技术领域
[0001] 本
发明涉及一种评价方法，具体的说是一种高层建筑遮荫影响绿地光合固碳能力的评价方法。
背景技术
[0002] 随着城市化
进程的加快，城市中
建筑物的平均高度呈现出持续增长的趋势，高层建筑的体量不断扩大。相比于低矮建筑，建造相同使用面积的高层建筑可大幅减少对土地空间的占用，同时还具有市政建设投资少和建筑工期短的优势，有着明显的社会经济效益。
[0003] 但近年来城市区域内日益增多的高层建筑开始显现出集群连片的特点，其重塑了城市天际线并导致了近地表微
气候的变化，对城市内部的生态环境产生了一系列的影响。特别是从城市光环境的
角度而言，由于建筑群的存在，缩短了日间周围地面的日照时数，减弱了光照强度并改变了光质，形成了与自然光环境差异显著的人工遮荫环境。
[0004] 研究表明，建筑遮荫使得进入城市近地面的短波
辐射降至空地日照
水平的21％--2 -195％，光强可降至10-15μm s 之间，仅为全光照光强的1.5％。这些城市日间光环境的改变削弱了
植物光合固碳作用的进行，也直接影响了植物的开花结实等生长发育过程，给城市绿地的生态服务功能提升以及城市绿化管理带来很大难度。
[0005] 而目前，鲜有一种建筑遮荫影响绿地光合固碳能力的评价方法，因此，对于城市光能资源的利用和城市绿地规划与设计产生了一定的限制。
发明内容
[0006] 根据上述不足之处，本发明的目的在于：提供一种建筑遮荫影响绿地光合固碳能力的评价方法，通过此方法，可为高效合理利用城市光能资源以及面向生态服务功能提升的城市绿地规划与设计提供相关的
基础方法支持。
[0007] 为实现上述目的，本发明的技术方案在于：一种高层建筑遮荫影响绿地光合固碳能力的评价方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0008] 步骤1，建立研究区域的数字表面模型，获取所述研究区域的地面起伏信息和所述研究区域的地表物体的
位置及所述地表物体的面积；
[0009] 步骤2，按照以下公式计算所述研究区域的总直接辐射量∑Dirθ,α，
[0010] Dirθ,α＝Sconst×βm(θ)×SunDurθ,α×SunGapθ,α×cos(AngInq,a) 公式(1)[0011] 式中，Sconst为太阳通量常数1367W/m2；β为最
短路径的全波段平均大气层透射率；SunDurθ,α为以天空扇区表示的持续时间，单位s；SunGapθ,α为太阳图扇区的孔隙度；AngInθ,α为天空扇区的质心与截面轴线之间的入射角；m(θ)为相对光学路径长度，其计算公式如下：
[0012] m(θ)＝EXP(-0.000118×Elev-1.638×10-9×Elev2)/cos(θ) 公式(2)
[0013] 式中，Elev为绝对高程；
[0014] 步骤3，按照以下公式计算所述研究区域的总散射辐射量∑Difθ,α，
[0015] Difθ,α＝Rglb×Pdif×Dur×SkyGapθ,α×Weightθ,α×cos(AngInθ,α) 公式(3)[0016] 式中，Rglb为全球正常辐射量；Pdif为全球正常辐射通量的散射比例；Dur为进行辐射分析的时间间隔；SkyGapθ,α为天空扇区的孔隙度；Weightθ,α为该天空扇区与全部扇区的散射辐射量比值；
[0017] 步骤4，按照以下公式计算所述研究区域的总辐射量Globaltot，
[0018] Globaltot＝∑Dirθ,α+∑Difθ,α 公式(4)
[0019] 步骤5，地面点校正：利用
光谱仪在所述计算总直接辐射量和总散射辐射量的时间和在所述研究区域内，测定光谱及辐射强度，用以校正步骤4所获得的模型模拟数据，并将
太阳辐射换算为380～710nm
波长范围的植物光合有效辐射，计算如公式5所示：
[0020]
[0021] 式中，PAR为光合有效辐射，单位μmol·s-1·m-2；λ为波长，单位nm；A为由光谱仪测定的在λ波长上的太阳辐射，单位μW/cm2；h为普朗克常数；c为光速；NA为阿佛加德罗常数；
[0022] 步骤6，利用光合作用测定系统测定所述研究区域内涉及植被的光响应曲线，利用植被冠层分析仪测定叶面积指数LAI；
[0023] 步骤7，结合所述研究区域植被光合有效辐射的空间分布和所研究区域涉及的各种绿化植物光响应特征，计算一定时间内建筑物遮荫影响下的固碳能力降低水平，公式如下：
[0024]
[0025] 式中，BIco2为建筑遮荫影响植被吸收CO2的全天累积量，单位gCO2；t为日照小时序数；PARt为在t小时的剔除建筑遮荫影响的光合有效辐射；PAR’t为在t小时的受建筑遮荫影响的光合有效辐射；f为以光合有效辐射为自变量，以光合速率为因变量的函数映射；T取值为3600s；S为植被
覆盖面积，单位m2；LAI为叶面积指数；k为转换系数，取值为44×10-6g/μmol。
[0026] 本发明的有益效果在于：本方法将基于三维空间的太阳辐射分析与植物生理生态参数的测定相结合，通过建立一种建筑遮荫影响绿地光合固碳能力的评价方法，系统分析空间配置不均、形态各异的建筑物群在城市三维环境中对地面太阳辐射改变，并评估其对周边绿化植物固碳过程的影响水平，可为高效合理利用城市光能资源以及面向生态服务功能提升的城市绿地规划与设计提供相关的基础方法支持。
附图说明
[0027] 图1为本发明流程示意图；
[0028] 图2为
实施例中基于数字表面模型的太阳辐射强度分布图；
[0029] 图3为实施例中研究区域点位上
太阳光谱实测数据；
[0030] 图4为实施例中研究区域大叶黄杨的实测光响应曲线图。
具体实施方式
[0031] 下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
[0032] 本发明具体的说值一种高层建筑遮荫影响绿地光合固碳能力的评价方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0033] 步骤1，建立研究区域的数字表面模型，获取所述研究区域的地面起伏信息和所述研究区域的地表物体的位置及所述地表物体的面积；
[0034] 步骤2，研究区域的每个位置的总直接辐射量∑Dirθ,α为太阳图全部扇区的直接辐射量之和，对于每个质心位于天顶角θ和方位角α处太阳图扇区的直接辐射量Dirθ,α按照以下公式计算，
[0035] Dirθ,α＝Sconst×βm(θ)×SunDurθ,α×SunGapθ,α×cos(AngInq,a) 公式(1)[0036] 式中，Sconst为太阳通量常数1367W/m2；β为最短路径的全波段平均大气层透射率；SunDurθ,α为以天空扇区表示的持续时间，单位s；SunGapθ,α为太阳图扇区的孔隙度；AngInθ,α为天空扇区的质心与截面轴线之间的入射角；m(θ)为相对光学路径长度，其计算公式如下：
[0037] m(θ)＝EXP(-0.000118×Elev-1.638×10-9×Elev2)/cos(θ) 公式(2)
[0038] 式中，Elev为绝对高程；由步骤1的DSM数字表面模型提供；
[0039] 步骤3，每个位置的总散射辐射量∑Difθ,α为太阳图全部扇区的散射辐射量之和，对于每个质心位于天顶角θ和方位角α处太阳图扇区的散射辐射量Difθ,α按照以下公式计算，
[0040] Difθ,α＝Rglb×Pdif×Dur×SkyGapθ,α×Weightθ,α×cos(AngInθ,α) 公式(3)[0041] 式中，Rglb为全球正常辐射量；Pdif为全球正常辐射通量的散射比例；Dur为进行辐射分析的时间间隔；SkyGapθ,α为天空扇区的孔隙度；Weightθ,α为该天空扇区与全部扇区的散射辐射量比值；
[0042] 步骤4，将
叠加半球视域图的所有太阳图直接辐射量和所有天空扇区图散射辐射量相加，按照以下公式计算所述研究区域的总辐射量Globaltot，
[0043] Globaltot＝∑Dirθ,α+∑Difθ,α 公式(4)
[0044] 对研究区域的每个位置循环计算特定时间段内的总日照量，最终生成单位时间研究区域的太阳辐射，单位W/m2。
[0045] 步骤5，地面点校正：利用光谱仪在所述计算总直接辐射量和总散射辐射量的时间和在所述研究区域内，测定光谱及辐射强度，用以校正步骤4所获得的模型模拟数据，并将太阳辐射换算为380～710nm波长范围的植物光合有效辐射，计算如公式5所示：
[0046]
[0047] 式中，PAR为光合有效辐射，单位μmol·s-1·m-2；λ为波长，单位nm；A为由光谱仪测定的在λ波长上的太阳辐射，单位μW/cm2；h为普朗克常数；c为光速；NA为阿佛加德罗常数；
[0048] 步骤6，利用光合作用测定系统测定所述研究区域内涉及植被的光响应曲线，利用植被冠层分析仪测定叶面积指数LAI；
[0049] 步骤7，结合所述研究区域植被光合有效辐射的空间分布和所研究区域涉及的各种绿化植物光响应特征，计算一定时间内建筑物遮荫影响下的固碳能力降低水平，公式如下：
[0050]
[0051] 式中，BIco2为建筑遮荫影响植被吸收CO2的全天累积量，单位gCO2；t为日照小时序数；PARt为在t小时的剔除建筑遮荫影响的光合有效辐射；PAR’t为在t小时的受建筑遮荫影响的光合有效辐射；f为以光合有效辐射为自变量，以光合速率为因变量的函数映射；T取值为3600s；S为植被覆盖面积，单位m2；LAI为叶面积指数；k为转换系数，取值为44×10-6g/μmol。
[0052] 实施例1
[0053] 下面以北京高层建筑较密集的中央商务区为实例，通过评估该区域高层建筑对周围绿化植物大叶黄杨的固碳能力影响对本发明做进一步说明。
[0054] 1、基于
立体像对技术的数字表面模型(Digital Surface Model，缩写DSM)模型构建
[0055] 基于北京中央商务区的高
分辨率卫星立体像对影像，利用三阶有理函数模型和地面控制点进行相对定向和绝对定向，构建DSM数字表面模型，获取北京中央商务区的地面起伏信息和地表物体的位置及其面积。
[0056] 2、建筑物及绿地植物的矢量化
[0057] 在ArcGIS
软件平台中，利用高分卫星影像和DSM模型对研究区的不同高度、不同三维形态的建筑物及待评估的城市绿地植被进行遥感解译和矢量化，计算获得大叶黄杨覆盖面积为0.25ha。
[0058] 3、太阳辐射的计算
[0059] 基于DSM数字表面模型，利用上述公式1-4分别计算北京中央商务区各个点位在一定时间段内的太阳总直接辐射量及总散射辐射量，加合获得总太阳辐射量，本实例中计算了2014年7月1日全天太阳总辐射量，如图2。
[0060] 4、地面光谱数据的测定
[0061] 利用地面光谱仪，于2014年7月1日9：00-18：00每隔3小时在北京中央商务区进行地面太阳辐射光谱测定(如图3)，利用实测结果校正基于太阳辐射模型的计算值，并通过公式5对380nm-710nm区间的太阳辐射进行加和，计算获得研究区光合有效辐射分布。
[0062] 5、植被光响应曲线及叶面积指数的测定
[0063] 利用Li-6400XT便携式光合作用测量系统对北京中央商务区内典型灌木绿化植物大叶黄杨进行光响应曲线的测定，构建光合有效辐射与光合速率之间的定量关系(如图4)。利用LAI-2200C植物冠层分析仪测定北京中央商务区大叶黄杨的平均叶面积指数LAI，现场测定值为5.8。
[0064] 6、计算对于固碳能力的影响
[0065] 根据公式6，计算获得北京中央商务区内的大叶黄杨的在建筑环境中当天共吸收7.35kgCO2，在模拟的无建筑遮荫条件下当天吸收11.48kgCO2，BIco2即因建筑遮荫影响研究区大叶黄杨吸收CO2的全天累积量为4.13kgCO2。该区域因建筑遮荫导致大叶黄杨在分析日期当天固碳能力下降约36％。
