城市局地气候的可视化评估及分析

城市化进程的快速发展使得城市区域形成了独特的局地气候,为此,提出热环境评估模型与地理信息系统GIS相结合的气候评估方法,并选取空气温度Ta、热岛强度UHII以及室外空间的舒适性指标OUT-SET*作为评估参数.以广州市大岗北的规划区域为例,对多地块条件下的气候参数进行模拟计算和空间可视化分析.结果显示:在整个研究区域内,Ta全天平均值分布在27.73~29.96℃,UHII全天平均值分布在-0.48~2.2℃,OUT-SET*全天平均值分布在29.05~33.44℃,均体现出很大的空间差异性.对比土地利用分布图及绿地率与容积率的空间分布图可知,热气候参数与热舒适参数都不同程度地受到下垫面特性参数的影响.通过对绿地率、容积率与UHII、OUT-SET*进行线性相关分析可知,UHII与绿地率和容积率均有显著的负相关,相关系数为-0.433和-0.490;OUT-SET*与绿地率之间相关系数为-0.295,负相关较弱,而与容积率之间相关性系数为-0.79,负相关显著;气候适宜的城市空间规划,需要根据不同的气候评价指标和限度来合理均衡地配置下垫面特性参数.     

南京夏季城市局地气温时空变化特征

城市局地气候分区（Local Climate Zone,简写为LCZ）是一套用于城市气温研究的客观、标准、通用的局地热气候分类方法。基于LCZ方法对南京城市气温进行观测,分析了2016年夏季时段（7-9月）分布于南京城区至郊区的12个不同类型LCZ地块的气温时空变化特征,包括热岛日变化特征、平均热岛强度、日最高/最低温度差异、升温/冷却率差异。结果表明：各LCZ地块的热岛强度在日落后迅速增加,日落后3~5 h达到最大值,然后逐渐减小,这一现象与各LCZ地块的升温/冷却率变化特征相对应;城市化强度越高的LCZ地块热岛强度越大;午间部分地块出现城市冷岛现象;水域区（LCZ G）在白天有一定的降温效果,夜间则会产生热岛效应;各LCZ地块的夜间平均热岛强度差异明显,日最低气温差异显著高于日最高气温差异。     

城市下垫面对夏季微气候影响的测试研究

下垫面是形成微气候的关键因素,为了研究其对夏季城市局地微气候的影响机制,选择4种具有代表性的城市下垫面(沥青路面、混凝土路面、铺面砖地面、草地)作为研究对象,对下垫面热环境参数进行测量.分析了不同下垫面微气候特征和地表温度变化特征,以及下垫面地表温度和气象参数、物理性质的影响关系,对比研究了不同下垫面的微热环境影响,结果如下:不同下垫面地表上方空气温度、太阳辐射、相对湿度和风速共同构成的下垫面微气候环境存在差异,不同下垫面地表温度的日变化一般呈先上升后下降的单峰形态,沥青地表温度在全天均高于其他下垫面;气温、太阳辐射以及空气相对湿度与下垫面地表温度的关联性显著;材料热物理性质会影响下垫面地表温度表现,但影响程度不同,由高至低依次为热扩散率、比热容和反射率;四种下垫面热环境舒适度从高到低依次是草地、混凝土、铺面砖、沥青.本研究可为优化城市热环境设计提供科学依据.     

山地城市空间形态对热环境的影响

以重庆市为例,从城市空间形态分析了山地城市布局、下垫面的热辐射特性与山地风场分布特点,及其对山地城市热环境与热岛强度的影响。利用地表红外热像图,以夏季热环境实测数据分析了山地城市不同下垫面热场的分布。提出一些有利于减弱热岛效应的建议,可为山地城市设计及山地城市旧城改造提供指导。     

不同气象条件下济宁城市热岛效应的变化特征

利用1981—2013年济宁、兖州、嘉祥、汶上站逐日4个时次的平均气温、平均风速、降水量、云量和能见度资料,对不同天气条件下济宁市的城市热岛效应进行研究.结果表明:济宁城市热岛效应具有明显的月季变化特征和日变化特征,具体为冬半年明显高于夏半年,白天的热岛强度明显低于夜间,中午前后最弱;济宁市四季热岛强度的变化规律是冬季最强,夏季最弱,春秋居中,除秋季外均呈现缓慢上升趋势.在不同气象条件下,济宁城市热岛强度也存在很大差异,其中在晴朗无风气象条件下表现最为突出,平均值达到0.79℃,其昼夜变化幅度也最大;在降雨时城市热岛强度最小,平均仅有0.09℃,其昼夜变化幅度也最小;大于等于4.0 m/s大风天气和雾均多发生在秋冬季,且雾对城市热岛的形成和昼夜变化影响明显大于风对城市热岛的影响;在晴朗无风和大雾条件下,02时热岛强度最强,当有降水出现时,20时热岛强度最强,出现大风天气时,08时热岛强度最强,所有研究天气条件下,14时热岛强度均表现为最弱.     

城市局地气候分类的地表热岛效应

为研究城市形态和地表性质对城市地表热岛效应的影响,以西安市为例,基于Landsat8遥感影像和建筑矢量数据,采用局地气候分类(Local climate zone, LCZ)方法,对主城区进行LCZ划分.通过Landsat8遥感影像反演夏季地表温度,研究不同类型LCZ内地表温度的分布特征,同时选取14个地块分析地表热岛强度,通过计算建成区LCZ的城市形态参数分析城市形态对地表热岛效应的影响,采用的参数包括:建筑密度(Building surface fraction, BSF)、绿地率(Ratio of green space, GSP)以及下垫面粗糙度(Height of roughness elements, HRE).结果表明:建成区LCZ地表温度整体高于地表性质LCZ,但温度变化更稳定;建成区LCZ内,高密度的建筑区域地表温度高于低密度区域;地表性质LCZ内,水体温度最低,3种植被型LCZ地表温度低于其余两类LCZ,裸地温度最高;建成区LCZ地块内,高密度的高层建筑和较高的绿化率能够降低地表温度,缓解地表热岛强度;地表性质LCZ地块中水体和林地的地表热岛强度较低.在城市规划中合理的增加水体和绿化的布置,降低建筑密度同时在室外人流密集的区域设置遮阳设施将有利于缓解地表热岛效应.     

控规阶段的城区热环境评估分析软件

针对城市规划中的控制性详细规划阶段,将影响热环境的控规参数进行分类,并选用新标准有效温度、湿黑球温度、热岛强度作为热环境评估指标.在城市区域热气候预测模型的基础上,采用单因子变量的方法分析各控规参数对评估指标的影响,得到各评估指标的逐时简化计算模型,并与原计算模型进行对比验证.结果显示简化模型更为简便快速,具有较高的计算精度,并极大提高了运算速度.通过将数据导入、数据维护、图形展示、数据导出等模块与简化计算模型进行耦合,开发了城市控制性详细规划热环境评估软件,并对广州规划区域进行实例应用,得到4个测试地块的逐时热环境指标值(OUT-SET*、UHII和WBGT),并实现各参数的界面图形可视化.结果分析显示研究区域整体的OUT-SET*平均值分布在28~30.5℃,WBGT的最大值分布在29~30℃,地块1~3的UHII在0.4~1.2℃,而地块4则出现局地冷岛效应.不同地块的控规参数设置对热环境指标的分布有重要影响.     

城市热岛对热舒适度的景观格局影响演化分析

为明确城市热岛对热舒适度的空间格局过程的影响规律,给城市空间的合理规划布局提供理论支持,以1992—2011年天津市主城区为例,采用同季同时相的TM遥感数据和地面实测数据,基于人体舒适度和高温生理反应构建地表热岛对热舒适度的影响等级划分标准,划分成5个强度不同的影响区,进而利用景观格局指数评价方法进行分析．研究结果表明:热岛对热舒适度的影响区面积和强度都不断增大;二级影响区斑块破碎化,最大斑块面积减小,但其总面积却在升高,热岛影响无实质改善;引起人体不适应的三、四级影响区,斑块的数量与密度不断增大,总面积和最大斑块面积也迅速增加;热岛景观斑块的破碎化、斑块类型的混合、强热岛区的斑块连通度降低,都会改善热岛对热舒适度的影响;高层小区建设虽然节约用地,却增加了热舒适度的恶化总面积,并使局部热舒适度受影响等级异常增高．     

城市局地-建筑耦合气候评价模型的开发应用

利用数值计算方法研究建筑内部气候与城市局地气候之间的能量及物质传递关系,寻找热舒适与节能和环保之间的平衡点具有重要的意义.介绍了改进后生成的城市局地-建筑耦合气候评价模型的主要内容和计算方法,以上海地区为例,计算了一个理想化的高层办公楼区的局地气候参数,空调系统排热及室内外新标准有效温度TS*E等.结果表明,空调时间段内室外平均TS*E值受空调设定温度的强烈影响.当空调设定温度从28℃降至22℃时,空调排热平均值增加了193 W/m2,这个增值造成室外平均TS*E提高了约0.23℃.     

中小城市昼夜热岛强度变化及驱动因素研究

利用2014—2017MODIS地表温度8d合成产品(MOD11A2、MYD11A2),计算中小城市淮南市的热岛强度,运用灰色关联分析法,定量分析昼夜各驱动因素与热岛强度的关系。研究结果表明:1)淮南市昼夜热岛强度的四季变化均较为明显,存在差异;2)淮南市昼夜热岛强度的年际变化白天热岛强度大于夜间;3)昼夜热岛强度驱动因素与热岛强度关联度排序不同,昼夜关联度最大的分别是工业总产值和年平均风速;4)自然因素和人为因素共同影响淮南市热岛强度。     

街道层峡形态对夏季室外气温及热舒适的影响

为了研究南京典型夏季气候条件下街区层峡形态与室外气温及热舒适度的关系,采用参数化方法衍生设计出16个具有不同层峡形态的中心商业区（CBD）街区模型,利用建筑环境气温预测工具（STEVE Tool）进行数值模拟,计算得到各街区不同位置的24 h实际区域室外气温（θ_a）,并基于θ_a采用RayMan模型计算各街区中不同位置的24 h热舒适度（PET）.通过比较分析各街区不同位置区域室外气温与热舒适度的分布特征,得到街区层峡几何形态对区域室外气温及热舒适度的影响规律.结果表明：街区层峡高宽比与天空视角系数（Ψ_SVF）对区域室外气温及室外热舒适度均起主要的影响作用,但对气温的影响在白天与夜间呈相反趋势,对室外热舒适度的影响趋势全天较一致.     

城市规划实践中的热气候评价

为量化评价城市规划方案对城市热气候的影响,提出了适用于城市区域热气候预测模型的不同下垫面传热、蓄热和蒸发量计算方法.以北京地区某大型生态城规划项目为实例,引入城市区域局部温升作为评价指标.利用该计算模型和该指标,分析了规划方案实施前后该区域热气候变化程度,并与常规规划方案进行比较,说明在夏季高温、太阳辐射较大的情况下,...     

在城市规划实践中的热气候评价研究

首先介绍了城市区域热气候预测模型关于不同下垫面形式的传热、蓄热和蒸发量计算方法。以北京地区某大型生态城规划项目为实例,引入城市区域局部温升作为评价指标。利用该计算模型和该指标,分析了规划方案实施前后该区域热气候变化程度,并与常规规划方案进行比较,说明在夏季高温、太阳辐射较大的情况下,通过有效的规划设计（提高绿地和树木面积率、降低建筑能耗和减少建筑排热等）,可以显著缓解城市化过程对热气候的影响。     

城市住区室外热环境三维分布特征模拟——以杭州为例

选取杭州城西3个现实住区为模拟对象,应用室外水平与垂直气温实地观测与CFD数值模拟相结合的方法,量化模拟并比较在无风与微风条件下夏季不同建筑布局的住区室外热环境的三维分布特征.结果表明,在相似的下垫面特征、太阳辐射和建筑体表面热属性条件下,考虑导热和自然对流条件下室外模拟温度比仅考虑导热条件更接近于现实室外热环境,即相差幅度为1～3 ℃.在垂直方向上,随着高度的上升,室外热环境逐步由受下垫面导热的影响为主转变为受太阳辐射与自然对流影响为主,纵向气温变化幅度为2.0～2.5 ℃.在通常情况下,点式高层的住区室外热环境优于围合高层与行列式多层住区.     

夏热冬冷气候城市公共空间热环境季节特征

城市公共空间热环境是影响人们热舒适程度的重要因素。夏热冬冷气候城市公共空间的热环境在一年内会发生很大变化。在长沙市内选择3个典型公共空间（街道、公园和广场）进行长期热环境参数实测实验。通过对不同季节3个实测点的空气温度、相对湿度、黑球温度和风速4个重要热环境参数进行分析,获得夏热冬冷气候城市公共空间的全年热环境特征。研究结果表明：自然气候决定了城市热环境的基本特征,而城市物理结构是引起室外局部热环境发生改变的重要因素;受植物（乔木）和水体（湘江）的影响,沿江街道在全年大部分时间中空气温度显著较低,相对湿度较高,太阳辐射较弱;广场温度较高,太阳辐射较强。     

Enhanced geographic information system-based mapping of local climate zones in Beijing,China

Science China Technological Sciences - The vague urban-rural dichotomy severely restricts effective comparisons and communications among urban heat island studies. A local climate zone (LCZ) scheme...     

Outdoor thermal environmental research of the mountainous city by GIS

The study of urban outdoor thermal environment was carried out in one of the mountainous cities by using geography information system（GIS） technique which is connected with predicting and evaluating models for the outdoor thermal environment, monitoring data and simulating data. A prediction and evaluation system were set up. A typical mountainous city, i. e. , Yunyang city in Chongqing in China, was taken as an example, its urbanization trend and population growth was predicted and evaluated. The heat island intensity and its trend were simulated, the temperature field, velocity field and the humidity field were analyzed. The results show that GIS is an effective tool to deal with the outdoor thermal environment, especially for the mountainous cities with special geographical particularities. GIS can be used in the environmental management and the city planning especially for the mountainous cities.     

Analysis of Heat Environment Indexes Using Integrated Remote Sensing and Site Measurement Techniques in a Community

Remote sensing and on？site measurement are used to determine the heat environment within a community, and are compared the differences for heat analysis. The two methods perform differently for various underlying surfaces. The individual methods can detect different aspects of the heat environment, which used in combination are useful for heat island research. The differences in estimated air and surface temperatures are smaller in open space and more obvious for vegetated surfaces. Ventilation does not affect the difference between air and surface temperature in open areas, and the vegetation surface and shading moderates surface temperature more effectively than the water surface; The forest is a type of underlying surface with heat comfortable, in which the feeling of air temperature is much difference to the structure of heat environment that should be survey and detected separately. The two methods can be used to study different aspects of the heat environment, thus forming a comprehensive approach for planners in urban and rural spaces.