《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》
对下垫面物理性质的分析可以解释因为下垫面差异导致的气象参数和地表温度变化程度和数值不同的原因.材料的热物理性参数包括材料的密度、比热容、导热系数、反射率等,而热扩散率是导热系数与比热容和密度的乘积之比,公式如下:
α=λ/(ρc)(1)
式中:α为热扩散率,m2/s; λ诶导热系数,w/(m·K); ρ为密度,kg/m3; c为比热容,J/(kg·K).
以上参数不同,升高相同的温度所吸收的热量不同,传递转移热量的快慢不同,因而室外空间常见的下垫面材料在太阳辐射作用下吸收的热量多少和传递热量的快慢不同.
图6为下垫面地表温度和物理性质的相关系数.材料热性能均会影响下垫面地表温度表现,但影响程度不同.综合来讲,材料的热扩散率与下垫面地表温度的相关性最高,影响最大,材料的反射率和比热容对于下垫面地表温度的影响不如热扩散率.
图6 地表温度和下垫面物理性质相关系数
Fig.6 Correlation coefficient between surface temperature and underlying surface physical properties
单独分析下垫面地表温度的变化规律可知,下垫面平均地表温度受到材料反射率影响最大,下垫面地表温度日较差受材料比热容影响最大,下垫面地表温度标准差受到材料热扩散率影响最大.
因为反射率决定了能进入下垫面太阳辐射的多少,会直接影响到下垫面的温度场,而反射率与下垫面的颜色、光滑程度和使用情况有关,混凝土、铺面砖和沥青三者的光滑程度依次降低,颜色依次加深,决定了颜色越浅光滑程度越高的下垫面反射率越高,下垫面反射的太阳辐射越多.而草地并不依据这一关系,主要是由于草地的温度不仅受到太阳辐射的影响,也受到植被蒸腾、植物气孔调节和草坪与下层土壤热交换等因素影响,变化情况较复杂.
图7为下垫面地表温度日较差和材料比热容的变化趋势.由图7可知,随着比热容的降低,下垫面地表温度的日较差越大,说明下垫面地表温度升温越快,升高的温度也越多.在四种下垫面里,草地是日较差最小的,而沥青是日较差最大的,说明草地的地表吸收的热量最少.
图7 下垫面地表温度日较差和比热容
Fig.7 Undersurface temperature difference and specific heat capacity of the underlying surface
图8为下垫面地表温度标准差和材料热扩散率的变化趋势.材料热扩散率代表材料温度趋于一致的能力,热扩散率越大,说明材料的温度变化越稳定.由图8可知,下垫面地表温度的标准差随热扩散率降低而升高,地表温度的变化越不稳定,地表温度变化越明显.四种下垫面,草地是温度变化最稳定的,而沥青是温度变化最不稳定的.
图8 下垫面地表温度标准差和热扩散率
Fig.8 Surface standard deviation and thermal diffusivity of the underlying surface
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