基于大数据驱动的人为热精细化计算模型构建及其与WRF耦合的城市化效应研究
批准号:
42101049
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
王雨辰
依托单位:
学科分类:
水文学和气候学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
王雨辰
中文摘要
人为热是城市地表能量平衡的重要组分,不仅能够驱动城市和区域气候变化,还是影响城市极端天气的重要因素。因此在进行城市天气气候数值模拟时,人为热的准确量化对提高数值天气模式的预报精度具有至关重要的作用。本项目瞄准国家建设气候适应型城市的战略需求,拟基于地理大数据及数据挖掘技术,通过改进并构建人为热精细化计算模型,并将其与中尺度天气预报模式(WRF)相耦合,开发一种具有高时空分辨率的城市天气气候模拟系统。同时基于大孔径闪烁仪(LAS)及解析足迹模型(Footprint),构建多样化典型城市功能区热通量验证实验方案。最终,基于该耦合系统研究得出城市化对极端天气气候的影响机理。本项目预期研究成果对气候变化监测及气候趋势预估具有重要科学及应用价值,能够为我国未来城市防灾减灾和城市精细化管理提供技术支持。
英文摘要
Anthropogenic heat is an important part of urban surface energy balance, which can not only drive urban and regional climate change, but also affect urban extreme weather. Therefore, in the numerical simulation of urban weather and climate, the accurate quantification of anthropogenic heat plays an important role in improving the prediction accuracy of numerical weather model. Aiming at the strategic demand of building climate-resilient cities in our country, and based on geographic big data and data mining technology, a high spatial-temporal resolution urban weather and climate simulation system is developed by improving and constructing an elaborate simulation model of anthropogenic heat and coupling it with the Weather Research and Forecasting Model (WRF). In addition, based on the Large Aperture Scintillometer (LAS) and Footprint model, the heat flux verification experiment scheme of typical urban functional areas is constructed. Finally, based on the coupling system, the impact mechanism of urbanization on extreme weather and climate is obtained. The expected research results of this project have important scientific and application value for climate change monitoring and climate trend prediction, and can provide technical support for future urban disaster prevention and mitigation and urban delicacy management in China.
人造建筑物与人为热是城市热岛效应的重要来源。本项目针对传统研究在复杂城市下垫面和高分异质性特征中对热环境机制分析的不足,构建了一套高分辨率城市热环境计算模型,系统揭示了建筑物日照特征与城市化效应的交互机制及其对城市热环境的影响。项目构建了以POI数据、建筑物能耗和交通大数据为基础的人为热估算模型,开发了“基于Landsat影像的城市热岛空间统计数据自动提取软件”和“基于多光谱数据的城市地表净辐射计算软件”,并实现了对不透水面热量扩散的动态模拟。研究通过改进深度学习技术,提升了高分辨率遥感影像的语义分割能力,精准提取了研究区建筑物、道路等城市关键要素的空间分布特征。结合建筑能耗数据和交通流量数据,精确估算了徐州和合肥区域内的人为热时空分布特征,并定量分析了人为热对城市热环境的强化作用。结果表明,人为热在城市热岛效应的形成与强化中起到重要作用,尤其在高密度建成区表现显著。此外,研究发现优化不透水面布局与增加绿色空间覆盖能够有效缓解人为热的负面影响。本项目成果不仅对城市气候与热环境研究具有重要的科学意义,为揭示城市化效应的复杂机制提供了量化支撑;同时,研究成果在城市热环境治理、绿色空间规划、能源优化管理等方面具有广泛的应用价值,为实现城市可持续发展和气候适应性优化提供了技术参考。
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