晋江市城市风场分析

论文总字数：17589字

目 录

1 绪论 5

1.1 基本概念 5

1.2 国内外研究现状 5

1.3 研究意义 6

1.4 研究内容 7

2 研究区域与数据概况 7

2.1 研究区域概况 7

2.2 数据概况 8

3 风场分析方法 9

3.1 技术流程图 9

3.2 数据质量控制 10

3.2.1 一级剔除：缺测数据 10

3.2.2 二级剔除：异常数据 10

3.2.3 三级剔除 10

3.3 风矢量分解 11

3.4 确定主导风向方位 11

4 静风分析与主导风分析 13

4.1 静风分析 13

4.2 主导风分析 14

4.2.1 主导风随时间变化规律 14

4.2.2 主导风随空间变化规律 16

4.3 风速分析 18

5 结论与展望 19

5.1 主要结论 19

5.2 展望 20

参考文献 20

致谢 22

晋江市城市风场分析

陈晛

，China

Abstract:This paper, on the basis of previous studies, using 2010-2014 wind data of the weather stations in Fujian Province Jinjiang City and its surrounding automatic weather stations as the research object, through the SQL Server database and ArcGIS software ,analyse preliminarily the wind field characteristics in Jinjiang City by the wind vector decomposition, dominant wind analysis and analysis of static wind etc.,which has an important influence on the urban planning, environmental protection, weather forecasts and other aspects.It can get some table data and map data about dominant wind by the a series of methods in the graduation , the results showed that: the rate of static wind is low, and wind speed in north is slow; the highest frequency of dominant wind direction is the northeast wind which appears about 41%, the frequency of the other direction is average in 20%; The area is a typical monsoon climate region,and the dominant wind direction changes with the time showing "spring,autumn,winter is north east wind and summer is south west wind" ; the distribution of the dominant wind direction in space is complex, and there will be great differences of the dominant wind direction in two closer weather stations.The wind speed is higher in winter and autumn, and the higher frequency of strong wind is in autumn and winter.

Key words: urban wind field; Jinjiang city; dominant wind

1 绪论

1.1 基本概念

风是最重要的气象因素之一，它是一个矢量，由风向和风速组成，可以对人们生活的方方面面产生重要影响。风场，即风环境或风气候环境，是评价一个区域环境的专业术语，指评价范围内的风速、风向等因子构成的不一致的天气系统。风环境好坏受到当地气候条件的限制，更为地表地理特征或土地利用不一致的情况所左右，从而形成局地风场或局地环流，如海边、山谷、城市等地带会形成海陆风、山谷风、城市热岛环流等。分析大气风场对天气预报和监测、环境保护、城市规划、风资源利用等方面有着重要作用。

城市气候^[1]这个大概念涵盖了风、温度、湿度、降雨等因子，其中风和温度这两个因子是最重要的内容。城市气候是一种独特的局地气候^[2]，它的形成与城市发展密切相关，并带有自己典型的气候特征。城市风场是中尺度环流的重要组成部分，能够有力影响甚至是控制当地的局地气候，有时甚至可以影响或控制大尺度气候^[3]。城市风场也有着好与坏的对立面，不好的城市风场给社会造成了经济与生命的双重伤害。根据全世界范围内的新闻报道可以得知，恶劣的风场环境所造成的损失是所有灾害里最大的^[4]。例如，1999年，在全球范围内全年因自然灾害所造成的并且被保险公司理赔的经济损失中，风灾造成的损失约占70%^[5]。在我国，风灾也会导致数以万计的建筑物被破坏损毁，直接经济损失能够达到百亿元^[6]。因此，加强对城市风场的分析，有助于建设城市通风廊道，改善城市热岛，建立“宜居城市”。城市风场环境质量的提高，对于提高整个城市环境水平，促进城市现代化与可持续发展都具有非常现实的意义^[7]。

1.2 国内外研究现状

对于城市风场的研究是个既可以追溯到公元前又是一个在近现代得到长足发展的课题。到现在为止，对于城市风场的研究还没有形成一个完整的规范体系，许多学者在这个课题上投入了大量心血，使得对于这个领域的研究得到长足发展。

Georgakis.C等^[9]通过实地测试的方法获取了街谷内风速等基础数据，分析了风速沿街谷垂直和水平方向上的变化趋势。Niachou K^[10]、Georgakis C^[11,12]等通过实地测试对城市街谷的通风能力进行了一系列的研究。Duijm N J[^13]通过建立风洞实验模型，结合风速、风向等因子的空间分布，对污染物的空间分布与城市风环境的关系展开了研究。Mfula A M等^[14]对城市中的大型建筑群使用了风洞实验模型，从而得出其表面的风速与污染物空间分布情况的关系。Kazuya T^[15]等使用CFD建立了模拟模型，从而准确的拟合了城市风环境。Rajagopalan P^[16]通过建立微气候CFD模型发现了高大建筑物与街谷风速的关系。陈炯^[17]通过建立WRF⁄UBP 模型，与MYJ方案以及UBP方案下的北京风环境进行了数值模拟对比分析。Huang H^[18]通过耦合辐射以及热传导的三维CFD分析的方法，得到在建筑密度大的城市区域中风速较小的结论。Li K^[19]通过结合CFD技术与RS技术，对局域气候为夏热冬冷的城市进行风环境分析，CFD技术可以弥补RS技术在空气动态流动分析领域的缺点，同时RS技术也能够优化CFD模拟技术中的参数问题。Chen H^[20]通过辐射、传热以及非稳态对流的耦合数值模拟的方法对深圳市建筑外环境进行了一系列的研究，得出SET*可以用来评价建筑外环境。Li Q^[21]通过CFD技术的相关软件对建筑外风场进行了数值模拟。李鹍^[22]等通过CFD技术对实例进行的模拟，表明了想要提高城市的通风能力可以多在城市中建立各式各样的适宜的通风廊道。

东京市政府在环境影响评估条例中规定，在实施所有大型的城市建筑项目前必须对该项目实施的地区进行风场环境的研究。在澳大利亚的悉尼市也有类似的规定，所有高于45米的建筑项目均要提交城市风场的分析报告^[23]。香港特区政府也颁布了《香港规划标准与准则》，其中指出，在香港进行大型项目的早期阶段，均须对空气流通状况进行评估并且公布于众^[24]。从以上这些国内外城市的例子中可以看出国际上许多发达的国家和地区对于城市风场环境的重视程度，也能从侧面反映出对于风场环境的研究在城市发展中的重要性。

现如今许多国家和地区为了能够更好的规划城市发展以及提高人们的生活环境质量，开始了对城市气候图的研究及制作，而城市风环境分布图就是城市气候图的重要组成部分，研究制作城市风环境分布图的主要目的是更为直观的体现风速、风向分的布以及主要的通风廊道，以利于更好地建设城市。德国是世界上第一个开始制定城市气候图的国家，也是在绘制城市气候图这个领域的领先者。而后，日本也在2002 年制定出了首批城市气候图。截止到现在，瑞典、英国、巴西、新加坡等国家和地区都在此领域展开了相关工作。我国对于城市风场环境的研究工作开展的比较晚，香港处于国内在城市风场环境的研究中的领先地位。香港中文大学的吴恩融教授一直致力于研究城市风场环境以及相关的评估标准，并且取得了初步的研究成果。内地的专家学者对于城市风场环境的研究也越来越重视，2011年，在国家自然基金的赞助下，中南大学的邓启红教授开始研究城市风场环境以及它对改善城市热岛等方面的影响。

1.3 研究意义

在当今世界，生活舒适度与可持续发展成为人们关注的重点，人们通过研究城市风环境建设耗能低的生态城市以及宜居城市来提高自身的居住环境质量。随着人们对城市环境越来越关注，城市风环境作为城市气候的重要组成部分也随之引起重视。只有通过科学的研究与分析城市风环境，城市风场才能在人们的生活中扮演一个良好的角色。

城市风环境与当地的地形紧密相关，为了减少通风不畅、城市热岛效应等现象对城市风环境的影响，应当充分考虑城市风环境的各种复杂的影响。运用SQL server数据库与ArcGIS软件相结合的方法研究城市风场对于人们生活各方面的影响，可以更好地规划城市发展，创建生态宜居城市。

1.4 研究内容

本文参考了国内外数十位专家学者对于城市风场的研究方法与结果，以福建省晋江市及其周边地区为研究对象，以风场资料的处理和对于城市风场的分析为主要的研究内容，以能够更好的规划建设该城市并且提高居民的生活质量为研究目标，展开本文的研究。研究工作主要分为以下五个部分：

首先，论文使用SQL server 2008软件中的结构化查询语言，以福建省晋江市及其周边自动气象站点2010-2014年的数据为对象，确定影响研究样区内风场的两个评价因素“风速”和“温度”，通过一系列评价指标进行数据质量控制。

其次，使用SQL server 2008数据库软件对已经进行过质量控制的数据进行下一步处理分析。通过SQL程序语言对风数据进行矢量分解，通过计算得到系统风、局地风以及实测风。然后也是该数据库通过公式计算出临界风向频率，并确定风向方位，并将结果保存为Excel表格。

然后，依然使用SQL server 2008数据库将经过处理的数据以季节为基本单位，提取出静风出现的次数以及频率，并将结果保存为Excel表格。

再然后，使用SQL server 2008数据库对风速数据以季节变化为基本单位进行风速频数分类和平均风速处理，并将结果保存为Excel表格。

最后，应用ArcGIS和Excel软件对已经经过处理分析步骤的数据进行整理出图，分析2010-2014年逐年逐月的主导风向及其时空变化规律，并且还分析了静风的时空变化规律和风速的时间变化规律，以便于更直观的掌握晋江市及其周边地区的风场特征情况。

2 研究区域与数据概况

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