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随着中国城市化进程的加快,大量的自然透水下垫面被不透水硬质下垫面代替,这些不透水下垫面具有良好的导热性、较高的热容量、较差的下渗能力,对城市热环境和水环境产生了严重影响。本文以沥青、水泥、透水砖和草地四种典型的城市下垫面为研究对象,基于实测气象数据和下垫面物性参数,综合考虑温度场、流场、辐射场的共同作用,运用数值模拟技术建立太阳辐射模型和降雨对流模型,解析不同气象条件下城市下垫面热辐射、热传导和热对流的换热过程。两个模型的拟合效果理想,太阳辐射模型0.89≤R~2≤0.99,3.72℃≤MSE≤6.00℃,1.93℃≤RMSE≤2.45℃,1.87℃≤MAE≤2.17℃;降雨对流模型0.95≤R~2≤0.96,0.03℃≤MSE≤0.05℃,0.17℃≤RMSE≤0.21℃,0.15℃≤MAE≤0.2℃。研究结果表明:1)不同气象因素对下垫面地表温度的影响不同,气温、太阳辐射与水泥、草地下垫面地表温度的相关系数为正,对下垫面地表温度的增长有显著地促进作用;相对湿度、风速、降雨与水泥、草地下垫面地表温度的相关系数为负,对下垫面地表温度的增长有抑制作用。2)无降雨时,沥青、水泥和透水砖下垫面地表温度均高于气温,对城市近地表气温有正反馈效应,其中沥青地表温度最高,多云天气其温度均值为19.1℃,晴朗天气其温度均值为32.9℃;草地下垫面温度均值最低,多云天气为14.7℃,晴朗天气为26.1℃,对城市近地表气温有负反馈效应。3)降雨时,下垫面以对流的形式将热量传给径流,迫使径流温度升高。四种下垫面中,沥青对径流加温效果最明显,阴雨天气降雨后径流升温约1.5℃,晴天阵雨时降雨后径流升温约2.3℃;草地对径流温度影响最小,降雨后径流温度变化不大,阴雨天气降雨前后径流温差约为0.2℃,晴天阵雨时降雨前后径流温差约为0.4℃。研究提出,在高温炎热的场地,可通过铺装草地和透水砖来降低地表温度,改善局部热环境;在水体邻域内应采用透水下垫面,减弱下垫面对径流水温的影响。最后,本文以软件工程的基本原理为指导,采用B/S结构,基于SQL Server、Microsoft Office、Ansys等组件接口,按照软件开发流程标准构建下垫面热量传递过程可视化平台,实现对下垫面热量传递过程的模拟,以及对下垫面地表温度及梯度温度的存储与读取、统计与分析。