张瑞华

摘 要：本文根据观测资料，应用ENVI-met模拟软件对不同天气状况下的不同下垫面温湿度状况进行了模拟，对比分析了他们之间的差异，结果表明：两种天气状况下的模拟结果和观测比较吻合，多云天气比晴天温度低、湿度大，ENVI-met软件可以合理模拟微尺度环境。

关键词：热环境;ENVI-met;下垫面

中图分类号：TU119;X16 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）17-0156-03

Abstract： This paper simulated the temperature and humidity of different underlayers under different weather conditions according to the observation data， and compared the differences between them. The results show that the simulation results in the two weather conditions coincide with the observation， the cloudy day's temperature is lower than the sunny day， the humidity is large， ENVI-met software can simulate the micro-scale environment reasonably.

Keywords： thermal environment;ENVI-met;underlying surface

在進行城市建设或绿地规划时，如何科学评估、控制或改善城市热环境的影响，需要一个有效的定量工具或方法，ENVI-met模拟软件从1988研发出来至今，在热环境研究方面已经取得一定进展。如Pompeii II[1]研究绿色屋顶对城市热环境的影响，得到绿色屋顶可使室内外温度分别降低1.77℃和0.24℃;薛思寒[2]通过ENVI-met软件模拟证明水体对微气候有调节作用;杨小山[3]等模拟城市风环境，将ENVI-met与MISKAM模型对比，证实其合理。本研究尝试在这方面进行探索，采用ENVI-met软件模拟和实地观测结合方法，进行多次参数校正后，得到与实际观测较接近的数据。建立不同天气状况方案，对比分析数据，探讨该软件模拟的精确度，为城市规划设计和优化配置提供参考意见。

1 试验观测与方法

1.1 试验设计

1.1.1 测点布置。本研究选取南京信息工程大学东苑校区为观测区域，研究面积大小确定为350m×200m，该区域包括草地、沥青路面、水泥地、水体、砖石路面等多种下垫面，在区域内选取8个代表性的测点，主要分布在西南方向，如图1所示。

进行如下对比：①遮荫的建筑阴面（测点1）和无遮荫建筑阴面（测点3）;②遮荫条件下的建筑阴面（测点3）和阳面（测点4）;③草地包括树木间（测点5）、半包围式（测点6）和开放式（测点和7）3种情况;④沥青（测点8）及水泥路面（测点2）与植被覆盖路面（其他测点）。

1.1.2 观测项目。观测时段是2017年4月1日18：00—4月4日18：00，其中，4月2日和3日是典型的晴天，4号是多云天气。采用HOBOU-23-002温湿度仪、HOBO-U23-003温湿度仪和HOBO-U2自动气象站，数据采集频率为10s，传感器会自动记录每10min的平均值，连续观测3天。

1.2 ENVI-met模型及其模拟运行方案

1.2.1 数值模拟软件简介。ENVI-met是由Michael Bruse和Heribert Fleer在1988年开发的一种三维微气候模拟软件[4]，软件基于流体力学和热力学及城市气象学等相关理论知识建立，主要用来模拟室外风环境、城市热岛效应、植物与周边环境的热量和水汽交换以及微粒扩散等，是模拟城市微尺度环境中实物表面-植物-空气之间相互作用的城市微气候模拟软件[5]。

1.2.2 模拟方案。根据研究区的面积，确定建模区域的网格大小为90×70×36，网格分辨率为4m×3m×1m，南京的地理位置为北纬32°37″，东经118°22″，时区为China Standard Time/GMT+8，利用CAD软件生成的.BMP格式作为底图，结合实地调查，了解研究区域的下垫面和植被高低情况，建立研究区模型。建立模型时，先按照底图建立建筑物模型，然后建立不同高度的植被模型，最后构建下垫面模型。建模时对建筑物进行简化，但是要保证整体格局和指标与实际一致。在编程时输入主要参数（见表1和表2），进行检查运行，最后在LEONARDO查看数据对比分析并画图。

2 结果与分析

选取晴天和多云天气两种天气状况下14：00的模拟结果，从1.5m高空气温度和相对湿度两个气象参数以及1.5m高的PMV/PPD色阶图像进行分析与评估，总结南京信息工程大学东苑14：00时刻不同下垫面的微气候情况。

2.1 1.5m高度的空气温度模拟结果水平分布特征

14：00空气温度实际观测结果的高低顺序为沥青>水泥>开放式草地>半包围草地>遮荫的建筑阳面>树木间草地>建筑阴面>遮荫的建筑阴面。从图2给出的晴天和多云天气下模拟14：00时1.5m高空气温度的水平分布图来看，温度分布和实际观测结果比较吻合，而且可以明显看到两种天气状况下空气温度的差别。晴天和多云天气在1.5 m高空气温度最低值都为19.85℃，但是最大值分别为25.89℃和24.15℃，晴天比多云天气的最高空气温度高1.74℃。同时该时刻下垫面对1.5m高空气温度的空间分布影响很大，两种情况下沥青路面的温度都是所有下垫面中温度最高的，晴天温度整体高，西南建筑间的水泥路面温度比多云天气下温差明显，而多云天气温度整体偏低。主要因为晴天地面接受太阳直接辐射多，地面温度升高，空气温度也随之升高，而多云天气部分太阳辐射被遮挡，到达地面的辐射少，空气温度相对较低。

2.2 1.5m高相对湿度模拟结果水平分布特征

14：00相对湿度实际观测结果的高低顺序为遮荫建筑阴面>遮荫建筑阳面>建筑阴面>树木间草地>半包围草地>开放式草地>水泥>沥青。从图3给出的晴朗和多云天气下14：00时1.5m高相对湿度的模拟结果水平分布图来看，相对湿度模拟结果和观测结果比较吻合。晴朗天气相对湿度的大小区间为30.14%～47.70%，多云天气相对湿度最小为42.37%，最大为63.19%，晴天和阴天的最低值与最高值的差别分别是17.56%和20.82%，多云天气相对湿度整体比晴朗天气相对湿度高。结合温度分布图可以明显看出，沥青路面和水泥地这种硬体表面没有植被覆盖，温度高，水分蒸发快，尤其篮球场的开阔地形有利水汽输送，所以湿度最低，而且晴空天气下湿度更低。树木和草地区域太阳辐射被遮挡，温度低，湿度高。多云天气下水体湿度更大。

3 结论与讨论

通过观测试验和模型模拟对比分析发现：观测和模拟结果得到一致结论，即空气温度高低顺序依次为沥青>水泥地>草地>树木。相对湿度的高低顺序依次为树木>草地>水泥>沥青，湿度之间最大差值为10%左右。树木和草地有降低温度增加湿度的作用，树木间的草地比半包围的和开放式草地湿度大，温度低。有树木遮荫的建筑物阴面比没有树木遮挡的建筑阴面温度低，湿度高。不同天气状况下，晴天沥青路面比多云天气温度高、湿度低，符合高温低湿的规律。树木的降温作用在晴天下更加明显，尤其是遮荫的建筑阴面平均温度最低，草地在两种天气下降温作用差别不大，ENVI-met软件模拟结果和觀测比较吻合，可以较准确地模拟出不同下垫面的差别以及不同天气状况下的温湿度差别，可为城市合理规划设计提供参考意见。

参考文献：

[1] Pompeii II W C. Assessing Urban Heat Island MitigationU Sing Green Roofs： A Hard Scale Modeling Approach [M] Shippensburg： Shippensburg University，2010.

[2]薛思寒，王琨，肖毅强.传统岭南庭园水体周边热环境模拟研究：以余荫山房为例[J].风景园林，2014（6）50-53.

[3]杨小山，赵立华.城市风环境模拟：ENVI-met与MISKAM模型对比[J].环境科学与技术，2016（8）16-21.

[4]马舰，陈丹.城市微气候仿真软件ENVI-met的应用[J].绿色建筑，2013（5）：56-58.

[5]孙欣.城市中心区热环境与空间形态耦合研究：以南京新街口为例[D].东南大学， 2015.