城市热岛空间格局及形态差异化调控策略研究——以广州市中心城区为例

深入研究城市热岛的空间形态差异性对认识城市热岛效应和改善城市微气候具有重大意义。以广州市中心城区为例,运用地域圈层的空间类型识别热岛空间格局,以局地气候分区法(LCZ)为基础提取典型热岛街区进行数据分析,并从用地类型、地表覆盖、建设强度3方面总结空间形态特征。研究表明:研究区由中心向外围呈现出"内外双高"的波浪形热岛空间格局;提取出4种典型热岛街区,分别为高密度居住类、工业类、高密度服务类和设施农业类;建筑密度的两极化、工业用地占比高、不透水地表比例高和植被覆盖率低是造成研究区强热岛的主要原因。基于此提出具有可操作性的形态差异化调控策略,丰富城市热岛空间形态差异性研究成果,为中国湿热地区的城市生态规划建设提供借鉴。     

多种城市地表形态的局地气候分析

为了有效地分析不同城市地表形态的局地气候特性,本文选取了6种具有典型城市地表形态的局地区域作为研究对象,利用定点气象参数监测与受试者对局地空间环境的主观热感觉评价相结合的方法,对6种局地空间区域内部的风速、黑球温度、空气温度、相对湿度进行了分析,并进一步讨论了局地热岛强度(UHII)与群众"适中"感觉比率(TMR)的差异性。研究结果表明:不同城市地表形态所产生的局地气象参数有着显著的差异,且各测点的UHII值分布在-0.5~3.5℃之间,TMR值分布在10%~35%之间,其中,紧凑高层建筑区有助于形成城市"冷岛效应"并提高居民热舒适感觉。在地表形态特性参数中,地理粗糙度等级对局地气候影响最大,适当地降低天空角系数、表面吸热量、表面反射率,且适当提高街道高宽比、建筑平均高度、地理粗糙度等级有利于可持续生态环境的建设。     

局地气候区框架下的城市热岛特征及缓解策略——以郴州市为例

局地气候区提供了标准化的城市空间分类框架,在明确局地气候与城市空间形态关系、沟通跨学科的信息等方面有重要作用。以郴州市为例,首先计算、叠加和聚类8个局地气候区指标,获得局地气候区图,然后进一步分析夏季高温月份中不同局地气候区类型的地表温度和热岛强度的时空特点,以及局地气候区指标与平均地表热岛强度之间的关系。最后,从热岛重点控制单元、重点控制局地气候区类型和局地气候区指标3个层面提出缓解城市热岛的规划策略。研究发现,在200m×200m的栅格精度下,郴州市的核心区域以紧密中层(LCZ-2)和紧密低层(LCZ-3)居多,开敞中层(LCZ-5)和开敞低层(LCZ-6)通常出现在核心区外围,紧密高层(LCZ-1)和开敞高层(LCZ-4)数量较少。在夏季高温季节,建成环境型LCZ的平均地表温度明显高于自然环境型,紧密型LCZ-1-3和工业型LCZ-8B的地表温度和地表热岛强度较高。大面积的生态冷源集中在风景名胜区(LCZ-A),其他自然环境型(LCZ-B-D和LCZ-G)在建成区内形成若干小冷源。不透水率、植被覆盖率、天空视域因子与平均地表热岛强度的相关性较高。局地气候区图有助于确定城市热岛缓解...     

基于LCZ的广州夏季热岛强度特征分析

城市局地气候分区(Local Climate Zone,LCZ)是按照一定指标对城市空间分区研究城市热环境的通用方法.基于LCZ理论,甄选出广州市9个不同类型的LCZ地块进行空气温度实测,分析多个典型气象日下不同LCZ地块的热岛强度时空特征、气温变化特征和升温冷却率差异.结果 表明:各LCZ地块热岛效应呈现明显的昼弱夜强的日变化规律,日出后逐渐变弱,中午最弱,且部分城市形态区域出现"城市冷岛"的现象,在日落3～5h达到最强,超过4℃;各LCZ地块平均热岛强度夜间差异明显,在0.5～2.3 ℃之间,建筑密度与热岛强度呈正相关.白天差异较小,均在0.5℃左右,高宽比过高的LCZ 1因建筑相互遮阴白天形成"城市冷岛",LCZ A"城市冷岛"效应明显;各LCZ地块日低温差异显著高于日高温差异,且热岛强度日变化特征与升温冷却率变化特征一致.     

局地气候区改变对城市地表热岛强度的影响

统计了地中海气候范围内的米兰、贝鲁特与伊斯坦布尔2000年以及2020年城市发展变化。借助局地气候区系统,探索分析了城市地表热岛强度(Surface Urban Heart Island, SUHI)的时空变化分布。局地气候区框架直观地展示了城市空间形态的变迁,同时更有针对性地表征了地表热岛强度的区域变化特点,为地表热岛强度的缓解提供有效参考依据。结果表明米兰的城市扩张范围最小,产业升级造成的工业园区(LCZ8)更新是城市过去20年来的主要变动,LCZ 2与LCZ 3对LCZ 8的替代创造了更多的人工排热,使当地地表热岛强度平均提升了1.2℃。贝鲁特的扩张规模是3座城市中最大的,其建成类局地气候分类面积提高了约8%。伊斯坦布尔海岸沿线与近郊出现快速城市化的趋势,近郊的建筑密度不断提升,区域内平均提升了1.3℃。总体来看,在夏季地中海城市,与工业排热相比,人工排热也会使区域产生强烈的地表热岛效应。伊斯坦布尔的结果证明了千万人口城市中的局地气候区变化会产生更强烈的地表热岛强度。大都市的交通排热也是影响城市热环境的重要因素。3座城市展示了不同发展阶段下城市面临的热岛效应问题,研究城市变迁将为...     

城市街区形态对热岛强度及能耗的影响

城市化进程的快速推进,带来城市街区由单一低密度形态向多样高密度形态发展,引起街区下垫面构成、通风性能及得热状况等因素变化,进而影响城市热岛现象和建筑能耗。以上海地区10个区县气象站点近邻街区为例,通过调研统计绿化率、建筑密度、容积率等特征参数,研究各参数与城市热岛效应之间的关系;并以某一典型办公建筑为例,探究不同街区形态特征参数对建筑能耗的影响和关联程度。研究结果表明,城市热岛效应与建筑密度、容积率和绿化率等参数有很大的相关性,由于街区形态参数不同,建筑在城市中心区的冬季设计热负荷指标相比郊区可减少1.5%~5%,且热岛强度每增加1℃,建筑冬季采暖能耗指标相比郊区平均降低5.04%。     

超大城市行政区气候环境敏感性多尺度 影响机制可视化与对策研究——以北京市 丰台区为例

气候环境研究具有多尺度层级的特征，城市气候环境改善需要从不同尺度关注不同层面问题，已有诸多研究成果表明，城市物理环境对气候改善具有决定性作用。以存量时代城市更新改造为背景，从“多尺度”视角切入，重点关注城市气候环境改善在不同尺度层级的途径与方法，共同指导城市更新改造的具体操作。以北京市丰台区为研究对象，利用城市环境气候地图分析城市片区内气候环境敏感性分级。首先，对建成环境影响要素进行综合分析，结果显示，丰台区中部气候环境敏感性高的区域，其建筑密度大、建筑高度高、植被覆盖率低、路网密度高。其次，引入网格化分割降级气候环境分析尺度，将敏感单元落在城市街区尺度内，研究得到丰台区5个气候高敏感片区，其中4个为批发市场城市功能，具有典型性。最后，针对典型敏感片区建成环境特征，总结街区改造策略，提出多尺度气候环境分析的重要性，以及基于微气候改善的精细化途径，这是存量时代城市应对气候环境变化的有效方案。     

基于多源数据的街区形态要素对地表热环境的影响测度与 贡献评估

近年来，受全球气候变暖与快速城镇 化的叠加影响，城市极端高温频发，热环境问 题凸显，严重威胁到城市人居环境质量。城市 形态是影响热环境时空分布的关键因素，如何 通过优化形态要素缓解城市高温问题，降低 城市热浪风险已成为当前学界关注的热点问 题。本研究以西安市主城区410个街区单元为 研究对象，重点关注地表热环境，利用遥感影 像数据、建筑矢量数据、谷歌地图数据，通过 ENVI地表温度反演、ArcGIS空间统计分析、 Fragstats景观格局分析等方法量化了研究区 内地表热环境时空变化特征，并从“二维地表 覆盖—三维空间组合—景观格局特征”三个 维度对街区形态要素进行系统描述，在此基 础上，引入主成分分析方法科学评估了各形态 要素对地表热环境的贡献。研究结果表明：第一，2000—2019年西安市热岛由中心向周边连片式蔓延，一般高温区为商业密集区（如钟楼、小 寨等）、集中工业物流区（如北部工业区、西部物流仓储区、西南部工业区等），低温区为城市公 园、绿地水体周边，总体而言，西安市热环境延展方向与城市扩张方向基本吻合；第二，2000— 2019年研究区内平均地表温度上升7.29 ℃，平均热岛强度上升3.15 ℃，约99.7%为热岛区，总升 温量达3 491.84 ℃/km2 ，其中四级、五级热岛强度区逐年递增，一级、二级热岛强度区逐年减 小，整体升温效果显著，热岛效应不断增强；第三，二维地表覆盖、类型水平景观格局是影响地 表热环境最为主要的两类主控因素，指标权重占比为36.64%、35.50%，其中建设用地占比、建筑 密度正向影响突出，贡献度为0.658、0.319，绿地占比负向影响最大，贡献度为-0.718。建筑高度 变异度、孔隙率、天空开阔度等三维空间指标的贡献则相对较小，该类指标权重仅占9.39%。本 研究结果可为优化城市形态改善局地热环境，缓解其负面效应提供重要科学依据。     

城市局地气候区的构建及其城市功能形态特征分析

随着近年来极端气候现象的频繁出现,城市热岛效应等气候环境问题越来越受到重视。然而,当前便于城市规划应用的气候研究成果仍然十分有限。局地气候区框架基于城市形态,对城市表面的气候响应能力进行区分,为城市规划与气候信息的衔接提供了新的契机。本文以武汉为案例城市,构建城市局地气候分区图,对分区结果进行了优化和验证,并分析了武汉局地气候区的空间分布特征及其重点类别的城市形态与功能特征。经研究发现,局地气候分区框架在城市内部街区尺度上,对城市热环境异质性具有良好的区分能力。该框架中各类别用地的形态特征和功能特征揭示了其在气候敏感性城市规划与设计中的应用潜力与价值。     

基于WUDAPT方法的成都市局地气候分区地图构建及其规划应用研究

城市的快速发展带来一系列城市环境问题,包括城市气候环境的改变,特别是导致城市热岛效应加剧。然而城市规划与发展中对城市气候信息的应用非常有限,主要原因之一就是城市发展与其对城市气候的影响之间缺乏联系。局地气候分区理论的提出弥补了这一不足,通过对城市形态的物理特征建立标准化和定量的描述方法,重新定义了城市热岛。世界城市数据库和访问门户工具(World Urban Database and Access Portal Tools,WUDAPT)提供了一种收集城市形态信息以创建局地气候分区地图的简便方法。本文以成都市为例,初步构建局地气候分区地图,探讨其规划应用的可能性,为气候敏感性城市规划提供依据和参考。     

基于CFD-ENVI-GIS的西安市老城区气候图编制方法研究

西安市作为我国西北地区的中心城市,城市快速发展引发了热岛、雾霾和静风等气候问题,亟需对其气候环境进行深入分析和评估,进而为城市发展和管控提供依据。该文以西安市老城区为研究对象,以生理等效温度为评价标准,在ENVI和CFD平台上依次分析了热环境和风环境,并运用RayMan定量评估了气候现状,同时使用GIS量化分析老城区的通风和散热潜力,最终整合气候现状及气候潜力形成西安市老城区城市气候图:城市气候分析图综合了气候现状和气候潜力,将老城区划分为8类气候分区,明确了气候环境特征及其存在的问题;城市气候规划建议图综合考虑了城市气候分析图及可利用的自然资源,在老城区保护规划限制下划分了4类规划建议分区并提出各分区的改善建议。     

空间形态高度异质性城市LCZ地图制作方法研究

城市气候问题随着全球气候变化和城市化进程加速而日趋严峻。空间形态高度异质性发展的大中型城市,亟需精细化的气候分区以指导城市气候工作。局地气候分区(Local climate zone,LCZ)满足这一需求,而基于免费易获取影像的遥感影像法是制作LCZ地图的主流。以广州为例,本文系统对比了现有遥感影像法制作LCZ地图的性能表现,发现现有方法精度不高,总体精度在70%以下。为此,本文结合分层分类法和图像监督分类法的优势提出一种新方法。新方法综合使用影像原始波段DN值和若干归一化差值型指数,以及神经网络算法分类结果等多种数据信息。对比发现,新方法的总体精度提高,达到84%,Kappa系数为0. 82,其中建成类型分类精度的提高最为显著。新方法可用于空间形态复杂城市的气候分区,为城市热岛、城市规划、建筑节能和室外热舒适等城市气候相关工作提供基础。     

基于通风廊道的高密度历史街区热岛缓解策略

大连历史街区高密度特征愈发明显,景观轴线和绿地逐年消失,热环境面临着严峻的挑战。基于遥感及地理信息系统技术计算出其热岛强度(UHII)为5.257℃,为了制定城市设计的热岛缓解策略,计算了迎风面积指数(FAI)、可视天空系数(SVF)、植被覆盖度(NDVI)、不透水盖度(NDISI)等城市与建筑形态指标;分析了它们与UHII之间的定量关联。据此提出恢复历史景观轴线兼做通风廊道、建设透水地面和立体绿化,从而改善历史街区景观及宜居性的热岛缓解策略。对定量研究建筑形态、改善高密度城市热环境、提升历史街区空间品质和活力提供了一种思路和方法。     

湿热地区高层住区热环境设计参数对热岛强度的影响研究

减缓住区热岛强度是绿色建筑和生态城市建设的重要内容。以往研究从局部和整体层面对湿热地区住区气温及热岛强度展开测试和研究。本文以广州高层住区为例,在夏季晴热天气条件下开展住区现场实测。测试指标主要包括郊区、城区和住区的气温以及住区热环境设计参数。文章从城区、住区、测点三个尺度,分析探讨气温和热岛强度的变化特征以及形成机制。研究指出,以郊区气象站为基准计算住区热岛强度,因受所在城区局地热岛强度的影响,无法合理评价不同住区热环境设计的优劣,而以城区气象站为基准,可避免局地热岛的干扰,计算和评价更为合理。热环境设计参数,即天空角系数、阴影率和叶面积指数,是影响住区和测点热岛强度的关键因素。热岛强度的定义应取同一尺度或相邻尺度空间的气温差。     

基于局地气候分区理论的城市形态及其热岛量级研究

局地气候分区(Local Climate Zones,LCZ)理论将城市热气候的原理转译为友好易读的城市形态语言,可促进气候学知识更好地用于城市规划与设计。定性分析成都市中心城区的LCZ空间分布,选取典型的LCZ样本并定量分析其形态特征;基于流动观测分析城市热岛量级的空间分布并比较各类LCZ样本在不同季节代表性时段的局地热岛量级;探讨基于LCZ理论的气候敏感型规划与设计思路。     

城市局地气温对建筑冷负荷的影响

局地气候区(Local Climate Zone,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。对南京9个不同类型LCZ地块的近地气温进行实测(2016年07月22日至2016年09月30日),然后结合EnergyPlus软件分析局地气温对典型居住建筑和办公建筑冷负荷的影响。结果表明:1)热岛强度夜间显著高于白天;对于整个研究时段的夜间平均热岛强度,紧凑建筑区最高(1.8～1.9℃),其次是开敞中高层建筑区和重工业区(1.4～1.5℃),低层建筑区为0.9～1.1℃;稀疏建筑区最低(0.3℃);热岛强度在少云弱风的典型天气条件下更高;2)与采用郊区气象参数的基准案例相比,整个研究时段各LCZ地块居住建筑的累积冷负荷增幅为8%～17%,办公建筑的累积冷负荷增幅为4%～7%;典型天气条件下的夜间时段各LCZ地块的居住建筑累计冷负荷增幅为8%～26%。     

以缓解热岛效应为导向的气候适应性城市研究

研究以我国快速城市化进程中的成都市中心城区为例,借助Landsat遥感影像数据进行地表温度反演,利用局地气候分区（LCZ）理论,在分析成都市中心城区日间和夜间热环境空间结构的基础上,从城市发展格局、土地利用、绿地系统、城市公共服务设施和城市剖面五个方面,结合局地气候分区理论,对城市的空间形态与热岛效应的关联性进行研究分析,从而探索不同规划设计要素对城市热环境的影响。同时,进一步探讨城市空间布局优化方案,探寻适用于缓解城市热岛效应的多视角、多尺度的城市设计研究框架。     

WUDAPT项目：城市形式与功能信息的众包解决方案及其应用

面对全球城市气候研究中的数据鸿沟,一个城市气候领域的先锋研究小组提出了WUDAPT项目以克服获取城市数据的障碍。文章基于“众包”理念,从城市形式与功能信息收集的视角,介绍了WUDAPT项目的概念和数据分级,分析了城市尺度（0级）、街区与建筑尺度（1、2级）的数据收集与应用的研究进展。文章指出WUDAPT将促进基于城市气候视角的城市形态研究方法的重大转变,并探讨了其在气候敏感型城市设计与规划中的应用潜力。     

基于多用途建筑区域热气候预测模型的城市气候图研究初探

为了对室外人居环境进行良好的预测和评价,克服CFD数值模拟等其他模拟方法在解决城市气候图问题时存在的局限性,该研究采用已研发的多用途建筑区域热气候评价模型,以深圳国际低碳城热环境为对象,针对夏季最热月情况初步形成区域热环境城市气候图。该文结合规划专业技术,对空间参数和下垫面信息进行归纳和简化,讨论了区域内夏季不同室外环境参数气候图的分布规律和彼此的相关性,分析了城市气候图中差异性较大地区的主要成因并提出宜采取的相应改善措施。研究结果表明:深圳国际低碳城内部建筑和人员活动密集的中部区域和林地为主的周边区域呈现出截然不同的热气候规律,前者比后者气温高约3.5℃,含湿量低1 g/kg左右,人为排热量密集的地块可达到160 W/m2以上;热舒适性指标SET*在中部区域呈现出相对较低的水平,平均比周边区域低1.5℃左右,但部分局部地块超过了30℃,需要进一步从规划的角度优化自然资源配置,调整建筑布局。     

基于局地气候区的武汉市老城区调研研究

文章基于对武汉局地气候区图的研究。在研究局地气候区绘制时必须基于对武汉城市形态特征的了解,确定局地气候区的各类型区。因此文章主要对武汉市城市结构最复杂的汉口老城区,通过操作无人机对武汉市老城区拍摄了可以表现老城区城市形态的照片,加上部分走访调查,再结合实景地图最后得到了详细调研结果,部分局地气候区类型可据此增加或删减以使局地气候区的预设类型的确定更准确,从而得到更精确的局地气候区图。更好地响应国家零碳建筑的政策,将武汉市城市规划设计和气候结合起来。城市形态信息对于城市气候应用、城市规划和设计以及未来城市生活环境的改善至关重要。特别是在发展中国家,需要高精度和可靠的城市地形图。本研究得到的LCZ图规划和设计建议,有助于全球城市气候与城市规划研究。