城市中的气传花粉已成为春秋季节性过敏的主要过敏原之一,研究典型建筑布局及其植物配置模式下花粉飞散特征能够为合理优化城市绿地配置提供数据支撑,为花粉飞散研究提供补充.基于北京市海淀区校园绿地春季观测数据,提取3个采样地街谷布局和植物特征参数,借助CFD平台构建15个典型浅街峡谷布局及其植物配置模式参数化场景,探究不同场景下花粉飞散特征和距离阈值.研究结果表明:①花粉高浓度区位于风速较低、空气流动性较差的区域,花粉低浓度区位于风速高、空气流动性较好的地方.②4种植物配置模式的花粉飞散特征表现为行道树式＞散点式＞行道树+组团种植＞组团式,花粉沉降特征表现为组团式＞行道树+组团种植＞行道树式＞散点式.错列式布局结合行道树式植物配置花粉浓度降低率最高为24.89％,飞散效果相对更好.围合式布局结合组团式植物配置花粉浓度降低率最低为7.31％,聚积效果相对较好.③受不同建筑、植物和风场的影响,3类建筑布局花粉飞散距离远近依次为行列式＞围合式＞错列式,行列式需要约35-75m的飞散距离,围合式需要约28-60m的飞散距离,错列式需要约20-53m的飞散距离.风速低且花粉浓度高、飞散距离近的植物配置模式易于聚积,风速高且花粉浓度低、飞散距离远的植物配置模式易于飞散.

目的 构建快速预测系统,提高场区尺度核事故后果评价计算精度和效率.方法 开展场区尺度范围内复杂下垫面周围风场和污染物扩散的快速预测方法研究,采用风场诊断模型和拉格朗日粒子扩散方法,以显式分辨建筑物和植被分布的方式,建立场区尺度快速预测系统;通过数值模拟理想和真实城市场区算例,并与风洞实验测量数据和计算流体力学数值结果进行比较,研究复杂下垫面对局地风场和污染物输运的影响.结果 快速预测系统能在约5 min时间内清晰的模拟出局地高分辨率风场以及污染物浓度分布信息,建立与地理信息软件的接口,并可以实现与中尺度气象预报模式的耦合;从计算准确性上看,系统对风场模拟效果良好,风速和风向的分数偏差分别为0.33和-0.08,模拟的浓度场的范围受风场影响较大,除个别低浓度点外,模拟和观测的浓度比值在0.05～3.40之间.结论 快速预测系统可以在保证计算精度的基础上,有效模拟出流场分布特征,提高计算效率,为核事故应急响应提供重要参考和依据.

防护林是干旱沙区绿洲的生态屏障,能够有效防治风沙灾害.单木作为构成防护林的基础单元,其结构特征是影响防护效益的关键因素.本研究以乌兰布和沙漠绿洲无叶期典型树种新疆杨、箭杆杨、小美旱杨为研究对象,借助地面激光雷达,通过计算机数值模拟,在建立单木真实三维模型的基础上,充分探究单木结构及其周围空气动力学特征,并建立单木结构参数与风场指标间的关系.结果表明:结合AdQSM与MeshLab构建树木模型的方法精度高.单木周围风场大致分为6个区域,包括植株迎风面的衰减区、植株顶端的加速区、植株背风面的涡旋区、平静区、过渡区、恢复区.单木周围压力场呈现迎风面压力大、背风面压力小的梯度变化.水平方向上,在相对风速降低20％-50％的范围内,新疆杨、箭杆杨、小美旱杨的有效防护距离分别为0.21H-1.51H、0.20H-0.91H、0.25H-1.64H(H为对应树高),对应的有效防护面积分别为18-294、15～227、18～261 m2.垂直方向上,新疆杨和小美旱杨在0.3H高度处的风速衰减率最大,箭杆杨则体现在0.5H高度.综合单木结构参数与风场指标相关性和逐步回归分析,明确透光疏透度和体积孔隙度对防护效应的影响占主导地位.风场指标中,基于胸径、树木表面积、透光疏透度建立的透风系数回归模型最优;各等级有效防护距离和有效防护面积中,筛选的回归变量不尽相同.

[目的]为了明确玉米新发害虫二点委夜蛾Athetis lepigone的迁飞行为,为该虫的区域性监测预警提供依据.[方法]2016年7月在华北南部的新乡市原阳县,利用旋转极化垂直昆虫雷达和高空诱虫灯观测了2代二点委夜蛾成虫在空中的迁飞行为,利用轨迹分析软件HYSPLIT分析该虫的迁飞范围.[结果]2代二点委夜蛾成虫在日落后(19:00左右)开始起飞,2h后达到最大值,二点委夜蛾成虫最大高峰时间主要出现在前半夜,次日凌晨虫量逐渐降低,至7:00左右迁飞活动停止,整个迁移活动持续12h.二点委夜蛾成虫在空中成层分布,其最高飞行高度低于1 200m,但虫量最大处位于600-700m.第2代二点委夜蛾成虫每晚的平均最长飞行时间为7.972 h,平均位移速度为9.12 m/s,每晚平均最远距离大约为261.74 km.结合风场和轨迹模拟分析表明,7月份二点委夜蛾以北迁为主,河南中部的漯河及许昌等地区是雷达观测点二点委夜蛾峰值时的直接虫源区,其余来自邻近区域.[结论]本研究明确了华北南部地区2016年2代二点委夜蛾在空中的迁飞参数及迁飞范围.

[目的]明确2015年吉林省3代粘虫Mythimna separata (Walker)成虫的迁飞动态,揭示3代粘虫成虫自东北向南迁出的动向及成功迁出的概率,为粘虫的预测预报及综合治理提供科学依据.[方法]基于扫描昆虫雷达观测,采用田间饲育、诱蛾器监测、轨迹模拟及天气背景学分析等研究方法,分析3代粘虫成虫迁飞动态及迁出概率.[结果] (1)3代粘虫蛾可交尾及产卵,卵亦可孵化,但幼虫发育迟缓.(2)3代粘虫蛾数量相比于一代增长了10.3倍,成虫卵巢发育级别集中于1级,大多未交尾,处于从本地迁出的状态.(3)迁出期的风向以南风、西南风、东南风为主,不利于粘虫回迁至南方的越冬区域.(4)共有3d的调查日观测到了粘虫聚集成层的迁飞现象.轨迹分析显示,极大比率的粘虫种群最终去向集中于观测点公主岭以北的区域或者朝鲜境内.[结论]3代粘虫受制于秋季风场无法成功回迁,成为了Pied-piper效应的牺牲者,无法为2016年春季粘虫的发生提供有效虫源.

合理设置道路绿化带能够改变街道空气流场进而改善空气质量.利用风洞试验结合数值模型的方法测试了树冠形状和绿化带位置对街道峡谷的风场影响.在数值模型中,采用针对植物模型不同高度赋予不同叶面积密度(leaf area density,LAD)值的新方法近似模拟不同树冠形状的植物,通过输入污染源数据,得到风场及污染物浓度数据结果;与风洞试验结果进行对比,验证了其有效性;进而,利用数值模型分析了不同绿化带设置下街道峡谷内行人的污染暴露特征,结果表明:绿化带位置及树冠形状影响街道峡谷中的涡流结构,形成复杂的细小湍流,从而影响街道峡谷中的风环境和污染物分布.阔叶树冠和位于街道峡谷中央的绿化带位置有利于降低行人污染暴露风险.未来研究中,通过增加风洞试验布点、考虑热力作用及气象因子的影响,或许可以提供更加详细的改善街道峡谷微环境的绿化带布局,为城市大气环境管理和绿地系统建设提供科学依据.

大风是影响铁路运输安全的主要气象灾害,强风导致的铁路灾害是影响铁路安全运行的重要因子之一.本文基于2009-2018年的津秦铁路沿线气象站资料和历史典型大风天气过程的中尺度模式模拟两种方式,分析津秦高铁沿线大风特征,识别沿线受风灾威胁严重的路段.结果 表明:津秦高铁沿线大风频率和强度具有明显的季节差异,春季相比于其他季节大风频率和强度均最高;气象站历史资料分析表明,位于天津滨海的西南—东北走向铁路段、位于唐山市东部的自西向东铁路段属于受风灾威胁较大的段路,典型大风天气的风场模拟结果与历史资料分析所识别的危险段路基本一致;津秦高铁沿线区域春冬季的主风向为西北风,夏季的主风向为东南风,均与津秦高铁西南—东北走向铁路段呈直角,因此列车受横风影响会加剧该段线路的运行风险.

空气中污染物及病菌的浓度直接影响人类健康.在污染源不变的情况下,有效通风决定了空气质量的优劣.因此,建立有效通风的定量判定指标,并利用此指标对特定区域空气质量进行实时评价,引导居民选择健康的室外活动场所成为迫切需要解决的问题.本研究采用雷诺平均Navier-Stokes (RANS)方法建立了基于计算流体力学(CFD)技术的城市空气污染模拟系统,研究了风速、污染物浓度和污染物扩散效率之间的关系.在此基础上,借助实时气象数据,对城市广场空间不同时段进行了风场模拟及空气质量评价.结果 表明:行人高度(1.5 m)空气中污染物有效扩散的临界风速值为1.0 m·s-1,此指标可作为某一具体区域空气质量评价标准.参照此判定指标,链接实时天气系统,通过模拟得到的行人高度风速分布,可实时、可视化地显示该场所空气质量优劣分布,实现公平、效率、合理地利用城市空间资源,为人们选择健康的室外活动场地提供指引,为公众疾病预防和健康促进提供技术和手段.

海洋溢油污染不仅关系到天然渔业资源、海鸟等生物、海域环境、海岸线生态的破坏,而且对渔业、捕捞业、旅游业都会造成巨大损失,甚至会直接或间接地危害人类的健康.短期来看,一方面石油、燃料油等进入海洋后,对海洋生物资源造成影响;另一方面会危害附近海区的海洋环境,侵害海洋生物以及海鸟赖以生存和栖息的环境.长期来看,持续的海洋污染会导致的生态环境失衡,海洋的生产力也随之下降.溢油事故中的渔业资源损失评估作为追究污染事故责任,尽快恢复海域资源与环境的重要一环需要不断改进创新.为了定量确定海洋溢油事故发生后渔业资源的损失程度,将传统的评估模式与现代科学技术相结合,通过海洋动力学、流体力学、海洋生物学、环境化学等多个学科交叉融合,将流场风场模型、溢油模型、海域调查监测、卫星遥感技术、毒性效应和渔业资源的损失评估方法相结合,形成一种渔业资源损失评估的数值模拟评估模式,以完善溢油事故中渔业资源损失评估体系.在溢油事故现场监测数据的基础上,运用数学计算理论选择相对应的溢油模型,结合具体溢油事故案例的潮流数据和风场数据,模拟海上溢油污染的时空分布情况.采用卫星遥感技术根据不同油品在海水中不同的亮度表现,处理得到溢油油膜信息,与模拟得到的油膜信息进行比对验证,并对模型进行修正,通过模拟得出污染海域油浓度分布与溢油污染范围信息,结合溢油污染对不同海洋生物的毒性效应,得到渔业资源的损失程度,为溢油事故的渔业资源损失评估提供一种思路,为溢油事故发生后的损失评估和事故处理起到一定的参考辅助作用.

近地表地形的风场受坡度坡向、地表形态和空间格局等地形要素的控制,从而影响人的"风感"体验,是人居环境的选址与布局需要考虑的重要因素.通过建立地形3D模型、划分网格、设定模拟工况,运用Fluent 14.0软件对不同山体地形坡度、形态和格局的风场进行CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟.结果 发现:(1)坡度在0.3以下对地形风场影响较小;当坡度大于0.5时,随坡度增大背风坡风影区逐渐增大,挡风效果更加明显;坡度大于0.7以后,随着风影区加大,回流涡旋更加明显.(2)风场受到周边地形形体的影响,尤其是迎风面和背风面截面变化率.迎风面截面变化率越大,风速变化越快;背风面截面变化越大,背风面的出现风影区和回流涡旋的几率越大.迎风面出现凹形迎风口会形成气体滞留区,而背风面凹形口后部会增加风影区和回流涡旋出现的几率.(3)不同地形格局对单个地形的风场具有强化和减弱效果."三面环山"的相对封闭的地形格局有利于形成稳定的风场,并提高风感舒适度.在人居环境的风感营造和优化中,需要避开风感敏感区域,即风速激增区、回流涡旋区、无固定风向的强烈湍流区、气流不流通的静风区和气流死循环涡旋区等风感敏感区,并利用植被或者人工构筑物来消除敏感区或削弱这一影响.并根据不同的气候类型和城市特点进行选址、地形改造或者进行内部地形格局调整和优化,以提高风感舒适度.选择开放型地形格局和低坡度、平行风向的流线型地形能够加强通风,而塑造封闭性地形格局和垂直风向的陡坡地形能够减小风速.