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城市环境中热量转化规律及效应研究

  热环境是城市环境的重要内容。热量转化是城市物质能量代谢的主要要素和关键环节;热量转化规律是城市热环境形成与变化的基础。研究目标是通过系统观测、分析城市自然介质和人工介质热量转化过程,研究城市生态系统中人为热源和太阳辐射能量的热量转化过程;揭示不同物质代谢和不同空间尺度条件下,城市系统中热量平衡过程的机理;建立城市介质条件下热量转化机理模型,构建城市热量转化理论;在实证研究和虚拟模拟的基础上,阐明城市热环境的生态效应,以及城市介质及其空间格局的热效应。

主要研究内容及研究预期目标:

(1)典型城市介质热量转化过程研究
应用现代化的生态实验观测仪器,系统观测城市中水体、土壤、植被、大气等自然介质中的热量通量,深入分析城市条件下土壤-植被-大气自然介质系统中热量转化过程;通过实验室实验和实地监测相结合的方法,测定城市中典型人工介质的热力学特性,研究城市中人工介质系统中的热量转化过程;在综合研究城市自然和人工介质系统中热量转化规律的基础上,揭示城市介质条件下热量转化的基本过程,获取城市介质中热量转化的关键参数。
(2)城市系统中热量平衡机理研究
研究城市介质条件下,太阳辐射和人为热源的热量转化,确定观测自然和人为热源的热量通量方法,提出计算城市热量通量的理论方法和检验手段;以生态系统中能量平衡原理为基本依据,建立太阳辐射能量和人为热源参与情况下,城市环境中热量转化机理模型;综合研究城市介质条件下,太阳辐射、人为热源、城市人工介质系统和土壤-植被-大气自然介质系统的热量转化的动力机制,揭示城市热环境形成的机理,构建城市热量转化基础理论。
(3)城市系统中热量转化的生态效应研究
通过典型城市实地调查的方法,分析城市环境中典型植被和微生物的种类,认识清楚它们在城市生态系统中的作用;选取重要的植物和微生物进行生态试验,观测这些重要植物和微生物的热环境响应关系;研究城市植被和微生物在不同热环境中的活力状况,揭示不同城市热环境中生态系统的稳定程度,阐明城市热量转化的生态效应。
(4)城市介质条件的热效应研究
在城市热量转化理论的指导下,建立城市环境中热量转化计算模拟系统;通过典型城市实证研究和计算模拟虚拟分析相结合的方法,研究自然和人工介质不同空间组合下,城市热量的空间表征;揭示在不同城市物质代谢状况下,热量聚集和耗散的时空流向;具体分析城市热环境中城市介质及其空间格局的热效应,归纳总结出协调城市热环境的技术途径。