[发明专利]一种城市绿地格局对热环境影响的模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种城市绿地格局对热环境影响的模拟方法，具体涉及一种基于遥感技术和CFD模型的城市绿地对热环境影响的模拟方法。

背景技术

“热岛”现象是某一局部地区(主要是城市区域)的气温高于周围地区的现象，热岛强度可以用两个代表性测点的气温差值来表示，一般为城市中某地温度与郊区气象测点温度的差值。近几十年来，由于城市化飞速发展、下垫面结构的改变、以及交通排热和建筑排热等因素的影响，城市热环境逐渐恶化，“热岛”现象及其负面作用日渐凸现。对于建筑小区而言，由于受规划设计中建筑密度、建筑材料、建筑布局、绿地率、水景设施及空调、车辆排热、居民生活用能的释放等因素的影响，小区室外气温也有可能出现“热岛”现象。“热岛”现象在夏季的出现，不仅会使人们高温中暑的机率变大，同时还促使了光化学烟雾的形成、加重污染，并增加各种能源的消耗(如建筑空调耗能)，给人们的工作生活带来负面影响。

城市绿化是改善城市区域热环境的主要方法之一。绿化植被通过其叶片大量蒸腾水分而消耗城市中的辐射热，以及通过枝叶形成的浓荫阻挡太阳的直接辐射热和来自路面、墙面和相邻物体的反射热而产生的降温增湿效益，对缓解城市的热岛和干岛效应，减少居民由于干热环境所引起多种疾病的发生，带来提高居民的健康水平、提高生活舒适度和生活质量的效益，在建筑小区这一特定的环境条件下，具有特殊而重要意义。

流体动力学(CFD)和遥感方法是进行区域热环境模拟和分析的两个非常重要手段。CFD技术是应用各种数学方法进行数值实验、计算机模拟和分析研究，为区域温度场模拟提供了理论基础。在城市热环境的研究中，运用CFD模型对一定空间中的气流组织进行模拟，通过建立数学物理模型，根据提供的合理边界条件和参数，可以对区域空气流动形成的温度场、速度场进行仿真模拟，直观显示其设计结果，并根据设计结果对其可行性和合理性进行分析研究。遥感技术可以进行大面积地表温度测定，减少局部环境人为干扰，直观定量的研究热岛特征。而根据地物在不同波段辐射值的差异，利用热红外传感器对城市地表温度进行大面积观测，可以通过计算得到地物热量空间分布。

但CFD模型和遥感技术均存在着一定的局限性。对于CFD模拟计算来说，区域的模型建立是非常重要的一个环节，若是区域模型建立的精确性达不到一定要求，计算出来的结果误差会非常大，对于仿真模拟来说不再具有实用意义。因此，在建立区域三维模型上，要保证有足够的精度。而遥感影像为瞬时影像，只能获取地表某一时刻特定的温度场，所得结果没有延续性和预测性。且遥感影像所反演出的温度结果为地表的结果，并不能获得距地面处一定高度上的温度场结果，而空气温度在城市热环境的模拟中以及环境舒适度评价中往往很重要。

发明内容

本发明针对CFD模型和遥感技术的不足，提供了一种城市绿地格局对热环境影响的模拟方法，通过CFD模型增加遥感技术的预测能力，利用遥感技术提高CFD模型的精度。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种城市绿地格局对热环境影响的模拟方法，包括以下步骤，

步骤一，获取一研究区遥感影像，利用遥感影像反演大气水汽含量、气温和地表温度；

步骤二，查询气象数据获得该区域的土壤湿度；

步骤三，通过地表温度估算地表平均温度；

步骤四，获取该研究区的Lidar点云数据，采用基于坡度与区域生长的Lidar点云滤波算法对获取的Lidar点云数据进行滤波处理；

步骤五，对滤波处理后的Lidar点云数据，采用基于主成分分析及连通性的提取建筑物信息的方法提取建筑物信息；

步骤六，利用TerraSolid软件将该研究区的遥感影像、滤波处理后的Lidar点云数据以及建筑物信息进行几何配准，获取该研究区建筑物和植被的三维信息；

步骤七，利用ENVI软件对该研究区的遥感影像进行分类；

步骤八，将分类后的遥感影像、地表平均温度、土壤湿度、大气水汽含量和气温导入ENVI-met，根据获取的建筑物和植被的三维信息，建立该研究区的三维模型；

步骤九，将建好的三维模型导入CFD软件进行模拟计算，并与实地监测数据对比，对CFD模型的边界条件进行校正；

步骤十，利用已校正的CFD模型模拟不同绿地分布格局的温度分布特征。

步骤一中，反演大气水汽含量的公式如下，