋则偏北、偏南、偏东风都有分布。

该地区主要的,人体舒适度也相对更高,其舒适度最高的季节为春秋两季;而夏季虽然舒适度指数较低,但相对城市区域亦可作为休闲避暑气象灾害为高温旱灾和暴雨洪涝灾害,应当注意防范森林火灾和暴雨致涝。奥体公园中的森林片区相比周围城市有较好的通风性能的场所。

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