一种基于热带海岛气候特征的城市冠层模型建立方法与流程

1.本发明涉及城市冠层领域，尤其涉及一种基于热带海岛气候特征的城市冠层模型建立方法。


背景技术：

2.在目前对于城市热岛效应的研究过程中，在给城市街谷建模时一般采用经典的城市冠层模型。但是由于城市的经纬度、本地气候特征、地貌和用地特征等差别巨大，城市冠层模型中的参数化处理方式差异很大，城市冠层模型中水平通风特性对热岛效应的影响基本采用“很小而忽略”的处理方式，对研究“热带海岛”城市的热岛效应是不足的，因为热带海岛具有常年大风带来的强水平通风特性。


技术实现要素：

3.鉴于上述问题，提出了本发明以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于热带海岛气候特征的城市冠层模型建立方法。
4.根据本发明的一个方面，提供了一种基于热带海岛气候特征的城市冠层模型建立方法，所述建立方法包括：
5.将相邻区域联系在一起，区域内的有限长度的多个街道及相互影响；
6.街道内的能量平衡方程如下：
7.q
*s
q
f,s
＝q
h,s
q
e,s
δq
s,s
δq
a,s
8.其中，q
*
为净辐射热通量，w/m2；qf为人为产热，w/m2；qh为显热通量，w/m2；qe为潜热通量，w/m2；δqs为净储热通量，w/m2；δqa为净对流热通量，w/m2；s为街道；
9.所述净辐射热通量q
*
＝长波辐射 短波辐射。
10.可选的，所述长波辐射包括：
11.路面的长波净辐射
[0012][0013]
墙面的长波净辐射
[0014][0015]
其中，l
↓
为太阳辐射量，∈r、∈w为路面和墙壁的发射率，对路面来说，若ψr为路面对天空的视角系数，则(1-ψr)为路面对两边墙壁的视角系数；墙壁对天空视角系数为ψw，对路面的视角系数为ψw，则对对面墙的视角系数为(1-2ψw)，对屋顶来说，天空视角为1.0；
[0016]
采用平面角度计算天空视角系数，路面w/2位置的天空视角系数为
[0017][0018][0019]
墙壁与路面相交位置的天空视角系数为其中h表示街谷的高度，w表示街谷的宽度。
[0020]
可选的，所述短波辐射包括：
[0021]
根据街道与太阳方向的垂直角度计算路面、西墙、东墙和屋顶的平均太阳直接辐射通量是：
[0022][0023][0024][0025][0026]
其中，为水平表面可获得的直接太阳辐射，θ为太阳角度与峡谷轴向的夹角，λ为太阳高度方向夹角，χ为直射辐射与街谷顶部总辐射的比例,h为街谷的高度，w为街谷的宽度；
[0027]
根据所述街谷的朝向变化，将所述街谷的宽度w修正为w/sinθ；在得到墙体热通量后，需要再乘上sinθ来修正，θ0为路面完全没有得到阳光直射的街道峡谷的朝向
[0028][0029]
根据街谷方向的所有可能朝向变化，对所有街谷得到的直射辐射通量进行平均；采用两个积分，一个是在θ＝0和θ＝θ0之间，还有一个是在和θ＝θ0和之间；
[0030]
墙体，路面和屋顶的直射太阳平均通量为：
[0031]
[0032][0033][0034]s↓
为水平表面可获得的散射太阳辐射，街谷内表面接受到的散射太阳辐射量由天空视角系数直接得到，由于受到街谷的形状和高反照率的建筑表面材料的影响，短波辐射收支计算是求解一个具有无限多个反射面的几何系统，这些反射过程假设为等熵过程；
[0035]
当每个表面的直射和散射反照率都是一样的，当第一次反射发生时，路面和墙所存储的能量为：
[0036][0037][0038]
其中αr、αw分别表示路面和墙壁的反射率；
[0039]
反射部分的能量rr和rw是：
[0040][0041][0042]
在发生n次反射之后，
[0043]ar
(n 1)＝ar(n) (1-αr)(1-ψr)rw(n)
[0044]aw
(n 1)＝aw(n) (1-αr)ψ
wrr
(n) (1-αw)(1-2ψw)rw(n)
[0045]rr
(n 1)＝αr(1-ψr)rw(n)
[0046]rw
(n 1)＝αwψ
wrr
(n) αw(1-2ψw)rw(n)
[0047]
递推公式就得到，
[0048][0049][0050]
以及
[0051][0052][0053]
对于这种无限次反射的情况，求解该几何系统可得，
[0054][0055][0056]
设m作为路面和墙反射的总和，
[0057]
[0058][0059]
其中，
[0060][0061][0062]
每个表面类型吸收的总太阳辐射为：
[0063][0064][0065][0066]
可选的，所述人为产热具体包括：
[0067]
当前街谷内的人为热通量qf＝q
fv
q
fh
q
fm
；
[0068]
其中，q
fv
、q
fh
和q
fm
分别为车辆、固定热源和生物代谢产生的热量。
[0069]
可选的，所述显热通量qh包括：
[0070]qh,r,ww,we
＝ρc
pch1ucan
(t
r,ww,we-t
can
)
[0071]qh,r
＝ρc
pch2utop
(t
r-t
air
)
[0072]qh,can
＝ρc
pch2uair
(t
can-t
air
)
[0073]
其中，r、ww、we和r分别指路面、西墙、东墙和屋顶；ρ为空气密度；c
p
为恒定压力下的比热；t
can
为街谷中心(w/2，h/2)的温度；u
can
和u
top
为街谷中心(w/2，h/2)的风速和街谷上方的风速；
[0074]uair
和t
air
为湍流模型参考高度的输入风速和温度，c
h1
和c
h2
为无量纲化的速度传递系数；两者的区别仅在于参考层的高度和粗糙度取值；采用相同的零平面层和粗糙度，两者值相等，采用如下方式计算，
[0075][0076]
其中，k为von karman常数，u
*
为参考层的摩擦速度，ψh为通用积分函数，
[0077][0078]
其中，ζ'＝(z
a-d)/l；ζ
t
＝z
t
/l，z
t
为热流的粗糙度长度；l为obukhov稳定性长度，
[0079][0080]
其中，t为该层的平均温度，ha是街谷与大气之间的空气通量，l为一个隐式函数，通过简化迭代的方式求解，在忽略城市冠层空气的比热时，ha为街谷内墙壁通量和道路通量的加权平均，即有，
[0081]
ha＝2(h/w)qw qr[0082]
在masson提出的teb模型中，c
h*u*
为空气动力学阻力的倒数，即1/res
*
，通过对街谷内和顶部的风速情况来确定；
[0083]
若不考虑绿地等植物覆盖的表面，平均街谷显热热流采用屋顶、墙壁与路面的面积加权平均值，
[0084][0085]
可选的，所述潜热通量qe包括：
[0086]
在建筑屋顶与大气直接的潜热热流
[0087]qe,r
＝l
vbr
ρc
h2utop
(q
r-q
air
)
[0088]
其中，lv是蒸发潜热，br是屋顶的湿度参数，0～1之间，0为完全干，1为完全湿，b的值取决于表面的植物和水体情况，qr为屋顶表面湿度；q
air
为参考高度处的湿度，
[0089]
路面和墙面与街谷内的空气采用相似定律来计算潜热热流
[0090]qe,r
＝l
vbr
ρc
h1ucan
(q
r-q
can
)
[0091]qe,w
＝0
[0092]
街谷内部与顶部大气之间的潜热热流
[0093]qe,can
＝lvρc
h2uair
(q
can-q
air
)。
[0094]
可选的，所述净储热通量δqs包括：
[0095]
由于建筑或路面内部存在温度梯度，所以在假设屋顶、墙面和路面结构时都至少假定为3层结构，对最外部的一层结构来说，三种平面的传热方程写为，
[0096][0097][0098][0099]
其中，t
*i
为第i层的温度；c
*i
为比热容；d
*i
为层厚度，通量h
*
、le
*
、g
*1-2
为净太阳辐射、净红外辐射、感热、潜热和表面层与下面一层的导热量，导热量的计算公式采用傅里叶导热方程，
[0100][0101]
相邻两层之间的平均导热率采用几何平均方法：
[0102][0103]
其中，λ
*i
为第i层的热导率；
[0104]
对于表面的内部第一层，假设为非常薄的表面，把第一层的温度简化为外部的表面温度；对内部的其他的第i层，计算相邻层之间的导热量，对最内部的一层，如第n层，屋顶和墙壁表面可采用建筑的内部温度，而路面则可采用0通量；
[0105][0106]
[0107]grn-n 1
＝0
[0108]
假设建筑内部温度与外部街谷温度处于准稳态平衡状态，那么，若假设在热带海岛气候下，空调或自然通风下建筑内部的温度t
in
基本恒定不变，将建筑内部中心的平均温度，
[0109][0110]
其中，b为建筑物的平均宽度。
[0111]
可选的，所述风速包括：
[0112]
在街谷内，风速分解为沿着墙壁的垂直速度w
can
，沿街道长度方向的水平速度u
can
；忽略沿街道宽度方向的水平速度；
[0113]
根据观测，在接近街谷顶部的部分，不论街谷上方的空气稳定性及风向如何，垂直风速的标准方差σw等于摩擦速度u
*
；
[0114]
接近屋顶的部分σw/u
*
为1.15，与观测结果是同一个数量级，对惯性边界层来说，u
*
的偏差不超过10％，所以，对任意的街谷高宽比，垂直速度都假定为，
[0115][0116]
其中，u
air
是大气模型第一层的风速，cd是曳力系数，通过街谷内及上方的温度/湿度、粗糙度z0、及稳定性效应来计算获得；
[0117]
街谷顶部的水平风速是通过log近似曲线来获得的，log曲线的处理范围是从屋顶下部h/3处开始到大气模型的第一层高度，当考虑到所有的街谷朝向，作360o的积分处理，那么街谷顶部的速度是，
[0118][0119]
其中，δz是屋顶到大气模型第一层的高度；
[0120]
水平风速u
can
是根据在街谷1/2高度处的风速确定的；
[0121]
为了计算u
can
，需要假设一个合理的u
can
在垂直方向的变化规律；
[0122]
根据风速的连续性假设，u
can
在垂直方向的变化曲线具有如下形式，
[0123]ucan
＝u
top
exp(-n/2)
[0124]
其中，n的取值稍有差别；
[0125]
根据街谷的高宽比(h/w＝1～4)，u
can
的值变化范围是0.75u
top[248]
～0.4u
top
；
[0126]
n＝0.5(h/w)，街谷内的水平风速为，
[0127][0128]
简化街谷内路面和墙壁的空气动力学粗糙度计算，认为两者相等，且与街谷内外的稳定性无关，
[0129]
[0130]
其中，参数resw和resr，为c
pch1
和c
pch2
的倒数，用于计算显热和潜热热流。
[0131]
可选的，所述净对流热通量为：
[0132]
在准稳态条件下，街谷顶部沿街谷长度方向，沿街谷长度方向为x轴方向的风速流动已经达到稳定；若不考虑街道内部人和车辆走动的影响，在x方向上采用质量守恒和动量守恒定律，从而得到空气在街谷内部的水平运动情况；
[0133]
如果街谷内的空气密度和水平速度参数都按照准稳态变量处理，那么在入口速度和出口速度满足出流条件的情况下，在x方向上，质量守恒和动量守恒定律按照一维流动方程写为：
[0134][0135]
其中，ρ是空气密度；是在x方向的平均速度；是进入或离开控制体的空气比体积质量流量,所述比体积为进出控制体的空气质量流量与控制体的体积之比；p为街谷横截面的平均压力；τw为墙壁表面和街道表面对空气流动的平均摩擦应力；和分别为街谷的入口和出口空气平均流速；x0为街谷的入口位置，街谷入口的流速通过仪器测量获得；
[0136]
从区域规模的角度，街道通常都是连接起来，形成一个街道网络；城市热岛现象的水平通量可通过研究道路网来代替仅仅一条条独立存在的街道所形成的街谷；在计算十字路口的水平通量时，采用计算流体网络时的基尔霍夫原理；根据街道网络的拓扑结构和平面图论，可将街道网络用相应的邻接矩阵表示，求解每个支路的水平空气流量；
[0137]
对于一个十字路口的场景，设街道m出口的水平通量为q
m,out
，街道j出口的水平通量为q
j,out
；街道i入口的水平通量为q
i,out
，街道n入口的水平通量为q
n,out
；那么，根据能量守恒定律，在节点处的水平通量为，最后根据能量守恒定律，在节点处的水平通量为：
[0138][0139]
其中，是各街谷的空气体积流量；q
mix
是混合后的水平通量；
[0140]
混合后的水平通量q
mix
为节点处流入街谷n和i的入口的水平通量，
[0141][0142]
本发明提供的热带海岛城市冠层模型，考虑了热带城市强烈的太阳辐射和高温高湿度气候特点和海岛城市受到常年季风的影响，在城市冠层模型的基础上改进了处理长波辐射通量、短波辐射通量、显热和潜热通量、街谷风速、热存储通量、人为热通量及水平热通量的方法，对于研究热带海岛型城市热岛效应的适配性更高。
[0143]
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够
更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
[0144]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0145]
图1为本发明实施例提供的街谷冠层模型横截面图；
[0146]
图2为本发明实施例提供的沿街道长度方向的空气流动分析图；
[0147]
图3为本发明实施例提供的街谷网络在节点处的水平通量。
具体实施方式
[0148]
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0149]
本发明的说明书实施例和权利要求书及附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元。
[0150]
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0151]
热带海岛城市冠层模型的主要假设条件；
[0152]
道路与其两边的建筑物相对面构成的空间称为街谷。
[0153]
道路的长度远大于其宽度。街道的高宽比(aspect ratio)随道路的实际情况而改变。
[0154]
道路的方向与太阳照射的夹角是任意的。
[0155]
道路两边的建筑物的高度和宽度相同，屋顶高度为大气模型的表面层高度。
[0156]
街谷内的空气流动和能量交换变化缓慢，以小时为时间分辨率，热岛效应的热力和动力过程可视为准稳态过程。
[0157]
忽略城市热岛对外部大气效应影响的反馈。
[0158]
采用2层模型来描述路面，墙壁和屋顶的热传导。
[0159]
如图1所示，一种基于热带海岛气候特征的城市冠层模型建立方法，所述建立方法包括：
[0160]
将相邻区域联系在一起，区域内的有限长度的多个街道及相互影响；
[0161]
街道内的能量平衡方程如下：
[0162]q*s
q
f,s
＝q
h,s
q
e,s
δq
s,s
δq
a,s
[0163]
其中，q
*
为净辐射热通量，w/m2；qf为人为产热，w/m2；qh为显热通量，w/m2；qe为潜热通量，w/m2；δqs为净储热通量，w/m2；δqa为净对流热通量，w/m2；s为街道；
[0164]
净辐射热通量q
*
＝长波辐射 短波辐射。
[0165]
长波辐射包括：
[0166]
路面的长波净辐射
[0167][0168]
墙面的长波净辐射
[0169][0170]
其中，l
↓
为太阳辐射量，∈r、∈w为路面和墙壁的发射率，对路面来说，若ψr为路面对天空的视角系数，则(1-ψr)为路面对两边墙壁的视角系数；墙壁对天空视角系数为ψw，对路面的视角系数为ψw，则对对面墙的视角系数为(1-2ψw)，对屋顶来说，天空视角为1.0；
[0171]
采用平面角度计算天空视角系数，路面w/2位置的天空视角系数为
[0172][0173][0174]
墙壁与路面相交位置的天空视角系数为其中h表示街谷的高度，w表示街谷的宽度。
[0175]
短波辐射包括：
[0176]
根据街道与太阳方向的垂直角度计算路面、西墙、东墙和屋顶的平均太阳直接辐射通量是：
[0177][0178][0179][0180]
[0181]
其中，为水平表面可获得的直接太阳辐射，θ为太阳角度与峡谷轴向的夹角，λ为太阳高度方向夹角，χ为直射辐射与街谷顶部总辐射的比例,h为街谷的高度，w为街谷的宽度；
[0182]
根据所述街谷的朝向变化，将所述街谷的宽度w修正为w/sinθ；在得到墙体热通量后，需要再乘上sinθ来修正，θ0为路面完全没有得到阳光直射的街道峡谷的朝向
[0183][0184]
根据街谷方向的所有可能朝向变化，对所有街谷得到的直射辐射通量进行平均；采用两个积分，一个是在θ＝0和θ＝θ0之间，还有一个是在和θ＝θ0和之间；
[0185]
墙体，路面和屋顶的直射太阳平均通量为：
[0186][0187][0188][0189]s↓
为水平表面可获得的散射太阳辐射，街谷内表面接受到的散射太阳辐射量由天空视角系数直接得到，由于受到街谷的形状和高反照率的建筑表面材料的影响，短波辐射收支计算是求解一个具有无限多个反射面的几何系统，这些反射过程假设为等熵过程；
[0190]
当每个表面的直射和散射反照率都是一样的，当第一次反射发生时，路面和墙所存储的能量为：
[0191][0192][0193]
其中αr、αw分别表示路面和墙壁的反射率；
[0194]
反射部分的能量rr和rw是:
[0195][0196][0197]
在发生n次反射之后，
[0198]ar
(n 1)＝ar(n) (1-αr)(1-ψr)rw(n)
[0199]aw
(n 1)＝aw(n) (1-αr)ψ
wrr
(n) (1-αw)(1-2ψw)rw(n)
[0200]rr
(n 1)＝αr(1-ψr)rw(n)
[0201]rw
(n 1)＝αwψ
wrr
(n) αw(1-2ψw)rw(n)
[0202]
递推公式就得到，
[0203]
[0204][0205]
以及
[0206][0207][0208]
对于这种无限次反射的情况，求解该几何系统可得，
[0209][0210][0211]
设m作为路面和墙反射的总和，
[0212][0213][0214]
其中，
[0215][0216][0217]
每个表面类型吸收的总太阳辐射为：
[0218][0219][0220][0221]
人为产热具体包括：
[0222]
当前街谷内的人为热通量qf＝q
fv
q
fh
q
fm
；
[0223]
其中，q
fv
、q
fh
和q
fm
分别为车辆、固定热源和生物代谢产生的热量。
[0224]
显热通量qh包括：
[0225]qh,r,ww,we
＝ρc
pch1ucan
(t
r,ww,we-t
can
)
[0226]qh,r
＝ρc
pch2utop
(t
r-t
air
)
[0227]qh,can
＝ρc
pch2uair
(t
can-t
air
)
[0228]
其中，r、ww、we和r分别指路面、西墙、东墙和屋顶；ρ为空气密度；c
p
为恒定压力下的比热；t
can
为街谷中心(w/2，h/2)的温度；u
can
和u
top
为街谷中心(w/2，h/2)的风速和街谷上方的风速；
[0229]uair
和t
air
为湍流模型参考高度的输入风速和温度，c
h1
和c
h2
为无量纲化的速度传递系数；两者的区别仅在于参考层的高度和粗糙度取值；采用相同的零平面层和粗糙度，两
者值相等，采用如下方式计算，
[0230][0231]
其中，k为von karman常数，u
*
为参考层的摩擦速度，ψh为通用积分函数，
[0232][0233]
其中，ζ'＝(z
a-d)/l；ζ
t
＝z
t
/l，z
t
为热流的粗糙度长度；l为obukhov稳定性长度，
[0234][0235]
其中，t为该层的平均温度，ha是街谷与大气之间的空气通量，l为一个隐式函数，通过简化迭代的方式求解，在忽略城市冠层空气的比热时，ha为街谷内墙壁通量和道路通量的加权平均，即有，
[0236]
ha＝2(h/w)qw qr[0237]
在masson提出的teb模型中，c
h*u*
为空气动力学阻力的倒数，即1/res
*
，通过对街谷内和顶部的风速情况来确定；
[0238]
若不考虑绿地等植物覆盖的表面，平均街谷显热热流采用屋顶、墙壁与路面的面积加权平均值，
[0239][0240]
可选的，所述潜热通量qe包括：
[0241]
在建筑屋顶与大气直接的潜热热流
[0242]qe,r
＝l
vbr
ρc
h2utop
(q
r-q
air
)
[0243]
其中，lv是蒸发潜热，br是屋顶的湿度参数，0～1之间，0为完全干，1为完全湿，b的值取决于表面的植物和水体情况，qr为屋顶表面湿度；q
air
为参考高度处的湿度，
[0244]
路面和墙面与街谷内的空气采用相似定律来计算潜热热流
[0245]qe,r
＝l
vbr
ρc
h1ucan
(q
r-q
can
)
[0246]qe,w
＝0
[0247]
街谷内部与顶部大气之间的潜热热流
[0248]qe,can
＝lvρc
h2uair
(q
can-q
air
)。
[0249]
净储热通量δqs包括：
[0250]
由于建筑或路面内部存在温度梯度，所以在假设屋顶、墙面和路面结构时都至少假定为3层结构，对最外部的一层结构来说，三种平面的传热方程写为，
[0251][0252][0253][0254]
其中，t
*i
为第i层的温度；c
*i
为比热容；d
*i
为层厚度，通量h
*
、le
*
、g
*1-2
为
净太阳辐射、净红外辐射、感热、潜热和表面层与下面一层的导热量，导热量的计算公式采用傅里叶导热方程，
[0255][0256]
相邻两层之间的平均导热率采用几何平均方法：
[0257][0258]
其中，λ
*i
为第i层的热导率；
[0259]
对于表面的内部第一层，假设为非常薄的表面，把第一层的温度简化为外部的表面温度；对内部的其他的第i层，计算相邻层之间的导热量，对最内部的一层，如第n层，屋顶和墙壁表面可采用建筑的内部温度，而路面则可采用0通量；
[0260][0261][0262]grn-n 1
＝0
[0263]
假设建筑内部温度与外部街谷温度处于准稳态平衡状态，那么，若假设在热带海岛气候下，空调或自然通风下建筑内部的温度t
in
基本恒定不变，将建筑内部中心的平均温度，
[0264][0265]
其中，b为建筑物的平均宽度。
[0266]
将建筑内部温度简化的好处是无需假设一个存在于建筑内部源项，由于空间加热或冷却系统带来的；而且，建筑内部的加热或冷却系统很难估计其功耗。这样，建筑内部的热通量存储都可统一采用温度边界条件处理。
[0267]
风速包括：如图2所示，在街谷内，风速分解为沿着墙壁的垂直速度w
can
，沿街道长度方向的水平速度u
can
；忽略沿街道宽度方向的水平速度；
[0268]
根据观测，在接近街谷顶部的部分，不论街谷上方的空气稳定性及风向如何，垂直风速的标准方差σw等于摩擦速度u
*
；
[0269]
接近屋顶的部分σw/u
*
为1.15，与观测结果是同一个数量级，对惯性边界层来说，u
*
的偏差不超过10％，所以，对任意的街谷高宽比，垂直速度都假定为，
[0270][0271]
其中，u
air
是大气模型第一层的风速，cd是曳力系数，通过街谷内及上方的温度/湿度、粗糙度z0、及稳定性效应来计算获得；
[0272]
街谷顶部的水平风速是通过log近似曲线来获得的，log曲线的处理范围是从屋顶下部h/3处开始到大气模型的第一层高度，当考虑到所有的街谷朝向，作360
°
的积分处理，那么街谷顶部的速度是，
[0273][0274]
其中，δz是屋顶到大气模型第一层的高度；
[0275]
水平风速u
can
是根据在街谷1/2高度处的风速确定的；
[0276]
为了计算u
can
，需要假设一个合理的u
can
在垂直方向的变化规律；
[0277]
根据风速的连续性假设，u
can
在垂直方向的变化曲线具有如下形式，
[0278]ucan
＝u
top
exp(-n/2)
[0279]
其中，n的取值稍有差别；
[0280]
根据街谷的高宽比(h/w＝1～4)，u
can
的值变化范围是0.75u
top[248]
～0.4u
top
；n＝0.5(h/w)，街谷内的水平风速为，
[0281][0282]
简化街谷内路面和墙壁的空气动力学粗糙度计算，认为两者相等，且与街谷内外的稳定性无关，
[0283][0284]
其中，参数resw和resr，为c
pch1
和c
pch2
的倒数，用于计算显热和潜热热流。
[0285]
净对流热通量为：
[0286]
在准稳态条件下，街谷顶部沿街谷长度方向，沿街谷长度方向为x轴方向的风速流动已经达到稳定；若不考虑街道内部人和车辆走动的影响，在x方向上采用质量守恒和动量守恒定律，从而得到空气在街谷内部的水平运动情况；
[0287]
如果街谷内的空气密度和水平速度参数都按照准稳态变量处理，那么在入口速度和出口速度满足出流条件的情况下，在x方向上，质量守恒和动量守恒定律按照一维流动方程写为：
[0288][0289]
其中，ρ是空气密度；是在x方向的平均速度；是进入或离开控制体的空气比体积质量流量,所述比体积为进出控制体的空气质量流量与控制体的体积之比；p为街谷横截面的平均压力；τw为墙壁表面和街道表面对空气流动的平均摩擦应力；和分别为街谷的入口和出口空气平均流速；x0为街谷的入口位置，街谷入口的流速通过仪器测量获得；
[0290]
从区域规模的角度，街道通常都是连接起来，形成一个街道网络；城市热岛现象的
水平通量可通过研究道路网来代替仅仅一条条独立存在的街道所形成的街谷；在计算十字路口的水平通量时，采用计算流体网络时的基尔霍夫原理；根据街道网络的拓扑结构和平面图论，可将街道网络用相应的邻接矩阵表示，求解每个支路的水平空气流量；
[0291]
如图3所示，对于一个十字路口的场景，设街道m出口的水平通量为q
m,out
，街道j出口的水平通量为q
j,out
；街道i入口的水平通量为q
i,out
，街道n入口的水平通量为q
n,out
；那么，根据能量守恒定律，在节点处的水平通量为，最后根据能量守恒定律，在节点处的水平通量为：
[0292][0293]
其中，是各街谷的空气体积流量；q
mix
是混合后的水平通量；
[0294]
混合后的水平通量q
mix
为节点处流入街谷n和i的入口的水平通量，
[0295][0296]
有益效果：
[0297]
随着城市不断高速发展，城市热岛效应日益严重。缓解城市热岛，有助于抑制传染病传播、减少温室气体排放、降低建筑能耗。为了研究热岛效应，需用城市冠层模型给区域建模，提高模型适配性是提高模型对热岛效应研究精确性的基础。
[0298]
此处提出的新模型热带海岛城市冠层模型考虑了水平对流通量对热岛效应的影响，这弥补了经典的城市冠层模型对“热带海岛”城市的热岛效应研究的不足，对于“热带海岛”城市具有更高的适配性。另外，新模型基于有限长度的街谷进行建模，构造了一种三维空间的城市冠层模型，这种改进可大幅提高街谷内水平热通量的计算精度。
[0299]
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。