城市人工水體的氣象效應(yīng)與局地環(huán)境變化

前言

　　陸地有限域水體包括江河、湖泊、水庫等天然或人工水體，它是生態(tài)環(huán)境和自然資源的重要組成部分。世界上一半以上的大城市都坐落在水邊，這是因?yàn)樵诔鞘行纬芍?，水路是交通運(yùn)輸?shù)闹饕緩?，而交通運(yùn)輸通暢與否是一個(gè)城市能否發(fā)達(dá)興旺的關(guān)鍵所在。如今，由于人類活動(dòng)對地球環(huán)境已產(chǎn)生了不可忽視的影響，地球環(huán)境正朝著不利于人類生存的方向演化，全球變暖已成為世界各國政府和科學(xué)界日益關(guān)注的熱門話題。另一方面，隨著人類文明的進(jìn)步，城市化正成為發(fā)展中國家邁向現(xiàn)代社會(huì)的重要標(biāo)志，同時(shí)人們對生活環(huán)境也提出了越來越高的要求。由于水體特殊的物理屬性，其在改善自然環(huán)境中的作用得到越來越廣泛的應(yīng)用。例如，在快節(jié)奏的社會(huì)生活中，競爭和工作壓力需要得到有效釋放，鄰水而居不僅能讓居住者享受到開闊水面自然美景從而有利于放松心境和調(diào)節(jié)身心，而且水體的環(huán)境效應(yīng)也是人們熱衷于在水邊居住的重要原因。　　人們很早以前就對水體的氣象效應(yīng)有了基本認(rèn)識(shí)，相應(yīng)的科學(xué)研究工作開展得也很早，但由于受到技術(shù)手段和理論方法的限制，早期的研究工作多集中在通過對比觀測揭示水體氣象效應(yīng)的程度和可能影響范圍等方面。相關(guān)理論研究工作雖然也很多，但水體氣象效應(yīng)的觀測、理論和數(shù)值模擬研究成果尚未進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)。本書致力于闡述有限水體氣象效應(yīng)的各種研究方法和初步應(yīng)用結(jié)果?！　”緯谝?、三、四、五章由鐘中編寫，第二章由張耀存編寫，第六、七章由鐘中、張耀存共同編寫。全書由鐘中校閱。　　由于作者學(xué)術(shù)水平有限，且本書能涉及的內(nèi)容十分廣泛，難免出現(xiàn)掛一漏萬之處，敬請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　  本書是城市人工水體建設(shè)叢書之一?！　　　”緯怯邢抻蛩w氣象效應(yīng)與局地環(huán)境變化研究成果的系統(tǒng)介紹。主要內(nèi)容包括水體氣象效應(yīng)的觀測研究、水體和大氣湍流交換理論、水體動(dòng)力和熱力效應(yīng)數(shù)學(xué)模型求解方法，以及水體氣象效應(yīng)數(shù)值模式的構(gòu)造及其應(yīng)用?！　　　”緯晒氖職庀?、水文、生態(tài)和環(huán)境科學(xué)等相關(guān)專業(yè)科研人員和高等院校研究生參考閱讀。

作者簡介

　　張耀存，1963年11月生，現(xiàn)任南京大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。1991年畢業(yè)于南京大學(xué)并獲博士學(xué)位。主要從事區(qū)域氣候變化分析和數(shù)值模擬、區(qū)域海－陸－氣相互作用的教學(xué)和科研工作。曾主持和參加國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目（973項(xiàng)目）、國家科技攻關(guān)項(xiàng)目以及江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目等多項(xiàng)課題的研究工作，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文50余篇，合作出版著作2部，以第一完成人獲教育部提名國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)一次，獲得涂長望青年氣象科技獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)一次，1998年獲江蘇省第四屆青年科技標(biāo)兵稱號(hào)。1998年9月-2000年8月在加拿大Bedford海洋研究所進(jìn)行區(qū)域海氣相互作用的合作研究，2006年6月-2006年9月在日本東京大學(xué)氣候系統(tǒng)研究中心進(jìn)行東亞副熱帶西風(fēng)急流對東亞氣候影響的分析和模擬研究。

書籍目錄

“城市人工水體建設(shè)叢書”序前言第一章　緒論  1.1　地球水的存在形式及水的基本性質(zhì)　　1.1.1　水的存在形式    1.1.2　水的基本性質(zhì)  1.2　地球水圈和水循環(huán)    1.2.1　水圈的組成    1.2.2　地球水循環(huán)  1.3　水圈和大氣圈的相互作用    1.3.1　厄爾尼諾-南方濤動(dòng)    1.3.2　湖泊效應(yīng)  1.4　水體氣象效應(yīng)的研究方法    1.4.1　水體氣象效應(yīng)的觀測研究    1.4.2　水體氣象效應(yīng)的理論研究    1.4.3　水體氣象效應(yīng)的數(shù)值模擬研究第二章　水體氣象效應(yīng)觀測研究  2.1　水體輻射平衡特征    2.1.1　水面的反射條件    2.1.2　總輻射在水體中的傳播    2.1.3　水體的輻射平衡  2.2　水體熱量平衡狀況  2.3　水體對氣象要素分布的影響    2.3.1　水體的溫度狀況    2.3.2　水體上方的濕度狀況    2.3.3　水體上的風(fēng)狀況  2.4　水體和周圍陸地的相互影響    2.4.1　陸地對水體的影響    2.4.2　水體對周圍陸地溫度和濕度的影響第三章　水體和大氣之間的湍流交換  3.1　大氣邊界層通量廓線關(guān)系  3.2　水面粗糙度  3.3　水體和大氣湍流通量輸送的解析理論    3.3.1　物理模型和解析解    3.3.2　計(jì)算結(jié)果分析  3.4　水體上空湍流交換的觀測研究    3.4.1　中性層結(jié)下的廓線規(guī)律    3.4.2　非中性層結(jié)下的廓線規(guī)律    3.4.3　溫、濕、風(fēng)廓線的相似性第四章　水體的動(dòng)力效應(yīng)理論  4.1　粗糙度變化對切應(yīng)力的影響  4.2　水體上空風(fēng)速變化的理論研究    4.2.1　基本方程    4.2.2　問題的一般解    4.2.3　氣流經(jīng)過水域時(shí)可能達(dá)到的最大風(fēng)速    4.2.4　計(jì)算結(jié)果第五章　水體氣象效應(yīng)的二維數(shù)值模擬  5.1　水體氣象效應(yīng)的二維非靜力平衡數(shù)值模式    5.1.1　基本方程組    5.1.2　湍流交換系數(shù)　　5.1.3　云物理過程參數(shù)化方案    5.1.4　長波輻射通量與冷卻率的計(jì)算    5.1.5　地面溫度和水溫預(yù)報(bào)    5.1.6　計(jì)算區(qū)域和網(wǎng)格系統(tǒng)設(shè)計(jì)    5.1.7　數(shù)值方案    5.1.8　邊界與初始條件  5.2　水體氣象效應(yīng)的二維數(shù)值模擬    5.2.1　水體對湍流交換系數(shù)的影響    5.2.2　水體的溫度效應(yīng)    5.2.3　水體的濕度效應(yīng)    5.2.4　水體對陸風(fēng)演變過程的數(shù)值計(jì)算第六章　區(qū)域中尺度三維氣象數(shù)值模式  6.1　中尺度氣象數(shù)值模式發(fā)展概況  6.2　三維非靜力MM5模式控制方程  6.3　模式物理過程計(jì)算方案    6.3.1　水平擴(kuò)散    6.3.2　干對流調(diào)整    6.3.3　降水物理過程    6.3.4　淺對流參數(shù)化    6.3.5　行星邊界層參數(shù)化    6.3.6　時(shí)間積分方法    6.3.7　四維資料同化第七章　城市人工水體氣象效應(yīng)的三維數(shù)值模擬  7.1　鄭東新區(qū)建設(shè)規(guī)劃和鄭州市本底氣候特征  7.2　龍湖水體氣象效應(yīng)敏感性數(shù)值試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)  7.3　龍湖水體環(huán)境效應(yīng)敏感性試驗(yàn)結(jié)果分析    7.3.1　平均溫度    7.3.2　平均溫度日變化    7.3.3　平均風(fēng)速    7.3.4　平均風(fēng)速日變化    7.3.5　平均濕度    7.3.6　平均濕度日變化    7.3.7　龍湖水體對降水的可能影響  7.4　龍湖水體對人體體感溫度和舒適度影響分析    7.4.1　人體舒適度的概念和生物氣溫指標(biāo)    7.4.2　龍湖對體感溫度影響分析    7.4.3　龍湖對人體舒適度影響分析參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第一章　緒論　　1.1　地球水的存在形式及水的基本性質(zhì)　　1.1.1　水的存在形式　　通常意義下的水是指廣泛存在于地球上的液態(tài)水，如海洋、河流和湖泊中的水，大氣降水，地下水等。水還有另外兩種存在形式，即固態(tài)和氣態(tài)，如冰雪和大氣及土壤縫隙中的水汽等。在一定條件下，水的三種相態(tài)可以相互轉(zhuǎn)化，成為地球系統(tǒng)物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)換的重要形式。水面蒸發(fā)變?yōu)樗ㄎ漳芰浚?，水汽隨氣流運(yùn)動(dòng)（物質(zhì)遷移），在高空和寒冷地區(qū)凝結(jié)（釋放能量），以液態(tài)（雨水）或固態(tài)（雪、雹）的形式降落地表，地表接收太陽輻射升溫以及氣候變暖后冰雪融化成液態(tài)水（吸收能量），流入河流匯入海洋。在這樣一個(gè)水的三相態(tài)轉(zhuǎn)化過程中，不僅完成了物質(zhì)的循環(huán)（水體一大氣一水體），而且還完成了能量的傳遞（從大氣吸收能量一釋放能量到大氣一從大氣吸收能量）?！　〉厍蛳到y(tǒng)各類水體總稱為水圈，它是組成地球系統(tǒng)的一個(gè)圈層。與之并列的還有大氣圈、地、生物圈等。還可將冰雪從水圈中分離出來稱之為冰雪圈。水圈又可細(xì)分為多個(gè)次級圈層，如大陸尺度或大洋尺度、區(qū)域尺度、流域尺度甚至更小范圍?！　∷痛髿獾男纬蔀榈厍蛏鹪丛杏藯l件。水在孕育生命的同時(shí)也孕育了地球文明。由于大河流域能為生命活動(dòng)提供豐富的水源，古文明也因此發(fā)源于大河流域。水路是人類最早利用的交通運(yùn)輸途徑，它承載著文明走過漫漫歷史長河?，F(xiàn)代文明對水的依賴已不僅僅體現(xiàn)在養(yǎng)育生命和交通運(yùn)輸，水在改善人類生存環(huán)境和陶冶性情方面也突顯出越來越重要的作用。例如，秀美的湖光山色已成為人類美好生活的重要組成部分?！八梢暂d舟，亦可以覆舟”，水在促進(jìn)現(xiàn)代文明進(jìn)步的同時(shí)，也會(huì)給人類帶來災(zāi)害，陸地上和水有關(guān)的最主要自然災(zāi)害是洪澇，此外，冰雹、霜凍、大霧、風(fēng)暴潮、海浪、海嘯、滑坡、塌方、崩岸、泥石流、雪崩、凍土、海冰以及色潮等都無不與水有關(guān)?！　　?/pre>








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