一种量化热浪中城市韧性的方法

本发明涉及生态环境监测，具体是一种量化热浪中城市韧性的方法。

背景技术：

1、热浪，是指天气持续地保持过度的炎热，也有可能伴随有很高的湿度。这个术语通常与地区相联系，所以一个对较热气候地区来说是正常的温度，对一个通常较冷的地区来说可能是热浪。一些地区比较容易受到热浪的袭击，例如夏干冬湿的地中海气候。热浪可以因为高温引起死亡，特别是老年人。

2、随着全球气温不断上升，热浪的频率和强度也在不断增加，对城市和居民的生活和健康造成了重大影响。热浪可能导致高温、干旱、空气污染等问题，对城市基础设施、供水、能源消耗、公共卫生和社会稳定性都带来巨大挑战。在此背景下，许多城市都开始意识到需要采取有效的措施来提高城市的热浪韧性，即城市在面对热浪时的适应能力和恢复能力。

3、为了应对热浪的威胁，城市规划者和决策者需要一种有效的方法来评估城市韧性，并采取相应的措施来减轻热浪对城市和居民的影响。目前，已经有一些城市韧性评估方法和指标被提出和应用，但是这些方法往往过于定性化，缺乏定量化的指标来准确衡量城市韧性。

4、城市韧性(urban resilience)是指城市在面对各种不确定性、挑战和压力时，能够保持其功能、结构和发展的能力。这种能力使城市能够在自然灾害、人为事故、社会紧张局势、经济危机等不同的应激情况下，迅速适应变化，减少破坏性影响，并快速恢复到正常状态。本专利中的城市韧性特指城市应对热浪的韧性。热浪发生前后的城市表面的能量变化代表城市受热浪影响的大小，热浪发生前后城市表面能量变化越大，说明城市受热浪的影响越大。城市的韧性是指城市在应对一些危机时，迅速适应变化，减少破坏性影响的能力。城市由人类建立，城市是没有生命的，因此城市的韧性可以与人体的适应能力相关联。例如当发生较剧烈的热浪时，城市热浪发生前后的能量变化较为剧烈，但是城市中的人类并没有觉得这么热(人体舒适度高)，这说明这个城市应对热浪的韧性比较高。热浪中城市的韧性与城市中的城市规划，建筑学设计、海绵城市规划等因素关系密切。

技术实现思路

1、为解决现有技术的不足，本发明提出一种量化热浪中城市韧性的方法。该方法根据气象数据利用城市四源能量平衡模型计算出日潜热通量，并计算出了热浪发生前后不同城市表面的潜热差。并将热浪发生期间的最高湿球温度与城市表面的潜热差分别进行归一化后，再线性拟合，将线性拟合得到的斜率值作为该种城市表面在热浪中的韧性。通过应用本发明方法，可以得到不同年份和不同城市在热浪中的韧性的具体参数值，对环境治理与城市规划提供数据支撑。

2、本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种量化热浪中城市韧性的方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

3、步骤1：通过城市气候站获取目标城市的气象数据，所述气象数据为包括气温、风速、相对湿度、太阳净辐射、气压的时间序列数据，该气象数据的时间跨度不少于3年；从该气象数据中筛选出每次热浪发生前30天到热浪结束每日的气温、风速、湿度、辐射、气压的时间序列数据，作为量化数据集，并以一天的数据长度进行划分，得到多条数据样本；

4、步骤2：根据量化数据集中的数据，采用城市四源能量平衡模型，计算每次热浪发生前30天到热浪结束城市四种表面的日平均潜热通量；所述四种表面分别为植被表面、土壤表面、不透水表面和水体表面；每种表面的日平均潜热通量为根据步骤1的量化数据集中的一条数据样本的所有监测时刻点的数据采用城市四源能量平衡模型计算得到的潜热通量的均值；

5、步骤3：根据步骤2中得到的城市四种表面的日平均潜热通量数据，分别计算每种表面热浪发生前、后的潜热差；该潜热差为该种表面的热浪发生期间的日平均潜热通量的均值与热浪发生前30天的日平均潜热通量的均值的差值；

6、步骤4：根据步骤1中的量化数据集，计算热浪发生期间湿球温度，并筛选出每次热浪发生期间最高湿球温度，该最高湿球温度代表了该次热浪中热应激的极值；

7、步骤5：将步骤3中计算出的城市四种表面的每次热浪发生前、后的潜热差分别进行归一化处理，并对步骤4中得到的每次热浪发生期间最高湿球温度进行归一化处理，得到每种城市表面的潜热差相关数据和最高湿球温度相关数据；然后分别将每种城市表面的潜热差相关数据与最高湿球温度相关数据进行线性拟合，以潜热差相关数据为x轴参数值，以最高湿球温度相关数据为y轴参数值，线性拟合得到的斜率值即为该种城市表面在热浪中韧性的大小，斜率值越小，则该种城市表面在热浪中韧性越大。

8、与现有技术相比，本发明有益效果在于：本发明设计的量化热浪中城市韧性的方法，首先根据气象数据利用城市四源能量平衡模型计算出日潜热通量，并计算出了热浪发生前后不同城市表面的潜热差。并将热浪发生期间的最高湿球温度与城市表面的潜热差分别进行归一化后，再线性拟合，将线性拟合得到的斜率值作为该种城市表面在热浪中的韧性。该量化方法全面而可靠，通过应用本发明量化方法，可以得到不同年份和不同城市在热浪中的韧性的具体参数值，对环境治理与城市规划提供数据支撑。

技术特征：

1.一种量化热浪中城市韧性的方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述的一种量化热浪中城市韧性的方法，其特征在于，步骤1中，所述时间序列数据的监测时刻点的间隔为30分钟或者1小时。

3.根据权利要求1所述的一种量化热浪中城市韧性的方法，其特征在于，步骤4中，湿球温度的计算公式为：

4.根据权利要求1所述的一种量化热浪中城市韧性的方法，其特征在于，步骤5中，所述归一化为最大-最小归一化方法。

技术总结
本发明公开一种量化热浪中城市韧性的方法，该方法首先根据气象数据利用城市四源能量平衡模型计算出日潜热通量，并计算出了热浪发生前后不同城市表面的潜热差。并将热浪发生期间的最高湿球温度与城市表面的潜热差分别进行归一化后，再线性拟合，将线性拟合得到的斜率值作为该种城市表面在热浪中的韧性。该量化方法全面而可靠，通过应用本发明量化方法，可以得到不同年份和不同城市在热浪中的韧性的具体参数值，对环境治理与城市规划提供数据支撑。

技术研发人员：黄津辉,魏一钊
受保护的技术使用者：南开大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16