“白屋顶计划”对城市热岛减缓效应的综合评估

参赛队号＃16171第五届“认证杯”数学中国数学建模网络挑战赛承诺书我们仔细阅读了第五届“认证杯”数学中国数学建模网络挑战赛的竞赛规则。我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的,如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理。我们允许数学中国网站()公布论文，以供网友之间学习交流，数学中国网站以非商业目的的论文交流不需要提前取得我们的同意。我们的参赛队号为：1617参赛队员(签名)：队员1：张伟队员2：沙颖凯队员3：杨凤婷参赛队教练员(签名)：参赛队伍组别：本科第五届“认证杯”数学中国参赛队号＃16172数学建模网络挑战赛编号专用页参赛队伍的参赛队号：（请各个参赛队提前填写好）：1617竞赛统一编号（由竞赛组委会送至评委团前编号）：竞赛评阅编号（由竞赛评委团评阅前进行编号）：参赛队号＃161732012年第五届“认证杯”数学中国数学建模网络挑战赛题目“白屋顶计划”对城市热岛减缓效应的综合评估关键词热岛效应热物理属性城市气候学能量平衡模型层次分析法卫星遥感摘要：本文从城市热岛效应和“白屋顶计划”入手，调研城市热岛效应的成因机理，“白屋顶计划”的具体方案及物理原理，在对二者有了深刻认识后，展开了以下研究：首先从城市气候学的角度全面剖析热岛效应，发现城市地貌、人为热排放、大气污染、温室气体和局地气象条件是热岛效应的五个主导成因。为了进一步揭示屋顶在增温过程中的作用，本文运用了层次分析法，计算得出各因子对热岛增温效应的影响权重，包括屋顶在内的城市下垫面辐射排名第二，吸收效应为20.41％，其中工业排放对城市热岛效应的贡献率最大，为32.63％，然后是汽车尾气排放为14.25％。其余各项的贡献都在10％以下。接着从太阳辐射传播、下垫面与空气热交换等角度，运用气候学能量平衡原理，结合屋顶热物理属性等参数，在合理假设前提下，抽象概括出这一系列物理过程，构建能量平衡模型，模型使用南京站实测气象数据进行计算，得出的结论为，在全天气温最高的14:00，实施“白屋顶计划”最多能够降低下垫面温度14.11K（14.11℃）；全天平均降低4.74K（4.74℃），获得了较明显的减温效果。同时，使用MODIS卫星遥感数据对纽约城区温度计算结果表明，已发起“白屋顶计划”街区下垫面温度要比传统街区下降3.26℃，从另一侧面直接验证了“白屋顶计划”的减温效应。在基于模型计算得出的减温数据基础上，逐项分析“白屋顶计划”在环保、节能、个人舒适度和工作效率、灾害频率和公众卫生等方面的效益。发现夏季高温天气时，“白屋顶计划”能提高人体日平均舒适度6.85个百分点，显著改善夏日人体舒适度和工作效率，减少大量的电能消耗和温室气体排放，大幅降低夏日灾害和高温疾病的发生频率。在结合太阳辐射、气候条件、城市化参数等多方影响因子的分析后，讨论了“白屋顶计划”可推广性及推广条件，发现在众多因素中，城市热岛对云量、风速和空气湿度的敏感度最高。并通过判断局地情况是否满足“白屋顶计划”的各项指标，帮助决策者判断通过“白屋顶计划”推广，能否降低温度，实现节能环保，避免盲目推行造成不必要的经济负担。最后讨论分析了“白屋顶计划”可能存在的弊端，即造成潜在的光学污染，及维持屋顶持续高反照率所需的高额成本，再次审视本文建立的模型，客观的分析了模型的不足，建模过程中省略项的影响，以及模型的优化改进方向。参赛队号1617所选题目B题参赛密码（由组委会填写）参赛队号＃16174AbstractThisarticlestartsfromtheurbanheatislandeffectand‘whiteroofplan’.Firstofall,investigatethemechanismandphysicalprinciplesoftheurbanheatislandand‘whiteroofplan’,afteradeepawareness,weexpandthefollowingstudies:Firstofall,fromtheperspectiveofurbanclimateanalysis,wefoundthaturbanlandscape,artificialheat,airpollution,greenhousegasemissionsandthemeteorologicalconditionsarethefiveleadingcausesofurbanheatisland.Inordertofurtherrevealtheroof'sroleinwarmingprocess,weuseanalytichierarchyprocess（AHP）method,calculatetheweightoftheinfluencefactorsontemperatureeffectofurbanheatisland.Theunderlyingofthecity,includingtheroofsurfaceradiationrankedsecond,absorptioneffects20.41%,maximumcontributionrateofurbanheatislandisindustrialemissions32.63%,Thencomesthethirdautoemissions14.25%.Restofthecontributionis10%.Thenfromtheperspectiveofsunradiationspreading,theheatexchangebetweentheunderlyingsurfaceandair,usingprincipleofclimateenergybalance,usingparameterofheatphysicalpropertyandunderreasonableassumptions,useddifferentialequationmodeltoabstractthisseriesphysicalprocess.Afterthosepreparationweconstructenergybalancemodel,withNanjingmeteorologicalstationstatistics,calculatethechangeoftemperatureafterchangingroofwhite.AT14:00,theunderlyingsurfacetemperaturecanreduceanmaximum14.11K(14.11℃),landsurfacetemperatureonaveragethroughoutthedaytoreduce4.74K(4.74℃),wonasignificanttemperaturereductioneffect.Atthesametime,usingMODISsatelliteremotesensingdatafortemperaturecalculationresultshowsthatinNewYorkCity,theblockswhichhasimplementedthewhiteroofplangetatemperaturedeclineabout3.26℃,andhavedirectlyverifiedwhiteroofplanofthetemperaturereductioneffect.Calculatedbasedonthemodelonthebasisoftemperaturedata,itemizedanalysiswhiteroofplaninenvironmentalprotection,energysaving,personalcomfortandefficiency,frequencyofdisastersandpublichealthbenefits.Foundwhenthehotweatherinthesummer,whiteroofplancanimprovehumancomfortaverage6.85percent,significantlyimprovedsummercomfortandefficiencyofthehumanbody,reduceenergyconsumptionandgreenhousegasemissionsanddecreasesummerofhightemperaturedisasteranddiseaseincidence.Inthecontextofsunradiationandclimaticconditions,parameterssuchasmulti-influencingfactoranalysisofurbanization,discussedthewhiteroofsprogrampromotionandthepromotionofconditionsfoundinmanyfactors,urbanheatislandonsensitivityofcloudcover,windspeedandairhumiditymaximum.Andbydeterminingwhethertomeetwhiteroofplanofindicatorstohelpdecisionmakerstojudgebywhiteroofsprogrampromotion,canreducethetemperaturetoachieveenergysavingandenvironmentalprotection,avoidunnecessaryeconomicburdensofblindlyimplementing.Finally,analyzingthepotentialdrawbacksofthewhiteroofproject,whichincludingthelightpollution,andheavyburdentokeeproofcleanwithhighalbedo.Thenweconsideratethemodel’sestablishedinthisarticleagain,analysetheinadequacy,unconsideredeffectofthemodelobjectively,andpointedoutthefurtherimprovementofthemodel.参赛队号＃16171“白屋顶计划”对城市热岛减缓效应的综合评估目录目录......................................................................1一、背景介绍..............................................................21.1城市热岛效应（UrbanHeatIsland）................................21.2白屋顶计划（WhiteRoofProject）.................................2二、问题提出..............................................................3三、符号说明..............................................................3常量取值..............................................................5四、