载入中....
设为首页 收藏本站 联系我们 网站地图
论文网
您现在的位置: 免费毕业论文网 >> 理学论文 >> 地理地质 >> 正文
搜索: 论文

海岸带微气候的相关研究进展

更新时间 2009-12-25 15:12:32 点击数:

海岸带微气候的相关研究进展
耿晓婧,余锡平(水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,清华大学水利水电工程系,北京100084)
摘要:在综合分析海岸带气候特征的基础上,明确了海岸带微气候的内涵,并对相关研究的进展进行了综述。从中小尺度的范畴深入认识和研究海岸带特殊的微气候环境,可以为合理地评价利用海岸带资源、改善海岸带环境、实现海岸带系统的可持续发展提供更为科学的理论依据。文章综述相关研究的进展.
关键词:海岸带;微气候;下垫面,沿岸开发
海岸带是陆地和大洋之间的过渡地带。根据国际海岸带陆-海相互作用(LOICZ)计划,海岸带指从沿海平原、河口、三角洲、浅海大陆架一直延伸到大陆边缘的地带。海岸带由于其优越的自然条件、良好的地理位置和丰富的资源优势,自古以来就是人类生产和生活的重要场所。据统计,世界上70%的人口以及50%的百万人口城市居住或坐落在距离海岸80km的范围内[1]。同时,海岸带也是全球生命支持系统中最重要的部分,给无数鱼类、贝类、鸟类等提供栖息地,也与海滨、沙丘和围堤共同形成保护内陆免遭各种海洋灾害的体系。另一方面,海岸带是陆地、海洋和大气之间各种过程相互作用最活跃的界面。由于海岸带环境与局地中尺度大气过程密切相关,因此,对海岸带微气候系统进行全面深入的研究有着重要的意义.
海岸带也是重要的旅游资源。目前,滨海旅游已成为世界旅游业发展最快的领域之一。西欧、北美的大西洋沿岸和地中海沿岸等地,每年吸引的游客量占世界游客量的40%。在我国,滨海湿地建设、滨海旅游基地建设也在逐渐形成规模.
滨海旅游的优势不仅是由海岸带特殊的自然地理条件和海滨景观所决定的,也与其特殊的微气候条件密切相关。海岸带微气候的研究是评价海岸带旅游开发价值的科学基础。近年来亲自然的观念逐渐蔚然成风,很多地区还不惜重金营造人工11期海滩。我国的许多大城市都是内陆城市,远离海岸线,探索室内海滨环境的营造技术在我国也是很有应用前景的,研究也可为创造回归自然的海滨环境提供理论基础.
对于海岸带自然地理条件下形成的特殊气候现象(如海陆风等)以及海岸带自然环境的描述方法,人们很早就有所关注,并取得了一些研究进展[2-4]。但是,由于海岸带下垫面物理特征的多样性,以及大尺度背景场对微气候系统的影响,许多海岸带微气候现象及其机理尚未被清晰地认识,对海岸带微气候进行深入系统的研究具有重要的意义。为此,把握海岸带微气候相关研究的国内外进展情况十分必要.
1海岸带微气候系统
研究海岸带微气候既要考虑到影响气候的主要因素,又要抓住海岸带微气候的特点。海岸带最主要的特点就是海洋和陆地两种性质差异很大的下垫面邻接在一起。海洋和陆地吸收太阳辐射的能力、能量的分布和传递方式等都有很大的不同,因此辐射平衡与热量平衡存在明显的差异,从而使得海岸带成为一个能量分布急剧变化的过渡带.
海岸带的下垫面条件十分独特。由于潮位的涨落和波浪引起的增减水作用等,陆海交界线是一条动态曲线,它在垂直方向上的升降幅度能达到数米甚至十数米,在水平方向上的进退可达数十千米。此外,我国海岸类型多样,不同的下垫面类型在地质形成、物质成分、物理性质、热力学性质等方面都有很大差异,对海岸带气候有着显著的影响.
此外,大气环流作为一种大范围的现象,在海岸带也有独特的表现。它的一种表现是季风环流的形成,另一种表现是在海岸带附近存在的以昼夜为周期的海陆风。季风与海陆风都是海陆热力作用不同的产物.
海岸带微气候系统,是指在海岸带这个特定的环境条件下,由于下垫面的构造和特性不同造成热量和水分的收支差异所形成的近地面、小范围、与人类活动和人体感觉有密切关系的特殊气候系统。和其它气候系统相比,它具有以下特点:
1)海岸带特定的环境条件,即它包含海洋、陆地、大气三者的共同边界,决定了海岸带微气候系统具有海、陆、气三者的复合特征。海洋和陆地两种性质差异很大的下垫面邻接在一起,二者的辐射平衡与热量平衡存在明显的差异,海-陆-气强烈的相互作用以及界面处的物质通量和能量循环,使得海岸带成为一个物质能量分布的急剧过渡带.
2)海岸带微气候系统研究的范围属于中小尺度气象的范畴,具有空间尺度小、生命周期短、动力和气象要素梯度大、影响因素复杂多变等特征.
3)“微气候”不仅仅是一个尺度的概念,还要考虑系统与活动在其中的行为主体“人”的相互影响。人类对海岸带下垫面的改变日益加剧,如人工围垦、建港、建厂、建堤、造林和综合开发的规模越来越大,成为影响海岸带微气候的重要因子;而海岸带动态的微气候环境也反过来对人体的舒适感觉和行为状态产生一定的影响.
2相关学科领域微气候研究的国内外进展
由于微气候条件的特殊性及其与人类生产和生活的密切关系,其研究在工业、农业交通运输、人居环境等方面都有不同程度的应用。相关学科领域也积累了比较丰富的研究成果。其中,人们比较关注、近些年研究成果较多的主要有:建筑环境的热微气候、城市热岛效应和沙漠绿洲等.
在建筑学领域,微气候指的是建筑物及其附近的风、辐射、温度、湿度等气候要素的分布和变化规律。在很多情况下,与建筑物的传热以及人体热感觉有重大关系的气候条件,都归为微气候的范畴。建筑微气候的主要研究对象是建筑室内外特定范围内气候要素的特征。它通常研究单一建筑或建筑群体周边小范围的环境气候特征,诸如建筑体型对日照的遮挡,墙和树木对风的影响以及室内的气候卫生状况等都是其研究的内容.
建筑微气候早期的研究主要服务于军事目的。战后随着科技的进步、生产的发展和生活水平的提高,研究对象转向生产和生活领域,促进了人们对建筑环境与人体热舒适的关系认识的不断深入.
最初的研究手段基本上是室内实验或现场观测.
Fanger[5]在堪萨斯州立大学的实验数据基础上,发表了著名的热平衡方程式,得到了至今仍被广泛使用的热舒适评价指标PMV和PPD。该指标综合了空气温度、平均辐射温度、空气流速、空气湿度、人体新陈代谢率及服装热阻6个因素,是迄今最全面的评价热环境的指标,已被编入国际标准ISO7730。Murakami等[6]利用低雷诺数湍流模型和Gagge等[7]建立的人体两节点模型,模拟计算了人体与环境热湿传递过程中人体周围的空气温度、湿度、空气流速分布,模拟计算结果与对真人和暖体假人的实测结果相近。利用模拟计算结果可准确预测各种室内热环境下人体的热感觉。近些年来,建筑环境微气候研究主要集中在热环境评价体系和计算流体动力学CFD在室内外热环境研究中的应用等方面[8-9].
尽管建筑环境领域最早提出了微气候的概念,但它的尺度比海岸带微气候要小得多。比较而言,城市热岛和沙漠绿洲问题在尺度上与海岸带微气候问题更为相似,且都是由于下垫面构造和特性不同造成的气候系统,因此,城市热岛和沙漠绿洲问题的前沿研究对海岸带微气候的研究具有更多的借鉴意义.
由于城市的发展、下垫面的改变以及交通排热和建筑排热等因素的影响,城市微气候逐渐恶化,“城市热岛”现象及其对城市环境的负面影响也被越来越多的学者所关注。Akbari等[10]就指出,热岛气温每增加1°F可导致城市电耗峰值相应的增加1.5%~2%,因此美国每年由于热岛效应造成的电能损失约为10亿美元。研究表明,产生热岛效应的原因之一是城市绿地面积的减小,而城市水景及河流是改善城市微气候的重要因素,海风也对城市有很好的冷却效果[11-13]。Bruse等[14]建立了ENVI-met模型,它不仅能够描述都市表面、植物和大气之间的微尺度相互作用,还可以分析城市规划上小规模变化(如绿地、新建筑群)对不同中尺度气象现象的影响。目前,越来越多的学者开始应用遥感的热红外波段来研究地面热状况,风洞试验被用于参数分析和数值模拟的验证,更多的研究则是利用计算机模拟研究热岛与城市规模、建筑密度、下垫面特征等因子之间的关系[15-17].
沙漠绿洲是特殊气候条件、水文条件、地理条件和地质条件综合作用的结果,是典型的非均匀下垫面系统,其微气候效应保证了绿洲具有人类和其它生物种群活动的适宜环境,有利于形成景观生态健康成长的生物链结构。绿洲的地表形态和温湿特征在空间上的不均匀分布,能够在较小尺度上引起大气的相应变化,并影响大气运动过程,形成一些特殊的微气候特征,例如绿洲“冷岛”和“湿岛”效应、增雨效应和风屏效应等等。我国西北地区存在着大片干旱、半干旱区,因此,我国在沙漠绿洲的动力、热力特性以及各种效应产生的机制等方面都取得了很多研究成果[18-20],这些成果对指导绿洲的保护、建设和改造具有重要的现实意义.
3海岸带微气候相关研究的国内外进展
海岸带微气候学作为一个具有交叉特点的研究领域,其中的部分研究方向始见于20世纪70年代。近年来,随着海岸带人口的增加和海滨旅游的发展,海岸带尤其是河口和岸滩正遭受日益加剧的生态压力,水质恶化、宜人的自然景观消失成为部分海岸带地区面临的严峻现实。在我国,海岸带区域是经济发展最快的地带,也是自然灾害的多发区,因此对海岸带的科学研究一直备受关注。在这样的背景下,海岸带微气候的相关研究也得到了迅速的发展.
下垫面物理性质的差异对海岸带微气候系统的影响。海陆间的辐射平衡与热量平衡存在明显的差异,海陆的动力作用也不相同,因此气流和气压系统经过海岸带时其强度将发生明显的变化,进而影响各气候要素的分布情况[21-22]。近岸海陆热力差异引起的昼夜交替的次级环流,即海陆风,就是海岸带微气候的一种典型现象。海岸带下垫面条件复杂多变,不同的地表特性对海岸带气候有着不同影响[23-24]。Miao等[25]分析了几种代表性的地形高度、下垫面植被和土壤湿度对海岸带微气候的影响,指出地形和下垫面湿度的降低对海风风速和陆地上空的感热通量有明显的增强作用.

[1] [2] [3] 下一页

返回栏目页:地理地质论文

设为主页】【收藏论文】【保存论文】【打印论文】【回到顶部】【关闭此页