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近年来,随着我国经济高速发展,人民生活水平不断提高,居民身边的环境问题却越来越严重。我国在工业化过程中由工厂排放的废气固然是造成环境恶化问题的主要原因,但是,机动车尾气排放也是一个不容忽视的重要因素。目前我国评价空气质量的一个重要指标就是PM2.5浓度。另外,微观环境下的城市街道峡谷是城市居民重要的活动场所,研究街道峡谷中的PM2.5时空分布规律,对验证机动车尾气与PM2.5的相关关系:梳理影响街道峡谷内PM2.5分布的有关因素以及减轻PM2.5对人体的危害有重要的意义。但是目前的研究中,关于微观环境下的PM2.5分布规律系统性研究不足,而且居民对于PM2.5的危害认识程度也不足。本文立足于微观环境下的城市主干路和次干路街道峡谷,从时间和空间两个尺度对PM2.5的分布扩散规律以及与交通量之间的关系进行了研究,主要内容和成果如下:
第一,研究基于时空特征的数据采集方案。首先对影响城市路侧PM2.5分布扩散的因素进行分析,确定了主要影响因素,然后根据时间和空间两个方面的特点,设计了两组PM2.5浓度以及交通量的采集方案,并采集了相关数据。
第二,研究基于小波分析的PM2.5时间分布规律。首先对小波分析的概念和使用方法进行介绍,然后结合小波理论,使用母小波函数对时间序列进行处理,得到小波系数;利用小波方差计算时间序列的特征周期,并分析PM2.5浓度和交通量时间序列之间的关系;最后使用交叉小波验证两组时间序列的相关性,并通过交叉小波相位角,计算PM2.5浓度时间序列相对于交通量时间序列的滞后性。通过分析实验数据,得出如下结论:时间尺度上分析,PM2.5浓度和机动车有着密切的联系,具体表现在每条路段上PM2.5浓度和交通量时间序列具有相同的特征周期,并且特征周期受到交通信号灯时长的影响:路侧PM2.5浓度时间序列相对于交通量时间序列存在滞后效应,并且主干路和次干路的滞后时间不同,在0.5~O.9分钟之间。
第三,研究基于CFD理论的PM2.5空间分布规律。首先介绍CFD理论的主要内容和使用方法,然后根据空间分布的主要影响因素,通过GAMIBIT建立仿真模型;结合CFD理论,通过调整参数模拟不同条件对仿真模型的仿真模拟影响:根据仿真结果,对PM2.5在街道峡谷中的分布规律进行分析。通过分析实验数据,得出如下结论:从空间尺度上分析,在大部分情况下,交通量越大,道路两侧,尤其是街角处的PM2.5浓度越高:深窄型街道峡谷中PM2.5难以扩散出去,而递降型街道峡谷PM2.5容易扩散出去;背风侧街角处的PM2.5浓度在大多数情况下都是最高的。
本文的研究成果有助于进一步认识PM2.5浓度与城市道路交通的演变关系,可辅助用于城市规划,以交通产生的PM2.5为控制要点,规划设计城市功能区和道路系统。同时,也可用于辅助制定相应的交通管控措施,以城市PM2.5浓度为控制变量,管理控制车辆的行驶,减少对城市居民的危害。
第一,研究基于时空特征的数据采集方案。首先对影响城市路侧PM2.5分布扩散的因素进行分析,确定了主要影响因素,然后根据时间和空间两个方面的特点,设计了两组PM2.5浓度以及交通量的采集方案,并采集了相关数据。
第二,研究基于小波分析的PM2.5时间分布规律。首先对小波分析的概念和使用方法进行介绍,然后结合小波理论,使用母小波函数对时间序列进行处理,得到小波系数;利用小波方差计算时间序列的特征周期,并分析PM2.5浓度和交通量时间序列之间的关系;最后使用交叉小波验证两组时间序列的相关性,并通过交叉小波相位角,计算PM2.5浓度时间序列相对于交通量时间序列的滞后性。通过分析实验数据,得出如下结论:时间尺度上分析,PM2.5浓度和机动车有着密切的联系,具体表现在每条路段上PM2.5浓度和交通量时间序列具有相同的特征周期,并且特征周期受到交通信号灯时长的影响:路侧PM2.5浓度时间序列相对于交通量时间序列存在滞后效应,并且主干路和次干路的滞后时间不同,在0.5~O.9分钟之间。
第三,研究基于CFD理论的PM2.5空间分布规律。首先介绍CFD理论的主要内容和使用方法,然后根据空间分布的主要影响因素,通过GAMIBIT建立仿真模型;结合CFD理论,通过调整参数模拟不同条件对仿真模型的仿真模拟影响:根据仿真结果,对PM2.5在街道峡谷中的分布规律进行分析。通过分析实验数据,得出如下结论:从空间尺度上分析,在大部分情况下,交通量越大,道路两侧,尤其是街角处的PM2.5浓度越高:深窄型街道峡谷中PM2.5难以扩散出去,而递降型街道峡谷PM2.5容易扩散出去;背风侧街角处的PM2.5浓度在大多数情况下都是最高的。
本文的研究成果有助于进一步认识PM2.5浓度与城市道路交通的演变关系,可辅助用于城市规划,以交通产生的PM2.5为控制要点,规划设计城市功能区和道路系统。同时,也可用于辅助制定相应的交通管控措施,以城市PM2.5浓度为控制变量,管理控制车辆的行驶,减少对城市居民的危害。