基于清单调查法的南京市秦淮区人为热排放时空分布估算研究

摘要

随着经济快速发展，城市化进程不断加快。迅速膨胀的城市人口和不断扩大的城市规模造成城市下垫面和冠层结构急剧变化，引起城市人为热排放快速增加，对城市热岛效应和区域环境气候变化造成了很多影响。大量研究表明，人为热排放对城市热岛效应具有明显的加强作用，同时对城市区域环境、气候等也有影响。过去由于缺乏对人为热排放的系统研究，在城市热岛效应、区域热环境等研究中常常忽略其影响。近年来，随着城市能源消费不断增加，人为热排放释放的热量成为城市热岛效应加剧不可忽视的因素。当前关于人为热排放的相关研究空间分辨率较低，制约了有关研究工作的深入开展。因此，深入开展小区域尺度的人为热排放时空分布估算研究，具有重大意义和科学价值。 本文以南京市秦淮区作为研究区，采用自下而上的能源清单法，基于高空间分辨率的遥感影像数据，利用目视解译和实地调查，结合人口分布、能源消费等统计资料以及人体新陈代谢、交通、工业和建筑等不同人为热释放源变化规律，建立基于土地利用类型和建筑物空间属性信息的高空间分辨率(100m)工作日昼夜人为热空间分布模型，计算工作日不同人为热释放源及综合人为热的排放量和排放强度，给出了一套具有普适性特点的小区域尺度人为热排放估算方法，并对四类人为热源及综合人为热排放时空演变特征进行分析比较，为城市不同尺度的人为热排放网格化时空分布研究提供了一种新探索。最后，结合现有人口密度和地区经济增长指标，初步探讨人为热排放与城市发展的变化趋势。 论文主要研究结论包括: (1)秦淮区白天人为热排放总量为7.37×1013J，平均人为热排放强度为33.45W/m2，夜晚人为热排放总量为3.38×1013J，平均人为热排放强度为15.34W/m2。白天商业建筑贡献率最大，可达44.64％，其次为交通运输、居民建筑、人类新陈代谢和工业，分别为25.78％，18.23％，10.69％和0.66％;而夜晚贡献率最高的为交通运输，可达33.68％,其次为商业建筑、居民建筑和人类新陈代谢，贡献率分别为28.47％，21.78％和14.63％。白天，全区排热强度最大的为商业建筑，为14.93W/m2，其次为交通、居民建筑和新陈代谢，分别为8.63W/m2，6.10W/m2和3.58W/m2，工业热源平均排热通量最小，为0.22W/m2;而夜晚全区人为热排放通量最大的为交通热源，平均排热通量为5.17W/m2，其次为商业建筑、居民建筑和新陈代谢排热，分别为4.37W/m2，3.34W/m2和2.24W/m2，工业排热仍为全区人为热排放最低值，为0.22W/m2。 (2)研究区昼夜人为热排放强度空间分布差异明显。白天高值区主要分布在研究区西北部的朝天宫、五老村、洪武路街道，空间格局上与由城市路网划分的商业区相一致，大部分地区人为热排放强度集中于15-30W/m2之间，部分高值区可达100W/m2以上，而低值区位于研究区东南部的红花街道和光华路街道;而夜晚人为热排放高值区较少，排热强度分布较均匀，大部分地区集中于4-17W/m2之间，高值区主要位于快速路网位置。 (3)四种人为热源中，人体新陈代谢昼夜排热空间分布与人口昼夜空间分布大致相同。白天，新陈代谢的高值区主要位于研究区的西北部，而夜晚排热强度较平均，无明显高值区，平均排热强度为2.24W/m2。交通昼夜排热强度分别为8.63W/m2和5.17W/m2，排热强度均为快速路最大，其次为主干路，次干路，最小为支路。商业建筑作为研究区最大的人为热源之一，其空间分布格局与白天人口空间分布相似，符合人们的日常活动规律，昼夜高值区均位于研究区的西北部，但较白天而言，夜晚平均排热强度明显下降，为4.37W/m2。居民建筑排放空间分布格局与夜晚人口空间分布格局类似，白天平均排热强度为6.10W/m2，夜晚相比于白天较低，为3.34W/m2。工业平均排热强度为0.22W/m2，但部分地区排热强度可达91.28W/m2。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1研究目的与意义

1．2国内外研究进展和分析

1．2．1能源清单法

1．2．2能量平衡方程法

1．2．3建筑能效建模法

1．2．4不同方法的优缺点对比与分析

1．3研究内容与技术路线

第二章研究区和数据

2．1研究区概况

2．2研究数据

2．2．1基础数据收集与处理

2．2．2人体新陈代谢排热相关数据收集与处理

2．2．3交通热排放相关数据收集与处理．

2．2．4工业热排放相关数据收集与处理

2．2．5建筑热排放相关数据收集与处理

第三章人为热排放估算理论方法

3．1人为热排放理论基础

3．2人体新陈代谢热排放估算理论方法

3．2．1“人口-昼夜-土地利用”关系模型

3．2．2基于面积权重的人口空间分布模型

3．2．3人体新陈代谢排热估算模型

3．3交通排热估算理论方法

3．4工业热排放估算理论方法

3．5建筑热排放估算理论方法

3．6本章小结

第四章秦淮区人为热排放估算结果与分析

4．1人为热排放估算结果与精度分析

4．1．1人体新陈代谢排热估算结果

4．1．2交通排热估算结果

4．1．3工业排热估算结果

4．1．4建筑排热估算结果

4．1．5综合人为热排放估算结果

4．1．6人为热排放估算精度分析

4．2人为热时空分布特征分析

4．2．1人口时空分布特征分析

4．2．2人为热时空分布特征分析

4．2．3人为热排放与城市发展相关关系分析

4．3本章小结

第五章结论与展望

5．1主要结论

5．2创新点

5．3不足与展望

5．3．1不确定性分析

5．3．2未来发展方向

参考文献

致谢

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