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街道峡谷形式和表面材料影响城市热岛效应的机制

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摘要

第一章 绪论

§1.1 研究背景及意义

§1.2 国内外研究现状

1.2.1 反射路面研究现状

1.2.2 反射墙体研究现状

1.2.3 国内外研究现状的评述

§1.3 研究思路与研究内容

1.3.1 技术路线

第二章 街道峡谷模型反射率的测量理论与方法

§2.1 引言

§2.2 实验仪器和模型设计

2.2.1 测量仪器介绍

2.2.2 试验装置

2.2.3 模型设计

2.2.4 涂料的反射光谱和反射军计算

§2.3 测量原理和操作步骤

2.3.1 街道峡谷模型反射率概念

2.3.2 仪器高度的设计

§2.4 试验结果与分析

2.4.1 实测街道峡谷模型的反射率分析

2.4.2 模型(式(2-6))和ASTM-E1918-06规范的比较

2.4.3 模型反射率的实用性和推广意义

§2.5 本章小结

第三章 街道峡谷模型反射率的实验观测及运用

§3.1 引言

§3.2 试验方案设计

§3.3 试验过程

§3.4 试验结果与分析

3.4.1 路面微观反射率对街道峡谷宏观反射率的影响

3.4.2 墙体微观反射率对街道峡谷宏观反射率的影响

3.4.3 影响街道峡谷宏观反射率的客观因素

3.4.4 影响街道峡谷宏观反射率的主观因素

§3.5 本章小结

第四章 街道峡谷模型分形维数及其反射率

§4.1 引言

§4.2 盒维数的理论基础

4.2.1 盒维数概念

4.2.2 图像处理计算盒维数

§4.3 不同街道模型分维值的计算

4.3.1 模型分维值计算

4.3.2 数据处理与分析

§4.4 不同形式街道模型反射率的测量

4.4.1 模型的设计

4.4.2 实验过程和结果

§4.5 街道峡谷模型分形维与反射率回归分析

4.5.1 分形维和反射率回归模型建立

4.5.2 分形维和反射率的回归分析

§4.6 本章小结

第五章 高反射率路面对城市热岛的影响

§5.1 引言

§5.2 建立街道峡谷反射率模型

5.2.1 太阳和街道峡谷的几何位置

5.2.2 计算太阳位置

5.2.3 直接辐射与散射辐射

5.2.4 视角因子

5.2.5 多重反射

5.2.6 反射率

§5.3 模型的验证

§5.4 模型的应用

5.4.1 灰色路面和浅色墙体的街谷反射率

5.4.2 不同路面反射率的街谷反射率

5.4.3 增加邻近的建筑墙体吸收量

5.4.4 增加邻近的行人吸收量

§5.5 本章小结

第六章 结论与展望

§6.1 主要结论

§6.2 问题与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

攻读硕士学位期间参与的科研项目

攻读硕士学位期间获得的荣誉

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摘要

由于城市人口迅猛增长、城市面积规模日益扩张使得原有的植被、水体为主的下垫层被密实的混凝土所取代,加上城市人为热量排放的增加加剧了城市热岛效应的形成。城市热岛效应不仅降低了城市居民生活的舒适度,还危害到人类健康和经济发展。本文采用试验和数值模拟相结合的研究方法,对反射涂料降低城市热岛效应的可行性展开深入研究,以期能够寻求一种缓解城市热岛效应的工程措施。通过本文的研究,得到以下主要结论:
  (1)为了建立街道峡谷模型反射率的测量理论和方法,通过野外试验分别对不同形状街道模型和平板的反射率进行测量,并将试验结果与美国材料与试验协会ASTM E1918-06规范进行对比。结果表明:太阳辐射瞬时强度值变化在规范允许范围内,模型测量值与ASTM-E1918A计算结果的误差在0-0.08之间,验证了方法可靠性。
  (2)为了揭示街道峡谷反射率的变化规律及受控机理,通过室外试验观测了不同反射路面、墙体对街道峡谷模型反射率的变化规律。试验结果发现:当街道高宽比为1.0时,无论是反射墙体还是反射路面,路面(墙体)反射率从0.15提高至0.65,街道峡谷反射率从0.15升高至0.35。提高路面(墙体)反射率并不能有效提高街道峡谷反射率,尤其是高宽比越大的深峡谷,峡谷中的多重反射抑制了反射率的提高。
  (3)为了查明街道模型反射率与分形维数的关系,通过MATLAB图形处理计算模型的盒维数和室外试验观测了不同形状布局的街谷模型反射率。研究表明:街道峡谷模型反射率和计盒维D值具有良好的递减线性相关性。分形维数可以很好地描述城市空间结构演变规律和时空特征,同时也可作为影响街道峡谷反射率提高的关键参数。
  (4)为了科学评估反射路面对城市热岛影响和工程意义,建立了一维无限街道峡谷数学物理模型,以数值模拟的方法量化反射路面对邻近建筑环境额外的辐射吸收量。模拟结果显示:当街道高宽比<1.0时,提高路面的反射率才能有效提高城市峡谷反射率,建议采用反射路面缓解城市热岛效应。但即使在高宽比较低的街道采用反射路面,也将给行人增加了一个相当大的额外辐射通量并且带来热不适感和眩光刺眼等问题。因此,应谨慎看待反射路面作为缓解城市热岛效应策略。

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