מודלים של השפעת הווטאציה העירונית על רמות זיהום אוויר מקומיות ומיקרוקלמט

מבוא

סביבות עירוניות מאופיינות יותר ויותר באיכות אוויר ירודה וטמפרטורות גבוהות, מונעות על ידי תנועה צפופה, פליטות תעשייתיות, משטחים לא יציבים נרחבים.בתגובה, ערים ברחבי העולם הופכות לתשתיות ירוקות – עצים, שרטוטים, גגות ירוקות ופארקים – כפתרון מבוסס טבע, אך כיצד בדיוק משפיעות על רמות זיהום אוויר מקומיות ומיקרו-מיליטריסטים, על השאלה הזו, דורשות מודלים מתוחכמות מתוחכמת יותר של מודלים סביבתיים, אשר מסובכים, אשר מכוונות, והופכים את ההשפעות על מודלים סביבתיים, הן שיטות מתוחכמות יותר, הן על פני השטח של מודלים סביבתיים, וצורות, וצורות, הן על פני השטח של שיטות מתוחכמות יותר, וצורות, הן צורות מורכבות יותר, הן צורות, וצורות, הן של אנרגיה, כיצד הן צורות סביבה, הן מדויקות יותר, כיצד הן, כיצד הן צורות סביבה, הן צורות סביבה, הן צורות סביבה, הן צורות סביבה, הן צורות סביבה, הן צורות סביבה, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן צורות סביבה של שיטות מתוחכמות יותר, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, אשר נועדו, הן, הן, הן צורות סביבתיות יותר, כגון: כיצד

הבנה של צמח עירוני ותפקודי הסביבה שלו

צמחייה עירונית אינה משאב הומוגני. סוגים שונים של ירוק מציעים פונקציות נפרדות והטבות.עץ, למשל, לספק צל, ליירט חומר חלקיקים, ולהשתחרר לחות באמצעות evatranspiration. Shrubs ו- כריכה יכול להציע פחות כיסוי קאנופי אבל יכול להפחית את טמפרטורות פני השטח ולכידת מטעני קרקע ליד הקרקע.

מיזוג אוויר מכניזם

צמחים מסירים את זיהום האוויר דרך מספר מסלולים.FLT:0Dry depositionFeloph:1 הוא המנגנון העיקרי: גזים חלקיקים לדבוק על משטחים ולאחר מכן לשטוף אותם על ידי גשם או משולבים לתוך עלה חיתוך. Stomatal uptake גם מסיר אבקות גזיים כמו חנקן (NO2) ו-Ozone (O3) עץ אחד גדול יכול ליירט עד 60 גרם עירוני יכול להפחית ריכוז מקומי של 10102.

תקנות מיקרו-קלידיות

(ו) הגדלה משנה מיקרו-קלימיטיס באמצעות גילוח ונפיחות, משטחים שאדחו יכולים להיות 20–45 °F (11–25 ° C) קרירים יותר מאשר אלה שאינם מזוהים, ו ⁇ יכול להוריד את טמפרטורות האוויר הממוקדות ב-2-9 °F (1-5 ° C) אפקט זה, הידוע בשם FLT:0 Urban Island מזרז חום שכונות הוא מוגבל ביותר עם שטח ירוק.

מודלים של השפעות של גידול עירוני

מדענים משתמשים במגוון של טכניקות דוגמנות כדי לדמות כיצד צמחייה משנה ריכוזים מזוהמים ותנאים מיקרוקלימיים.הבחירה של המודל תלויה בשאלה המחקרית, בקנה מידה מרחבי, נתונים זמינים ומשאבים חישוביים.

מודלים של Fluid Dynamics (CFD)

מודלים של CFD, כגון FLT:0 (OpenFOAMIRLT:1 וקודים מסחריים כמו ANSYS Fluent, לפתור משוואות Navier-Stokes כדי לפתור תבניות זרימת אוויר סביב מבנים וצמחייה ברזולוציה גבוהה (1-10 מ') ונטומנטציה מיוצגת בדרך כלל כמדיום ⁇ עם כוחות ומקורות חום / צבע.

סימולציות גדולות (Eddy Simulation)

(ה) הוא זיכוך של CFD אשר פותר במפורש את הדאוגות הגדולות בזמן פרמטר של אלה קטנים יותר.זה ללכוד את התערובת הסוערת שמניעה פיזור מזוהיר והחלפת חום.מודלים שימשו כדי ללמוד את המיקום האופטימלי של עצים ברחוב יכולונות כדי למנוע מלכודת של מזהמים.

מודלים של Dispersion Models (Gaussian and Lagrangian)

בקנה מידה גדול יותר (ההתיישבות לעיר), מודלים של פיזור כמו FLT:0 (AERMODoriFLT:1 ו CALPUFF משמשים.מודלים אלה מפשטים את הפיזיקה האטמוספרית אבל יכולים לשלב צמחייה כטבעה עבור מזהמים באמצעות מהירויות של פיזור.למרות פחות מפורט מאשר CFD, הם פחות תובעניים חישוביים ויכולים לרוץ על פני ערים שלמות.

Land Surface Models (LSMs)

LSMs לדמות את האנרגיה, המים, ואת פחמן פלוקסים בין פני השטח (כולל צמחייה) ואת האווירה.ה-FLT:0Community Land Model (CLM) LT:1 ואת ה-FLT:2Urban Tethys-ChlorisFLT 3: 3 מודל הם דוגמאות.

מודלים אמפיריים וסטטיסטיים

גישות סטטיסטיות - תוקפנות רב-ממדיות, למידת מכונה, ועברות לשימוש הקרקע - קורטר הבחין באיכות האוויר ובטמפרטורה עם צופים כגון מדד צמחייה רגיל (NDVI), כיסוי עץ, ומרחק למרחבים ירוקים.מודלים אלה דורשים נתונים גדולים אך ניתן למקם במהירות נתונים איכותיים.

ראשי תיבות של Key Inputs and Parameters for Accurate Modeling

כל המודלים מסתמכים על נתונים מדויקים.איכות הקלטים משפיעה ישירות על האמינות של התפוקה. פרמטרים מרכזיים כוללים:

• מדד שטח שטח (LAI): ההרחבה כוללת של שטח פני השטח של שטח קרקע יחידה. LAI משפיע על שערי התנוחה, גילוח, ו ⁇ evatranspiration. High LAI מינים (למשל, אלונים חתימים) הם יותר יעילים מפולנים מאשר מדבקי LAI נמוכים בקיץ.
• (FLT:0) וגובה קנאביס וקנפולני דנסאל: 1:1 עצים גבוהים עם קאנופיות צפופות חוסמים יותר קרינה סולארית, אך גם יכולים להפחית את מהירות הרוח ואת המזהמים המלכודת ליד הקרקע אם נטועים ברחובות צרים.
• (FLT:0) התנהגות סטומה: 1FLT) שולט על העלייה של אבקות גזיים. C3 ו- C4 צמחים יש שיעורי התנהגות שונים, המשפיעים על האוזון ו- NO2 הסרת.
• (FLT:0) , 000: מיצוי: 1 מפות של תנועה, תעשייתית, פליטות למגורים נדרשים להגדיר מקורות מזוהמים.
• (FLT:0) מידע מינטואורולוגי: מהירות הרוח של 1FLT:1, כיוון, טמפרטורה, לחות, וקרינת השמש כונן פיזור ופירוק.מודלים לעתים קרובות להסתמך על נתונים מתחנות מזג אוויר או מוצרי אנליזה כגון ERA5.
• (ב) ⁇ :0 (Urban Geometry:FLT:1Buildגובה, רוחב רחוב וכיוון לקבוע את ventilation ותבניות גילוח.

ניתוח מודל ו Sרגישות

לפני שמבוססים על תחזיות מודל, מדענים חייבים לאמת אותם מפני מדידות שדה.זה כולל השוואת ריכוזים וטמפרטורות מדומים עם נתונים מתחנות ניטור או קמפיינים ניידים.S רגישות ניתוח עוזר לזהות אילו פרמטרים המשפיעים ביותר.לדוגמה, מחקר 2018 ב-FLT:0Aאטמוספירה סביבה FLT:1 מצא כי שינוי LAI מ 2 עד 4 במודל מופחת ברמת פליטת רחוב של HIV, 000 על ידי ריכוזים גדולים יותר מ- 12.

השפעות על איכות האוויר: אפקטים מסוכנים

גידול משפיע על מזהמים שונים בדרכים שונות.

Particulate Matter (PM2.5 ו-PM10)

⁇ על פני השטח הוא מסלול ההסרה העיקרי.FLT:0Coniferous עצים sertph 1 עם גבוה LAI ו- bark גס לאסוף יותר שנתי ראש השנה מאשר עצים מכריעים.מודלים מחקרים מראים כי הגדלת כיסוי עץ על ידי 10% בשכונת מגורים מקטין את PM2.5 על ידי 1–4 μg / m3, עם זאת, עצים יכולים גם לשחרר אורגני תנודתי (VOC) אשר תורם אפקט משני (SO) לסיבוכים משניים, כדי לסיבוכים מגנטיים (SO) כדי לסיבוכים משניים, כדי לסיבוכים מגנטיים).

Nitrogen Dioxide (NO2)

NO2 מוסר על ידי עלייה סטומטלית וקביעת פני השטח.מודל סימולציות מציע כי עצי רחוב יכולים להפחית את ריכוזים NO2 על ידי 5-15% באזורים פתוחים, אבל באזורים פתוחים, אבל בקניון ברחוב צפופים, אוורור מופחת עלול להדהים את הרווחים האלה. תכנון מרחבי זהירות - כלומר, באמצעות גידורות ולא עצים גבוהים - יכול לשפר את ההסרה תוך שמירה על זרימת האוויר.

אוזון (O3)

אוזון מגיב עם משטחים צמחיים ונלקח דרך סטומטה.עם זאת, עצים פולטים גם VOCs ביוגני (BVOCs), במיוחד isoprene ו monoterpenes, אשר בנוכחות של nox טופס אוזון.ב-20 בשילוב מודל מחקר ב FLT:0 SustainabilityF1LT:1), נטיעת 1.2 מיליארד נוספים ביבשת ארה"ב מופחתת על ידי 3B3- 2.

יתרונות מיקרוקלידיים: האי החום מייגציה ו- Thermal Comfort

צמחייה עירונית מגניבה את הסביבה באמצעות שני תהליכים עיקריים:0;0;5 ⁇ FLT:1 ו-FLT:2evapotranspirationphationFLT 3: שינג מקטין את חימום השמש של פני השטח, בעוד evatranspiration הופך חום הגיוני לחום מאוחר, הורדת טמפרטורת האוויר.

טמפרטורות אוויר ויבשות

מחקרים במודלים מראים כי הגדלת כיסוי עץ עירוני מ -20% עד 40% יכול להפחית את טמפרטורות פני השטח המקומי על ידי 3-5 מעלות צלזיוס וטמפרטורות אוויר על ידי 1-2C במהלך ימי הקיץ. גגות ירוקים, אם כי פחות יעיל לאזור מאשר עצים, קריר את המעטפת הבניין ולהפחית את הביקוש אנרגיה קירור. A גדול מצוטט על ידי FLT:0NASA אורבני איילנד תוכנית חום 1FLT מצא כי שילוב של גג ירוק עם טמפרטורה יכול להיות מסולפת עם טמפרטורה גבוהה עם 0C.

המונחים: mor Indices

מודלים משלבים כעת מדדי נוחות תרמיים כמו ה-FLT:0 (טמפרטורת שיווי משקל פיזיולוגית (PET) ®FLT:1 או FLT:2;2) Universal Thermal Climate Index (UTCI) 3LT 3Vgetation משפר את הנוחות על ידי צמצום עומס חום קורננטי בברצלונה הראה כי הוספת עצים עם 4 ° C מ- 34 מעלות חום חם ל- "מחץ חם" 4 ° C עד 4 ° "מחץ חם" ל-" מ-" מ- 4 ° C חם" ל- 34.

Integrated Modeling Frameworks

(ה) מאמצים אחרונים ליצירת מודלים איכותיים ומיקרו-קליליים עם מודלים צמחיים של גידול צמחייה (FLT:0WRF-ChemFLT:1, לדוגמה, הוא מודל של מזג אוויר-כימיה שיכול לכלול פליטות מקוונות ופירוק. תוכניות קאנופיות עירוניות כמו FLT:2BEP-BEPFIRFIRLT 3 (בניית אפקט אנרגיה - מודל) וניתן לשלב בין-FVIFEN) סימולציות אוויריות רחבות (FERFERFERFERFERFERFERFERFERFVIFERFERFERFERFERFERFERFERFERFERFERDERD)

מחקרים ויישומים מעשיים

ה- Superblocks של ברצלונה

תוכנית "בלוקים" של ברצלונה מארגן מחדש רשתות רחוב לאזורים ירוקים בעלי טווח תנועה.מודלינג באמצעות CFD ו- ENVI-met חזה כי שינוי בלוק טיפוסי יכול להפחית את ריכוזי NO2 ב-25% וטמפרטורות אוויר נמוכות יותר על ידי 2.5 מעלות צלזיוס ניטור שלאחר-ההגדרה אישר את היתרונות האלה, אימות הגישה המודל.

גורם ירוק עירוני בלונדון

לונדון (FLT:0)Urban Greening Factor (UGF)FLT:1 מדיניות דורש התפתחויות חדשות כדי להשיג ציון מינימום מבוסס על סוגי כיסוי ירוק.מודלים כגון i-Tree שימשו כדי להגדיר את הקרדיטים - ציונים גבוהים יותר לעצים ולגגות ירוקות.

תוכנית ירוק של סינגפור 2030

סינגפור השתמשה כבר זמן רב בדוגמנות כדי להנחות את החזון "עיר בגן" שלה.סימולציות עם פני הקרקע יחד ומודלים של פיזור הראו כי הוספת 200 ק"מ של נטישה לצד הכביש עשויה להפחית את PM2.5 עד 30% במסדרונות גבוהים.

יישומים מעשיים לתכנון עירוני

תוצאות מודלים ישירות מודיעות על החלטות תכנון מרחבי:

• (FLT:0) מיקום עץ עץ עץ: FLT:1mia מודלים לעזור להימנע "מלכודת הפלה" בקניון על ידי המלצה על עצים עם גזעים גבוהים או צורות ⁇ .
• (בלטינית:0) מסדרונות ירוקים: FLT:1 רצועות רציף של צמחייה מקלות על זרימת קירור וליצור "תחלו אוזות" אשר מרחיבות את היתרונות לאזורים הסובבים.
• (ב) ,0) תמריצים לגג ירוק: 1FLT:1 מודלים מיקרוקלידים לכמת חיסכון באנרגיה, להצדיק סובסידיות.
• (ב) ניהול יערות:0)Urban: FLT:1 תרחישים i-Tree להראות אילו מינים עץ ממקסימים את ההסרה המזויפת לאזור יחידה של אדמה נטויה.

אתגרים ומגבלות

עלויות פיצוי

סימולציות CFD ברזולוציה גבוהה על פני ערים שלמות עדיין בלתי סבירות.רוב המחקרים מתמקדים בתחומים קטנים, הגבלת יכולת הסקאלה בעתיד מחשוב עשוי לאפשר מודלים בקנה מידה עירוני דינמי בתוך העשור.

מחסור בנתונים וחוסר ודאות

ערים רבות חסרות ממציאי צמחייה מפורטים, ממציאי הפליטה, ונתונים מטאורולוגיים.ל.ל.ל.י.ל.ל.ל.ר.ל.ל.ר.ל.ל.ל.ל.ל.ל.ל.ל.ל.ל.ל.ל.ל.ל.ל.ל.ל.ל.ל.ל.ל. יש החלטות מרחביות של 30–250 מ', חסר הטרוגניות בקנה מידה בסדר.

ייצוג מודלים של תהליכים ביולוגיים

מודלים של צמחייה מפשטים לעתים קרובות phenology, לחץ מים, והשפעות מזיקים.בצורת בלתי צפויה או התפרצות המחלה יכולים לשנות באופן דרמטי את היתרונות הצפויים.

המונחים: consequences

כפי שצוין, פליטות BVOC יכולות להחמיר את האוזון. זיהום מן העצים משפיע על סובלי אלרגיה.צמחייה Wetland יכול לשחרר מתאן.מודל מקיף חייב לקחת בחשבון את אותם עסקאות.

כיוונים עתידיים

מכונות למידה ומודלים היברידיים

רשתות עצביות מלאכותיות ויערות אקראיות יכולות ללמוד מערכות יחסים מורכבות ממאגרי נתונים גדולים, להפחית את העלות החישובית.מודלים ההיברידיים המשלבים סימולציה המבוססת על פיזיקה עם מיפוי ML מתעוררים – לדוגמה, באמצעות למידה עמוקה של מודל CFD לבדיקה תרחיש מהיר.

אינטגרציה מרחוק

LiDAR (למשל, GEDI, ICESat-2) וחיישנים היפר-ספקטרום מספקים כעת מבנה צמחייה תלת-ממדי ונתונים בריאותיים בקנה מידה עולמי. Assimilation of נתונים אלה למודלים ישפרו את הפרמטר של LAI וגובה Canopy.

מדע האזרח וחיישנים נמוכים

רשתות של חיישני טמפרטורה ועלויות נמוכות (למשל, Purple AirNow) מייצרות נתוני אמת קרקע בצפיפות חסרת תקדים.מודלים יכולים להיות מכווצים באמצעות נתונים שמקורם המונים אלה, שיפור הדיוק המקומי.

מודלים של תאומים ודיגיטליים

תאומים דיגיטליים עירוניים - העתקים וירטואליים של ערים - ישלבו נתוני צמחייה בזמן אמת עם מודלים איכותיים ומיקרו-קלידיים.מתכננים העירוניים ישתמשו בכלים אלה כדי לעצב תרחישים ירוקים אינטראקטיביים ולהעריך את ההשפעות שלהם לפני יישום.

מסקנה

מודלים של השפעת צמחייה עירונית על רמות זיהום אוויר מקומיות ומיקרו-קלימיטיס הוא משמעת רבת עוצמה, מתפתחת.מסימולציות CFD לסטטיסטיקות אמפיריות, מודלים מספקים ראיות לכך שהירוקה המוצבת באופן אסטרטגי יכולה להפחית את זיהום האוויר ולצמצם את לחץ החום.עם זאת, מודלים הם רק טובים כמו קלטות שלהם והנחה שלהם.