绿化对室外热环境影响的模拟研究
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城市绿化对城市气候环境的影响研究城市是人类居住、生产和交通的主要场所,而城市化进程的加快导致城市面积越来越广,人口密度越来越大,空气和环境质量也越来越成为人们关注的问题。
城市气候环境的人类活动是其中主要因素之一,而城市绿化是改善城市气候环境的重要途径之一。
城市地区因为人口密集,排放的废气排放和热量产生都十分巨大,加上城市建筑几乎不会有太多的收光空间,也难以自然地热量排放或者收光,这也导致了城市的热岛效应。
热岛效应是城市气候环境中的一个常见和严重的问题,它指的是城市相比于周边的农村地区,城市的气温明显更高的现象。
热岛效应的产生是因为城市表面的建筑物反射太阳光能而产生一个铁热石的效应,热量聚集会形成一个恶性循环,从而造成光照下,城市的混凝土、带测、道路、车流以及焚烧等人为因素会使得热量不断积累并恶化,而在天气炎热,风向不大变化的情况下,又极易导致城市大气中的颗粒物、臭氧,甚至是二氧化碳的累积污染,影响人们的身心健康。
现代城市绿化理念的提出是市政府和科学家共同努力的成果,它指的是通过种树、绿篱、花坛、草坪等方式,增加城市绿地的面积,降低城市人工物面积的比重来达到改善城市气候环境的目的。
绿化工程不仅包含城市公园、城乡结合带、广场、绿化景观,甚至还可以是公建的屋顶以及不同的公共施设设施,旨在提供人们生活所需,但同时也正反馈到自然和社会环境中。
通过营造大量的绿地来缓解城市热岛效应,将影响空气质量的能量消耗尽可能地减少,这对城市环境都有着十分积极的影响。
通过绿化区域的营造,可以为城市街道和城市中心商区提供舒适的环境。
不仅可以引进新的植物栽种、增加城市树木的数量、创造出新的公共空间,甚至在自然中构筑出具有一定规模的沙漠植物和海岸线植物园,而这些绿地类型也能够有效地稳定城市的生态系统平衡,使之能够逐渐慢慢回暖享受景致。
所有的这些工作都有望在城市的气候环境和空气质量方面产生十分明显的改善。
绿化对室外热环境影响的研究随着城市化进程的加速,环境问题日益凸显。
其中,热环境与人类生活密切相关,对人体健康和舒适度产生重要影响。
绿化作为城市规划中的重要手段,对改善城市环境和调节微气候具有积极作用。
本文将探讨绿化对室外热环境的影响,以期为城市规划和建设提供理论依据和实践指导。
植被通过遮挡太阳辐射、增加表面蒸发等方式,可有效降低地表和空气温度。
研究表明,绿化覆盖率与当地温度呈负相关关系,植被越丰富,空气温度越低。
在夏季高温时段,绿地的气温比非绿地低5-6℃,使得城市环境更加宜人。
植物通过蒸腾作用不断向空气中释放水分,使得周围空气湿度增加。
研究表明,绿地的相对湿度比非绿地高10-20%,有助于缓解炎热夏季的干燥感。
同时,湿度增加也有利于改善人体的热舒适感。
城市中的建筑物和道路等地表特征会改变风向和风速。
通过合理规划绿地,可以引导风向、减少风速,从而减缓城市“热岛效应”。
绿地中的植被还能有效地降低地表的温度变化幅度,减缓热压,改善人体对高温的感知。
以某城市公园为例,该公园在设计过程中充分考虑了绿化的作用。
公园内种植了大量的乔木、灌木和花卉等植被,形成了多层次、多功能、立体化的绿化体系。
在夏季高温时段,公园内的温度比市区低3-5℃,湿度增加10-20%,风速减缓20-30%。
这表明绿化在改善城市热环境方面具有显著效果。
绿化作为城市规划的重要手段,对改善城市环境和调节微气候具有积极作用。
通过降低空气温度、调节湿度、减缓风速等手段,绿化对室外热环境产生显著影响。
合理规划和配置绿地,可以有效地缓解城市“热岛效应”,提高城市居民的热舒适度。
在实际的城市规划和建设中,应充分重视绿化的重要性,结合当地的气候条件和地理特点,制定科学合理的绿化方案,以实现城市环境的可持续发展。
随着全球气候变化的日益加剧,湿热地区的气候条件变得更加复杂和恶劣。
建筑组团作为城市的重要组成部分,其室外热环境受到绿化体系的影响已成为研究热点。
城市绿化对热岛效应的影响研究一、引言随着全球城市化的不断发展,城市热岛效应问题日益突出。
热岛效应指的是城市地区温度较周边农田或乡村地区显著升高的现象。
这一现象对城市居民的生活质量和健康有着重要影响。
为了减缓城市热岛效应,城市绿化成为了重要的研究方向,本文旨在探讨城市绿化对热岛效应的影响以及相关研究进展。
二、城市绿化对热岛效应的缓解作用1.植被的蒸腾作用城市绿化通过增加植被覆盖率,能够增强植物对太阳辐射的吸收,并通过蒸腾作用释放水汽,降低空气温度。
这种作用可以有效减缓城市地区的热量积聚,从而降低热岛效应的程度。
2.绿色空间的遮阴效果城市中的公园、花坛、林荫道等绿色空间具有显著的遮阴效果。
这些绿色空间能够减少直接阳光的照射,降低地表温度。
同时,绿色空间也能吸收部分热量,起到缓冲热岛效应的作用。
3.减少热源排放城市绿化的另一个重要作用是通过吸收和固定大气中的有害气体,减少热源的排放。
绿植吸收二氧化碳等温室气体,同时释放氧气,改善城市空气质量,降低空气温度。
三、研究方法与进展1.用遥感技术研究城市绿化的空间分布遥感技术可以通过对卫星图像的解析,评估城市中绿化覆盖的分布情况。
研究人员利用遥感技术,可以精确测量城市中不同区域的绿化率,并通过比较不同地区的温度差异,揭示城市绿化对热岛效应的影响。
2.模拟实验研究城市绿化的热效应研究人员可以利用计算机模拟方法,构建城市绿化模型,并对比不同绿化程度下的温度分布。
通过模拟实验,可以量化不同绿化方案对热岛效应的缓解效果,为城市规划和设计提供科学依据。
3.实地调查与观测研究人员还可以通过实地调查和观测,对城市中的绿化效应进行定量分析。
通过设置观测点,记录不同地区的温度变化,并与绿化率进行对比,以验证城市绿化对热岛效应的影响。
四、城市绿化的实践意义与建议1.加强城市规划中的绿化要求城市绿化对热岛效应的缓解作用已被广泛认可,因此在城市规划中应加强对绿化的要求。
政府和开发商应积极推动建设公园、绿地和城市森林等绿色空间,以提高城市的生态环境和人居舒适度。
城市绿地与城市热环境近年来,由于城市化进程的不断加快,城市热岛效应问题日益凸显,城市绿地的重要性也日益受到人们的重视。
城市绿地不仅能够起到美化城市景观的作用,还能够改善城市热环境,提升居民的生活质量。
本文将从城市绿地对城市热环境的影响以及城市绿地的建设与管理等方面进行探讨。
首先,城市绿地对城市热环境的影响不可忽视。
城市中的建筑物和道路等硬质表面具有较高的反射率和辐射率,容易吸收和储存大量热能,导致城市热岛效应的形成。
而城市绿地则能够发挥良好的遮阳和蒸发降温的作用。
植被覆盖能够有效地吸收和消散太阳辐射,减少热量的吸收,从而降低了地表和周围空气的温度。
同时,植被通过蒸腾作用释放大量的水蒸气,使周围空气湿度增加,进一步促使温度下降。
因此,在城市中合理增加绿地面积和植被覆盖率,可以有效降低城市的温度,改善城市热环境。
其次,城市绿地的建设与管理也是影响城市热环境的关键。
在城市规划和建设过程中,应充分考虑绿地的布局和分布,合理划定不同类型和功能的绿地空间。
公园、广场和行道树等都是重要的城市绿地形式,它们具有较大的绿化面积和良好的阻隔及降温效果。
此外,绿地的建设与管理也需要注意保护和培育植被,推行生态养护,提高绿地质量。
选用耐旱、抗污染和适应性强的植物品种,合理配置水源,采取科学施肥和定期修剪等措施,确保绿地的生态功能和环境效益。
此外,城市绿地的建设还应注重提升其生态服务功能。
城市绿地不仅可以减少热岛效应,还能够净化空气、调节水循环、保护生物多样性等。
例如,合理布置湖泊和湿地绿地,可以起到蓄水和调节降水的作用,减少城市积水和洪涝灾害的发生。
同时,湿地绿地还能够净化污水和雨水,提升水质;湖泊和河流等水域绿地则能够提供栖息地,保护水生生物的生存环境。
因此,在城市绿地的规划与建设中,要注重提升其生态服务功能,更好地满足人们的需求,实现可持续发展。
最后,城市绿地的建设与管理需要社会各界的共同参与与合作。
政府、企事业单位、社区居民等都应该发挥各自的作用,共同推动城市绿地的建设与管理。
景观设计要素对室外热环境的影响探究随着城市化进程的加快和气候变化的影响,室外热环境的问题越来越引起人们的关注。
而在城市景观设计中,景观要素作为城市环境的重要组成部分,对热环境的影响不可忽视。
本文将探讨景观设计要素对室外热环境的影响,并从树木、水体、建筑和地面材料等角度进行分析和探讨。
一、树木对室外热环境的影响1. 降温作用树木作为景观设计的重要要素之一,具有明显的降温作用。
树木的树荫可以遮挡阳光,减少热辐射和紫外线辐射,降低气温。
树木通过蒸腾作用可以带走部分热量,使周围空气温度下降,提高人们的舒适度。
2. 绿化带来的纳凉感树木的绿叶和树荫给人一种清凉的感觉,可以增加人们在户外活动的舒适度。
在城市中布置绿化带和绿地,可以有效改善城市的热环境,减少热岛效应,提高城市的适宜度。
3. 调节空气湿度树木的蒸腾作用可以增加空气湿度,改善干燥的气候环境。
调节空气湿度对于改善人们的舒适度和健康有着重要的作用。
1. 降温效应水体可以在一定程度上降低周围的气温,尤其是在夏季高温的情况下,水体的蒸发可以带走部分热量,从而降低周围的温度。
2. 增加湿度水体的蒸发可以增加周围空气的湿度,改善干燥的气候环境。
在城市中布置喷泉、水池等水体景观可以有效改善城市的热环境。
3. 视觉舒适度水体景观在城市中具有一定的视觉舒适度,人们在水边散步、观赏水景可以增加人们的舒适感,提高城市环境的宜人性。
1. 遮挡阳光建筑的布局、高度和朝向对周围环境的影响非常显著。
合理的建筑布局和遮阳设施可以减少阳光直射地面,减少热辐射,降低室外温度。
2. 通风透气建筑的通风透气设计可以增加周围空气的流通,降低建筑周围的温度,提高室外环境的舒适度。
通风透气设计还有助于减少雨水积聚,改善城市的排水系统。
3. 增加阴凉场所建筑的庇荫、凉亭等构筑物可以提供人们在户外休息的场所,增加城市的宜人性和舒适度。
1. 反射热辐射地面材料的颜色、质地和反射率对周围环境的影响非常显著。
景观设计要素对室外热环境的影响探究景观设计要素是指对于室外环境的美化和改造所使用的设计元素和手法,包括植物、水体、建筑、地形、材料等。
在室外热环境中,景观设计要素对室外热环境有着重要的影响。
本文将就植物、水体、建筑、地形和材料等几个方面展开探究。
植物作为景观设计的重要要素,对室外热环境有着重要的影响。
植物的树冠能起到遮阳降温的作用,形成绿色的阴凉空间。
植物本身的蒸腾作用能够有效地降低空气温度,并且能通过调节湿度、释放氧气等作用改善室外热环境。
植物的绿色能够起到减少热岛效应的作用,吸收并反射太阳辐射,减少热量的吸收,降低周围环境的温度。
水体也是影响室外热环境的重要要素之一。
水体的蒸发作用能够降低空气温度,并且形成湿润的环境,减缓热辐射的传播。
在炎热的夏季,人们常常会在水边或水景处感到清凉和舒适。
水体还能通过反射太阳辐射的方式,减少周围环境的热量吸收。
合理地引入水体作为景观设计要素,能够有效地改善室外热环境。
建筑作为室外热环境的重要组成部分,对热环境有着重要的影响。
建筑的高度、形状和材料等因素都会影响周围环境的热量吸收和散发。
建筑的高度和形状决定了阳光的照射角度和时间,从而影响了周围环境的温度。
建筑的材料对热环境也有很大的影响。
白色和浅色的材料能够减少热量的吸收,避免过度的热量积聚。
合理设计建筑的遮阳设施也能起到遮蔽阳光的作用,改善室外热环境。
地形也是影响室外热环境的重要因素之一。
地形的起伏和高低会影响到阳光的照射角度和时间。
在山坡地形中,水会通过重力作用流向低洼处,形成溪流和瀑布等水景,为周围环境降温提供了条件。
地形的起伏也能够改变风的流线,增加空气的流动性,减缓热辐射的传播,改善室外热环境。
材料也是影响室外热环境的重要要素之一。
材料的颜色、光反射率和热传导率等特性都会影响材料表面的温度和热量的传导。
浅色和反射性较强的材料能够减少热辐射的吸收,降低表面温度,改善室外热环境。
而热传导率较低的材料能够减少热量的传导,降低室外热环境的温度。
城市绿化对城市热环境的影响随着城市化进程的加速,城市化率不断提高,城市的面积也在不断扩大,但是城市中大量的混凝土建筑和人工硬化地面让城市环境变得越来越热,城市热岛效应越发明显。
热岛效应是指城市地表温度高于周围农田和郊区的现象,造成的后果就是人们会感觉到城市炎热、闷热,空气中的污染物也会增加,给人们的身体健康带来危害。
城市绿化就是一种化解城市热岛效应的有效措施。
本文将从城市绿化的角度来探讨城市绿化对城市热环境的影响。
第一,城市绿化可以增加城市湿度。
城市建筑面积不断增加,人工硬化面积增多,土地裸露,导致蒸发量减少。
城市绿地的出现可供植物生长,也许会增加土壤水分含量,同时植物蒸腾的水分又会带出来湿度,从而提高城市绿地的湿度。
大面积的植被可以形成水循环系统,导致城市中的降雨量增加,这样就更容易形成较高的湿气氛围,减少空气中的干燥感,让人们感觉到更加舒适。
第二,城市绿化改善空气质量。
城市中污染物的废气排放不断增加,城市绿化可以吸收这些废气,像二氧化碳、氮氧化物等,降低空气中的污染物浓度。
树木和草本植物通过吸收和分解空气中的污染物,不仅会净化空气,同时也会散发出清新的氧气。
其他的一些植物还能分泌负离子,这个可以有效地对抗空气中的静电及其带来的有害影响,同时对身体的健康也有好处。
第三,减少城市热岛。
城市热岛现象的出现有一些原因,比如大面积的建筑物和人工硬化地面等等。
城市绿化可以带来一个降温的效果,通过植物向周围发放热量,植物和土壤的蒸发作用,大面积供应的氧气和水分等整体效应可以减少城市热岛。
此外,绿色活动空间对遮阳和降温也有促进效果,它们能建立一个有利于微气象环境的气候系统,避免日光直射,减轻暴晒的程度,为城市居民带来更加舒适的居住环境。
第四,促进城市生态系统的发展。
城市绿化可以培养植物、动物等生物,整体上是促进了城市生态系统的发展。
绿地不仅是人们休闲娱乐的场所,同时也是生物栖息和繁殖的地方。
在进一步建设城市绿化的过程中,可以采用一些新技术,比如建在楼顶上的花园,绿化阳台等等。
绿化体系对湿热地区建筑组团室外热环境影响研究一、本文概述随着全球气候变暖,湿热地区的热环境问题日益突出,对人们的生产、生活和生态环境产生了深远影响。
建筑组团作为城市的重要组成部分,其室外热环境的优劣直接影响到人们的生活质量和城市的可持续发展。
因此,研究绿化体系对湿热地区建筑组团室外热环境的影响,具有重要的现实意义和理论价值。
本文旨在探讨绿化体系在湿热地区建筑组团室外热环境中的作用及其优化策略。
通过对湿热地区气候特点的分析,明确了室外热环境改善的必要性。
系统梳理了国内外关于绿化体系与室外热环境关系的研究现状,为本文的研究提供了理论支撑。
在此基础上,本文采用实地测量、数值模拟等方法,深入分析了绿化体系对湿热地区建筑组团室外热环境的影响规律,并提出了相应的优化措施。
结合具体案例,验证了优化策略的有效性,为湿热地区建筑组团的绿化设计和热环境改善提供了有益的参考。
本文的研究不仅有助于深化对绿化体系与室外热环境关系的认识,还为湿热地区城市规划和建筑设计提供了科学依据和实践指导。
希望通过本文的研究,能够为推动湿热地区城市的可持续发展和人们的生活质量提升做出贡献。
二、湿热地区建筑组团热环境现状分析在湿热地区,由于高温多雨的气候特点,建筑组团的室外热环境显得尤为重要。
当前,许多建筑组团在规划和设计过程中,对于热环境的考虑往往不足,导致室外空间在夏季时炎热难耐,严重影响了人们的居住体验和户外活动质量。
从建筑布局来看,许多湿热地区的建筑组团存在过于密集的问题。
建筑之间的间距过小,使得空气流通不畅,热量难以扩散。
同时,绿地面积的不足也使得这些区域缺乏必要的生态调节机制,无法有效缓解热岛效应。
建筑材料的选择也是影响室外热环境的重要因素。
部分建筑使用了深色、高反射率的材料,这些材料在阳光照射下会吸收大量的热量,进而提升周围环境的温度。
部分建筑的屋顶和墙面缺乏有效的隔热措施,导致室内温度高,进而影响到室外热环境。
再者,植被覆盖的缺乏也是湿热地区建筑组团热环境问题的一个重要方面。
第41卷第11期2021年6月生态学报ACTAECOLOGICASINICAVol.41,No.11Jun.,2021基金项目:国家自然科学基金项目(41922007)收稿日期:2021⁃01⁃08;㊀㊀修订日期:2021⁃04⁃18∗通讯作者Correspondingauthor.E⁃mail:rhsun@rcees.ac.cnDOI:10.5846/stxb202101080084魏琳沅,孙然好.城市绿地和建筑格局影响热环境的模拟研究.生态学报,2021,41(11):4300⁃4309.WeiLY,SunRH.Simulationontheinfluenceofgreenspacesandbuilt⁃uppatternsonurbanthermalenvironment.ActaEcologicaSinica,2021,41(11):4300⁃4309.城市绿地和建筑格局影响热环境的模拟研究魏琳沅1,2,孙然好1,∗1中国科学院生态环境研究中心,城市与区域生态国家重点实验室,北京㊀1000852中国科学院大学,北京㊀100049摘要:景观类型和格局能够影响城市热环境,但是在不同小区域背景下,它们的贡献差异尚缺少定量研究㊂将实地监测与数值模拟技术相结合,对北京市典型景观的风速场与温度场进行模拟研究,分析天空开阔度㊁绿地面积与风速㊁地表温度之间的关系㊂在此基础上,探讨绿地形态与绿地温度及地表温度的关系,同时设计多种典型的城市绿地㊁建筑格局在计算机中进行模拟,揭示不同绿地㊁建筑景观配置下热环境的影响因素㊂结果表明:(1)天空开阔度和风速是影响城市小区域热环境的重要因素,天空开阔度与地表温度显著负相关,高风速会明显降低地表温度;(2)绿地面积和形态是影响区域地表温度与气温的重要因素,占比10% 50%的绿地降温强度为1.4 2.2ħ,面积越大㊁形态越复杂,降温效应越明显,分散的绿地降温效应优于集中式绿地;(3)迎风向呈两端低中间高的建筑分布可显著改善热环境,较其它格局气温约低1.6ħ㊂研究结果对于指导城市景观设计改善城市热环境具有一定的参考价值㊂关键词:景观格局配置;热环境;风速;天空开阔度;降温效应Simulationontheinfluenceofgreenspacesandbuilt⁃uppatternsonurbanthermalenvironmentWEILinyuan1,2,SUNRanhao1,∗1StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalResearchCenterforEco⁃EnvironmentalSciencesChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,ChinaAbstract:Theimpactoflandscapetypesandpatternsontheurbanthermalenvironmenthasalwaysbeenconcerned,butthereisstillalackofquantitativeresearchonthedifferencesinimpactsunderdifferentsmallareabackgrounds.CombininginsituobservationandnumericalsimulationtechnologytosimulatethewindspeedandtemperatureofthetypicallandscapepatterninBeijing,weanalyzedtherelationshipbetweenskyviewfactor,greenarea,windspeed,andsurfacetemperature.Bydiscussingtherelationshipbetweengreenspaceshapeandgreenspacetemperatureandsurfacetemperature,wedesignedavarietyoftypicalurbangreenspaceandbuildingpatternstomodelthethermalenvironment.Finally,themodelresultswereusedtorevealtheinfluencingfactorsoftemperatureunderdifferentgreenspaceandlandscapeconfigurations.Theresultsshowedthat:(1)skyviewfactorandwindspeedwereimportantfactorsaffectingthethermalenvironmentinurbanareas.Skyviewfactorwasnegativelycorrelatedwithlandsurfacetemperature,andhighwindspeedswouldsignificantlyreducelandsurfacetemperature.(2)Greenspacecompositionandconfigurationwereimportantfactorsinfluencinglandsurfacetemperatureandairtemperature.Thecoolingintensityof10% 50%ofthegreenspacewas1.4 2.2ħ.Specifically,thelargertheareaandthemorecomplextheshape,themorecoolingeffect,andthecoolingeffectofdispersedgreenspacewasbetterthanthatofthecentralizedgreenspace.(3)Thewindwarddistributionofbuildingswithlowendsandmiddleheightcouldsignificantlyimprovethethermalenvironment,andthelandairtemperaturewasabout1.6ħlowerthanotherlandscapepatterns.Theresultsofthestudyhadimportantimplicationsforguidingurbanlandscapedesigntoimprovetheurbanthermalenvironment.KeyWords:landscapepatternconfiguration;thermalenvironment;windspeed;skyviewfactor;coolingeffect世界上超过一半的人口(54%)居住在城市,这一数字预计还会增加[1]㊂在快速城市化进程中,城市人口增长以及人类活动造成城市景观的破碎,改变了城市景观格局,同时影响地表温度的平衡,加剧热环境的扩张,使城市热岛效应更加明显㊂热岛效应直接影响人体健康,显著增加能源消耗㊂城市景观格局与城市热环境紧密相关,景观生态学㊁建筑学㊁地理信息系统㊁遥感科学以及计算机流体力学等学科的理论与方法都被应用于城市热环境的研究中[2⁃5]㊂遥感反演的地表温度是城市热环境的重要量化指标,被越来越多地应用于城市热岛研究[6],推动学者对城市热环境研究从定性逐步向定量发展㊂城市的景观类型和格局对热环境影响较大,一些学者利用土地覆盖数据,研究不同城市景观对城市热岛的影响[7⁃9]㊂城市建筑物外的空调系统是影响室外热环境的重要因素之一[10],同时建筑的格局㊁几何形状㊁材料等因素都对局部热点的形成有很大影响[11];城市化的进程改变了下垫面的热力属性,路面材料吸热率高而比热容小,能够较多的吸收太阳辐射,使环境温度升高,也影响了行人的热舒适性[12]㊂而城市绿地㊁水体则具有显著的降温功能,在缓解城市热岛效应中发挥着重要的作用[13⁃15],已有研究表明绿地㊁水体面积越大,降温强度越高[16⁃17],但在有限的城市内,大面积的规划蓝绿空间并不现实,为了提高蓝绿空间的降温效率,学者们对蓝绿空间的特征及其影响因子进行研究,发现水体的降温效率与其景观形状指数(Landscapeshapeindex,LSI)呈线性相关[18⁃19],绿地的景观格局指数及形态都影响其降温效率[20⁃21]㊂此外,城市形态影响城市地表热平衡㊁微尺度空气循环等,比如天空开阔度常被用来描述城市形态,研究表明天空开阔度与温度呈显著负相关㊂天空开阔度较小的城市区域,建筑物阻挡更多的长波辐射,热量储存在城市内部,而且迎风面积与建筑阻力系数都较大,导致区域内平均风速降低[22⁃23],风速也是影响区域热环境的因素,城市中贯通的风道能够缓解热岛效应,增加行人舒适性[24]㊂在研究方法方面,城市热环境的研究多依赖于遥感以及地面监测㊂近年来,计算机流体力学(ComputationalFluidDynamics,CFD)被引入到城市风热环境的模拟领域[25]㊂该方法的原理是将研究空间分割成微小的有限元单元㊂在不同物质之间,计算遵循基本流体动力学和热力学,通过迭代计算,可以对风热环境进行细节模拟,具有工作量小㊁结果直观等优点㊂CFD模拟方法作为一种提供微环境数据的有效工具,在近二十年来得到了广泛的应用[26⁃27],在缓解热岛效应上,国内外学者通过CFD工具,模拟不同景观格局配置,探讨出较为理想的降温格局,并提出了蓝绿空间规划框架[28]㊁构建通风廊道[29]㊁屋顶绿化[30]以及设计水路间绿色廊道[16]等方案㊂因此,本研究利用计算机流体力学Phoenics软件对区域风热环境进行量化和模拟,Phoenics是一种用于分析各种传热问题的计算机技术,可对温度场㊁风场等各种流场进行分析㊁计算和预测[31]㊂通过模拟区域平均风速,将之与地表温度进行分析,以探讨城市热环境与风环境之间的关系㊂本研究将城市设置为处在一个以大气运动为主的流场中,根据实际气象参数分析城市风热环境,对风速㊁风向㊁地表温度㊁天空开阔度以及绿地㊁建筑格局配置进行综合分析,探讨不同因子之间的相互影响㊂1㊀方法1.1㊀研究区域北京市位于华北平原北部,总面积约16400km2㊂北京市处于北温带,具有典型的大陆性季风气候,四季分明㊂年平均气温约12.3ħ,年降水量约570mm㊂夏季高温多雨,盛行东南风,冬季寒冷干燥,盛行西北风,春秋短促㊂随着城市化进程的加剧,自1960 2000年,北京市热岛强度平均每年增加0.31ħ[32],北京年平均气温持续上升,城市热岛效应日益突出,缓解北京热岛效应已经不可回避的问题㊂研究区中心位于北京五环1034㊀11期㊀㊀㊀魏琳沅㊀等:城市绿地和建筑格局影响热环境的模拟研究㊀内朝阳区团结湖(116ʎ27ᶄ32N,39ʎ55ᶄ26E)北,区域面积42km2,分成42个区域(6kmˑ7km)㊂Phoenics模型参数率定区域选择位于北京中关村的中钢国际广场(图1)㊂图1㊀研究区域和气象观测站Fig.1㊀Studyareaandobservationsites1 42)研究区按照1kmˑ1km范围划分42个小区域1.2㊀技术流程与研究方法1.2.1㊀技术流程利用遥感与地理信息技术手段获得研究区域的景观类型以及建筑物高度等参数,在ArcGIS与ArcScene中进行三维建模,同时利用Landsat8影像反演出团结湖区域地表温度数据㊁绿地温度数据㊂并将三维建模数据导入ArcGIS中进行天空开阔度(Skyviewfactor,SVF)的计算㊂选取中钢国际广场为模型参数的率定区域,利用实测数据分时段输入Phoenics软件中进行数值模拟,将模拟结果与实测数据进行误差分析㊂统计区域内绿地面积㊁建筑面积等参数,利用Phoenics软件模拟以团结湖为中心的42个区域的风环境,将输出的区域平均风速与天空开阔度以及地表温度进行相关性分析㊂计算每个区域内绿地形状指数,同绿地自身温度进行分析㊂取绿地㊁建筑面积相差较小,但地表温度相差较大的几个典型区域进行讨论研究,同时设计出几种不同的绿地㊁建筑景观格局,输入到Phoenics中进行模拟,探究实地城市绿地㊁建筑最优的结构配置㊂Phoenics是计算流体力学软件,很多学者将之用于城市热环境的研究中[33⁃34],软件可以有效的输出相关风㊁热环境指标,Phoenics先后加入了SUN㊁FOLIAGE等模块,实现了太阳辐射以及绿色植物的模拟,加强了软件的实用性,Phoenics内置了多种的湍流模型,本研究使用的是k-ε的湍流方程㊂软件界面简洁友好,实用性强,具有很强的实际意义㊂1.2.2㊀景观类型的提取利用高分辨率IKONOS影像进行土地利用分类,得到不同北京市景观类型数据,同时叠加矢量城市建筑轮廓信息,区分建筑与不透水面,获取城市建筑分布以及建筑高度信息,这部分工作在前期已经完成[35]㊂1.2.3㊀地表温度的提取利用Landsat8遥感影像,反演北京地区地表温度数据㊂采取辐射传导方程法(RadioactiveTransfer2034㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀41卷㊀Equation),又称大气校正法,原理是首先估计大气对地表热辐射的影响,然后把这部分大气影响从卫星传感器所观测到的热辐射总量减去,从而得到地表热辐射强度,再把这一热辐射强度转化为相应的地表温度㊂影像获取时间为2018年6月27日,行列号为123/32,卫星过境时天气情况良好,影像清晰㊂卫星传感器收到热红外辐射亮度值Lλ的表达式即传输方程:Lλ=εB(TS)+1-ε()Lˌ[]τ+Lʏ(1)温度为T的黑体在热红外波段的辐射亮度B(TS):B(TS)=Lλ-Lʏ-τ(1-ε)Lˌ]/τε(2)地表真实温度TS:Ts=K2/ln(K1/B(TS)+1)(3)NDVI及植被覆盖度(Pv)估算Pv=[(NDVI-NDVIS)/(NDVIV-NDVIS)](4)地表比辐射率计算:ε=0.995(NDVIɤNDVIV)㊀㊀(水体㊁冰雪覆盖区)㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(5)ε=0.9589+0.086Pv-0.0671P2v(NDVIv<NDVI<NDVIs)㊀㊀(自然㊁人工混合表面)(6)ε=0.9625+0.0614Pv-0.0461P2v㊀㊀(NDVI<NDVIs)(自然表面)(7)式中ε:地表辐射率㊁TS:真实温度㊁τ:大气在热红外波段的透过率㊁Lʏ:大气上行辐射亮度㊁Lˌ:大气下行辐射亮度㊁K1和K2为热红外波段的定标常数㊁NDVI:归一化植被指数㊁NDVIS:完全是裸土或无植被覆盖区域的NDVI值㊁NDVIv:完全被植被所覆盖的像元的NDVI值,即纯植被像元的NDVI值,取经验值NDVIV=0.70和NDVIS=0.05,即当某个像元的NDVI大于0.70时,Pv取值为1;当NDVI小于0.05,Pv取值为0㊂大气上行辐射㊁下行辐射以及大气透过率数据,可在NASA官网中获得,具体实现过程见图2㊂图2㊀基于大气矫正法的Landsat8反演流程图㊀Fig.2㊀Landsat8inversionflowchartbasedonatmosphericcorrectionmethod1.2.4㊀天空开阔度的计算天空开阔度(Skyviewfactor,SVF)利用软件模拟的三维矢量估算法进行计算,将建筑简化为有相应的建筑高度体块㊂以设定的观察点为圆心做半球,并从圆心按照一定角度间隔放射处一定数量的垂直切面,找到每个垂直切面与观察点周边建筑体块的交线处的相应最高仰角,并从估算点连线至半球,仰角线与半球相交将得到交点,将所有交点相连从而描绘处球面上的天空部分和建筑遮挡部分的交线㊂计算交线围合的天空部分面积与半球总面积的比值,即为观察点的天空开阔度值[36⁃38]㊂本研究取计算区域内多个点的天空开阔度的平均值来代表区域天空开阔度的数值㊂研究区大小42km2(6kmˑ7km),分为42个1kmˑ1km的小区,将小区内的含有建筑高度属性的建筑导入ArcGIS中,在ArcScene中拉伸建模,利用天际线(Skyline)㊁天际线图(SkylineGraph)工具计算㊂研究计算的天空开数值均忽略地表植物的参数,只考虑建筑物的高度参数㊂同时统计了每个小区建筑物高度㊁建筑物面积和绿地面积,通过掩膜提取了每个切面的地表温度,以分析天空开阔度与地表温度的相关关系㊂1.2.5㊀Phoenics的率定模型参数率定区域选择了北京市中关村中钢国际广场(116ʎ18ᶄ23N,39ʎ58ᶄ50E),率定数据采用现场调查的方式获得㊂使用的红外热成像仪(Tesoto⁃890)可以同时测量大量目标点的表面温度,从而获取路面以及3034㊀11期㊀㊀㊀魏琳沅㊀等:城市绿地和建筑格局影响热环境的模拟研究㊀草地的表面温度㊂红外热成像仪安装在区域内最高点;WatchDogB100钮扣式温度记录仪用来测定区域内地面1.5m高度的温度数据;Kestrel3000手持式风速仪来测定研究区域风速数据㊂测定时间选取2016年8月2日于8:00 16:00每间隔1h进行测量,测定出8:00 16:00的风速以及1.5m处高度的温度数据,同时将大量路面以及草地的点的温度进行数据处理,获取路面以及草地表面的平均温度㊂率定方法以及精度的验证是将实地区域的风速以及1.5m处高度的温度等数据作为参数输入模型中,在模型中模拟区域热环境,经过处理模拟出的热环境图,来输出区域内路面以及草地的表面温度,用实际测定的路面以及草地的温度去率定和验证模型模拟结果㊂最后用均方根误差(RMSE)进行结果分析㊂1.2.6㊀绿地降温强度与降温效率绿地的降温效应分为降温强度与降温效率㊂绿地降温强度值为区域内无绿地时的平均气温(1.5m高处)减去有绿地时的平均气温,用CI表示㊂降温效率的值为降温强度与区域内绿地占比的比值,用CE表示㊂CI=T0-T1(8)CE=CI/X(9)式中TI:区域无绿地平均气温;T0:区域内有绿地平均气温;X:绿地在区域内的占比㊂2㊀结果2.1㊀Phoenics模型参数率定Phoenics模拟值与实测值接近(图3),均方根误差RMSE=1.34ħ,表明Phoenics模型精度较高,可以很好的模拟温度空间分布㊂图3㊀模型模拟的效果验证Fig.3㊀Evaluationofthemodelprediction2.2㊀局地气候对区域平均温度的影响天空开阔度与风速的相关分析发现,两者呈显著正相关关系(P<0.01,r=0.677),即区域内天空开阔度越大,风速越高㊂而天空开阔度与温度具有显著的负相关关系(P<0.01,r=-0.590),风速与地表温度之间也显著负相关(P<0.01,r=-0.647)(图4)㊂根据Phoenics模拟的风速数据统计区域内平均风速,结合遥感反演的Landsat8地表温度数据,发现绿地面积与温度呈显著的负相关关系(P<0.01,r=-0.817)㊂绿地的形状特征由形状指数(周长/面积)表示,结果表明形状指数与绿地温度呈正相关关系(P<0.01,r=0.526),结果表明绿地形状越复杂,绿地内部与周围环境的能量交流越多,其降温效应越好㊂2.3㊀绿地和建筑格局对热环境影响选取绿地㊁建筑占比相差较小,但地表温度相差较大的特殊点㊂选取原则为:区域间绿色面积之差小于15%,水体面积相同,建筑面积之差小于15%,温度相差大于1.5ħ㊂经过筛选,选取典型区域两组:1(区域7㊁区域9)㊁2(区域11㊁区域12)㊂由于本研究将区域划分42个小区域,有些典型小区域(区域11㊁12)被简单的4034㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀41卷㊀图4㊀绿地和建筑格局与气候因子的关系Fig.4㊀Correlationsbetweenlandscapepatternsandclimaticfactors分割成几个部分,故将11㊁12两个区域向上扩增一些面积,将绿地面积占比以及区域平均地表温度数据导入到绿地占比与温度的图中,不同绿地㊁建筑格局下区域温度差异比较大(图5)㊂为了更加深入地探究绿地㊁建筑格局以及风环境对温度的影响效应,在掌握北京市气象数据的基础上,设计出能够反映北京小街区的较为简单的建筑群三维模型㊂模型尺寸为500mˑ500m,将绿地面积占比设为定值(10%㊁20%㊁30%㊁40%和50%),并设计无绿地的对比区域㊂通过改变模拟区内绿地的形态特征㊁建筑容积率㊁迎风建筑高低布局以及风向,利用Phoenics对建筑区形态的夏季热环境进行模拟,从而比较不同绿地㊁建筑格局下的热环境㊂绿地占比10% 50%区域内平均气温如图6所示,在城市500mˑ500m小区域内,绿地的降温强度CI随着绿地面积增加而增大,占比10% 50%的绿地降温强度范围在1.4 2.2ħ之间㊂降温效率CE在绿地占比10%时最大㊂如图7所示,各区域平均气温Ta㊁Tb㊁Tc㊁Td和Te分别为37.54ħ㊁36.11ħ㊁36.27ħ㊁36.35ħ和36.41ħ㊂7-b㊁7-c形状指数(周长/面积)分别为0.075㊁0.050,说明分散型绿地降温效应优于集中式大型绿5034㊀11期㊀㊀㊀魏琳沅㊀等:城市绿地和建筑格局影响热环境的模拟研究㊀图5㊀典型区域分析Fig.5㊀Typicalareaanalysisa)绿地占比与温度关系;b)区域9;c)区域7;d)区域11;e)区域12图6㊀不同绿地比例对区域平均气温(离地表1.5m)的影响㊀Fig.6㊀Effectsofdifferentproportionofgreenspaceonregionalaveragetemperature(1.5mabovethesurface)地,形状指数大的绿地降温效应更大㊂如图8所示,通过增加建筑物高度使小区容积率增大,略微的提升区域平均气温,但对小区域热环境影响不明显㊂风向是影响热环境的原因之一,如图9所示,北京建筑群形态坐北朝南,东南风更有利于减少其热岛效应㊂建筑格局显著影响热环境,如图10所示,两面低中间高(中低 高中低)的建筑格局,区域平均气温平均要低1.6ħ㊂3㊀讨论Phoenics模型可以模拟特定区域内风环境与热环境,通过设置景观类型以及相关参数,可以方便地研究不同气象和下垫面对区域风热环境的复合影响,克服了实验难以进行复杂城市空间研究的缺点[10]㊂风速对城市热环境的影响显著,通过CFD模拟计算,只要参数以及边界条件设置准确,计算结果精度较高㊂同时,本研究也利用实测数据对Phoenics进行了率定㊂然而,三维模型建立的建筑模块与实际复杂几何建筑底图有所偏差,例如建筑的阳台以及窗户的具体位置也可能对区域内微气候产生影响㊂绿地面积越大,绿地的降温强度越大㊂绿地的形态越复杂,绿地与周围环境热量交换越多,降温强度越高㊂分散型绿地降温效应优于集中式分布绿地㊂对于城市绿地的建设,一味地增加绿地面积并不是缓解城市热岛的有效途径,设计最优绿地格局㊁合理规划绿地形态才能够最大程度的发挥绿地的降温效应㊂不同建筑格局的区域热环境差异比较大,通过模拟发现迎风建筑物呈两边低中间高的区域温度显著低于其它格局,城市建筑物的形态以及密集程度产生的透风系数不同,影响了通风效率,进而影响了城市热环境㊂不同风向下的区域热环境同样有差异,城市规划需要综合多种因素㊂本研究在探讨绿地㊁建筑格局对温度的影响时设计的绿地方案较少,虽然得到了一些结论与传统研究相符合,但仍需要大量的模拟验证支撑才更准确㊂人为热是影响城市热环境中的一个关键因素,减少人为热的排放有利于缓解城市热岛效应[39],本研究未考虑人为热效应,后续工作中要将人为热作为模型的一个参数进行综合分析㊂6034㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀41卷㊀图7㊀不同绿地格局热环境模拟Fig.7㊀Thermalenvironmentsimulationofdifferentgreenspacepatterns图8㊀不同容积率热环境模拟Fig.8㊀Thermalenvironmentsimulationofdifferentplotratios图9㊀不同风向热环境模拟Fig.9㊀Thermalenvironmentsimulationofdifferentwinddirections4㊀结论将遥感技术㊁地理信息技术与计算机流体力学数值模拟技术相结合,对北京市典型景观格局的风速场与温度场进行模拟研究,讨论了天空开阔度㊁温度与风速之间关系,模拟了不同绿地㊁建筑格局的热环境,探讨出了绿地㊁建筑较为理想的降温格局,研究结果为缓解城市热岛效应有一定的指导意义㊂主要研究结论:(1)城市形态通过使用城市形态指标来量化城市物理环境,可解决无法用定性的方式准确描述的问题,天空开阔度可以作为城市形态学的代表性参数㊂城市建筑结构影响城市通风,较高的风速能够显著的降低城7034㊀11期㊀㊀㊀魏琳沅㊀等:城市绿地和建筑格局影响热环境的模拟研究㊀图10㊀不同建筑格局热环境模拟Fig.10Thermalenvironmentsimulationofdifferentbuildingpatterns市地表温度,优化城市的风环境可以减缓城市热岛效应㊂(2)绿地对城市的热环境有一定的降温效果㊂绿地的景观格局㊁形态以及面积都是城市规划中需要综合考虑的因素㊂绿地形状指数越大,即绿地几何形态越复杂,降温强度越大,占比10% 50%的绿地降温强度范围为1.4 2.2ħ㊂占比10%的绿地降温效率最高,分散型的绿地降温效应优于集中分布型,在规划时,应避免绿地集中分布在边界地区㊂(3)建筑格局配置能够显著影响区域热环境状况,迎风向呈两端低中间高的建筑分布可显著改善热环境,较其它格局温度约低1.6ħ,结果可以为城市绿地以及城市建筑景观格局的优化提供一定的参考依据㊂后续研究应将绿地研究区域扩大,并在Phoenics中进行大量模拟,深入研究绿地格局配置的降温效应㊂参考文献(References):[1]㊀NationsU,AffairsS,DivisionP.Worldurbanizationprospects:the2014revision:highlights,2014.[2]㊀YuZW,ChenTT,YangGY,SunRH,XieW,VejreH.Quantifyingseasonalanddiurnalcontributionsofurbanlandscapestoheatenergydynamics.AppliedEnergy,2020,264:114724.[3]㊀SunRH,LüYH,YangXJ,ChenLD.Understandingthevariabilityofurbanheatislandsfromlocalbackgroundclimateandurbanization.JournalofCleanerProduction,2019,208:743⁃752.[4]㊀SunRH,XieW,ChenLD.Alandscapeconnectivitymodeltoquantifycontributionsofheatsourcesandsinksinurbanregions.LandscapeandUrbanPlanning,2018,178:43⁃50.[5]㊀NasirDSNM,PantuaCAJ,ZhouBC,VitalB,CalautitJ,HughesB.Numericalanalysisofanurbanroadpavementsolarcollector(U⁃RPSC)forheatislandmitigation:impactontheurbanenvironment.RenewableEnergy,2021,164:618⁃641.[6]㊀陈爱莲,孙然好,陈利顶.传统景观格局指数在城市热岛效应评价中的适用性.应用生态学报,2012,23(8):2077⁃2086.[7]㊀LiXM,ZhouWQ,OuyangZY.Relationshipbetweenlandsurfacetemperatureandspatialpatternofgreenspace:whataretheeffectsofspatialresolution?LandscapeandUrbanPlanning,2013,114:1⁃8.[8]㊀ZhouWQ,HuangGL,CadenassoML.Doesspatialconfigurationmatter?Understandingtheeffectsoflandcoverpatternonlandsurfacetemperatureinurbanlandscapes.LandscapeandUrbanPlanning,2011,102(1):54⁃63.[9]㊀PengJ,XieP,LiuYX,MaJ.Urbanthermalenvironmentdynamicsandassociatedlandscapepatternfactors:acasestudyintheBeijingmetropolitanregion.RemoteSensingofEnvironment,2016,173:145⁃155.[10]㊀LiuJ,MaF,LiF.AnalysisofHeatIslandIntensityinUrbanBlocksUsingCoupledSimulation.AppliedMechanicsandMaterials,2011,71⁃78:1669⁃1672.[11]㊀AllegriniJ,CarmelietJ.SimulationsoflocalheatislandsinZürichwithcoupledCFDandbuildingenergymodels.UrbanClimate,2018,24:340⁃359.[12]㊀NasirDSNM,HughesBR,CalautitJK.Astudyoftheimpactofbuildinggeometryonthethermalperformanceofroadpavementsolarcollectors.Energy,2015,93:2614⁃2630.[13]㊀GeorgiJN,DimitriouD.Thecontributionofurbangreenspacestotheimprovementofenvironmentincities:casestudyofChania,Greece.BuildingandEnvironment,2010,45(6):1401⁃1414.[14]㊀YanH,WuF,DongL.Influenceofalargeurbanparkonthelocalurbanthermalenvironment.ScienceoftheTotalEnvironment,2018,622⁃623:882⁃891.[15]㊀KongFH,YinHW,JamesP,HutyraLR,HeHS.Effectsofspatialpatternofgreenspaceonurbancoolinginalargemetropolitanareaofeastern8034㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀41卷㊀China.LandscapeandUrbanPlanning,2014,128:35⁃47.[16]㊀DuHY,CaiYL,ZhouFQ,JiangH,JiangWY,XuYQ.Urbanblue⁃greenspaceplanningbasedonthermalenvironmentsimulation:acasestudyofShanghai,China.EcologicalIndicators,2019,106:105501.[17]㊀MengH,JingL,XinH.Theinfluenceofunderlyingsurfaceonlandsurfacetemperature⁃⁃acasestudyofurbangreenspaceinHarbin.EnergyProcedia,2019,157:746⁃751.[18]㊀DuHY,SongXJ,JiangH,KanZH,WangZB,CaiYL.Researchonthecoolingislandeffectsofwaterbody:acasestudyofShanghai,China.EcologicalIndicators,2016,67:31⁃38.[19]㊀SunRH,ChenAL,ChenLD,LüYH.Coolingeffectsofwetlandsinanurbanregion:thecaseofBeijing.EcologicalIndicators,2012,20:57⁃64.[20]㊀EstoqueRC,MurayamaYJ,MyintSW.Effectsoflandscapecompositionandpatternonlandsurfacetemperature:anurbanheatislandstudyinthemegacitiesofSoutheastAsia.ScienceoftheTotalEnvironment,2017,577:349⁃359.[21]㊀YangCB,HeXY,YuLX,YangJC,YanFQ,BuK,ChangLP,ZhangSW.Thecoolingeffectofurbanparksanditsmonthlyvariationsinasnowclimatecity.RemoteSensing,2017,9(10):1066.[22]㊀ChenL,NgE.Quantitativeurbanclimatemappingbasedonageographicaldatabase:asimulationapproachusingHongKongasacasestudy.InternationalJournalofAppliedEarthObservationandGeoinformation,2011,13(4):586⁃594.[23]㊀OkeTR.Canyongeometryandthenocturnalurbanheatisland:comparisonofscalemodelandfieldobservations.InternationalJournalofClimatology,1981,1(3):237⁃254.[24]㊀YuanC.Empiricalmorphologicalmodeltoevaluateurbanwindpermeabilityinhigh⁃densitycities//YuanC,ed.UrbanWindEnvironment:IntegratedClimate⁃SensitivePlanningandDesign.Singapore:Springer,2018:19⁃42.[25]㊀Bo⁃OtLM,WangYH,ChiangCM,LaiCM.Effectsofagreenspacelayoutontheoutdoorthermalenvironmentattheneighborhoodlevel.Energies,2012,5(10):3723⁃3735.[26]㊀HsiehCM,AramakiT,HanakiK.Thefeedbackofheatrejectiontoairconditioningloadduringthenighttimeinsubtropicalclimate.EnergyandBuildings,2007,39(11):1175⁃1182.[27]㊀YuanC,AdeliaAS,MeiSJ,HeWH,LiXX,NorfordL.Mitigatingintensityofurbanheatislandbybetterunderstandingonurbanmorphologyandanthropogenicheatdispersion.BuildingandEnvironment,2020,176:106876.[28]㊀ZhouY,ShiTM,HuYM,GaoC,LiuM,FuSL,WangSZ.Urbangreenspaceplanningbasedoncomputationalfluiddynamicsmodelandlandscapeecologyprinciple:acasestudyofLiaoyangCity,NortheastChina.ChineseGeographicalScience,2011,21(4):465.[29]㊀HsiehCM,HuangHC.Mitigatingurbanheatislands:amethodtoidentifypotentialwindcorridorforcoolingandventilation.Computers,EnvironmentandUrbanSystems,2016,57:130⁃143.[30]㊀CipollaSS,MaglionicoM,SempriniG,VillaniV,BonoliA.GreenroofsasastrategyforurbanheatislandmitigationinBologna(Italy).ActaHorticulturae,2018,1215:295⁃300.[31]㊀周媛,石铁矛.基于数值模拟的城市绿地景观格局优化研究.环境科学与技术,2017,40(11):167⁃174.[32]㊀林学椿,于淑秋.北京地区气温的年代际变化和热岛效应.地球物理学报,2005,48(1):39⁃45.[33]㊀CuiYQ,ZhengHC.Impactofthree⁃dimensionalgreeningofbuildingsincoldregionsinChinaonurbancoolingeffect.ProcediaEngineering,2016,169:297⁃302.[34]㊀ToparlarY,BlockenB,MaiheuB,vanHeijstGJF.AreviewontheCFDanalysisofurbanmicroclimate.RenewableandSustainableEnergyReviews,2017,80:1613⁃1640.[35]㊀解伟.景观格局和人为热对城市热岛效应时空动态的影响研究[D].北京:中国科学院大学,2018.[36]㊀孙雅贤.城市肌理的平均天空开阔度计算参数设置研究[D].南京:南京大学,2017.[37]㊀ChenL,NgE,AnXP,RenC,LeeM,WangU,HeZJ.Skyviewfactoranalysisofstreetcanyonsanditsimplicationsfordaytimeintra⁃urbanairtemperaturedifferentialsinhigh⁃rise,high⁃densityurbanareasofHongKong:aGIS⁃basedsimulationapproach.InternationalJournalofClimatology,2012,32(1):121⁃136.[38]㊀张海龙,祝善友,王明江,章钊颖,张桂欣.基于3D建筑物数据的天空开阔度估算及其城市热岛应用研究 以Adelaide为例.遥感技术与应用,2015,30(5):899⁃907.[39]㊀李佳燕,孙然好,陈利顶.城市热环境适应性对策研究综述.环境生态学,2020,2(5):11⁃19.9034㊀11期㊀㊀㊀魏琳沅㊀等:城市绿地和建筑格局影响热环境的模拟研究㊀。
南京市屋顶绿化室外热环境研究作者:陈宇李骄娴宋双双邹林海来源:《中国城市林业》2017年第03期摘要:基于南京夏季气候条件,探讨屋顶绿化对城市热环境的影响,对改善城市热岛效应,提高城市热环境舒适度有重要作用。
研究运用ENVI-met模拟技术方法,基于屋顶绿化的相对温度和相对湿度的变化情况,探讨屋顶绿化与城市热环境舒适度的关系;结合不同植物配置类型条件下屋顶室外热环境的变化,分析屋顶绿化植物选择与配置布局的优化方法。
关键词:屋顶绿化,热环境,ENVI-met,南京市DOI:10.3969/j.issn.1672-4925.2017.03.010快速的城市化进程带来一系列生态问题,城市密集建设造成的城市热岛效应正一步步影响人们生活,使得城市住区的热环境研究逐渐提上议程。
屋顶绿化因其与建筑密不可分的联系,能够为日益减少的城市绿地提供一种新型的具有创造力的绿化方式,同时在改善城市生态环境、调节城区气候与建筑节能方面也有其独特优势。
南京市作为特大城市发展屋顶绿化,能有效地缓解热岛效应、美化城市生态景观,符合山水城林的建设要求,具有重要的生态、经济和社会效益。
目前,关于屋顶绿化热环境的研究大多是对屋顶绿化降温增湿生态效益的延伸,其中对屋顶绿化热环境的分析与模拟尚有欠缺。
以往对热环境的研究多采用现场实地分析方法,这种方法需要大量的人力、物力和资金投入,并且在实验过程中会不间断受到外界干扰,不易获得连续分布的气象格点数据。
因此结合微气候模拟软件对实测数据进行模拟分析,具有一定的研究优势。
本文选取ENVI-met模拟分析软件,通过与现场实测数据进行比对,结合ENVI-met软件的可视化表达,对城市屋顶绿化室外热环境的影响进行分析和评估。
同时设定3种不同植物配置模式的绿化屋顶与一个无绿化屋顶作为实验观测样地,比较城市中屋顶绿化植物配置模式对区域热环境的影响。
1调查对象与方法1.1研究地概况2016年8月,选取南京市仙林区紫东创意园3栋不同绿化屋顶作为观测样地,根据试验地现状,分为“乔-灌-草”“灌-草”和草坪式3种不同的植物配置类型。
®色性能3reen Pe绿化布局模式对湿热地区城市住区室外热环境影响分析Effect of Greening Layout on Urban Residential Outdoor Thermal Environ merit in Wet-hot Climate Zone文I」扬(深圳市建筑设计研究总院有限公司,广东深圳518031)摘要:南方地区城市人口快速增加,城市规模不断扩大,城市热环境问题凸显,对城市居民生活、健康和社会经济产生一系列直接和间接的负面影响。
随着计算机模拟技术的成熟,釆用计算机模拟的方法来研究室外热环境逐渐成为主流。
以深圳市为例,从绿化形式、绿化密度、绿化位置3个方面,以ENVI-met4.0作为模拟计算工具,对不同类型绿化布局条件下的室外热环境进行模拟,并加以对比分析,定量给出了不同绿化布局模式对室外热环境的影响。
关键词:绿化;布局模式;室外热环境;绿化布局中图分类号:TU14文献标识码:A文章编号:1674-814X(2022)01-040-05我国南方地区以湿热气候为主,随着城市化进程的加快,南方地区城市人口快速增加,城市规模不断扩大,城市热环境问题凸显,对城市居民生活、健康和社会经济产生一系列直接和间接的负面影响。
具体表现为对城市人群的生理和心理健康产生负面影响、能耗增加、加剧空气污染、促使光化学烟雾的形成闪。
居住区(以下简称住区)作为城市不断扩大、人口日趋密集的现代人居环境形式,其室外热环境的优劣越来越受到关注。
探索合理的住区布局模式,改善湿热地区人居环境,促进城市可持续发展,是当前亟待解决的问题。
绿化具有净化空气、蒸腾吸热、遮阳降温、隔声降噪等生态功能,在改善人居环境方面起着不可或缺的作用。
合理的绿化设计不仅可以美化环境,还可以调节住区微气候,改善室外热环境。
利用有限的绿地面积,通过合理的绿化布局改善室外热环境,对于城市住区设计具有重要的参考价值。
住区室外热环境的研究方法主要有现场测试分析评价、热红外遥感分析评价与计算机模拟评价3种模式。
绿化布局对建筑物周围热环境影响的研究吴洋洋;付海明【摘要】采用宏观的方法,把植物视为多孔介质,通过UDF对其添加源项,利用Fluent对树冠周围温度场进行模拟,探究了不同绿化布局对其周围热环境的影响规律.研究表明:综合考虑建筑物周围各个位置处的温度分布,布局三的降温效果要远好于其他两种布局.因此,在选择建筑物旁绿化布局方式的时候,应该优先考虑布局三.【期刊名称】《建筑热能通风空调》【年(卷),期】2019(038)007【总页数】4页(P75-78)【关键词】绿化布局;热环境;源项;数值模拟【作者】吴洋洋;付海明【作者单位】东华大学环境科学与工程学院;国家环境保护纺织污染防治工程技术中心;东华大学环境科学与工程学院;国家环境保护纺织污染防治工程技术中心【正文语种】中文随着城市人口占总人口比例的逐年升高,城市化对人类生活的自然环境带来了诸多影响[1],其中由于城市下垫面的改变,造成由混凝土和沥青等构成的城市下垫面较由植被、土和水域构成的自然表面相比,城市中人造表面能够储存更多的热量,同时城市中人为排热量比郊区和农村要大,使得城市环境温度要高于周边郊区和农村等地区的环境温度,这种现象称之为城市热岛效应。
绿色植物能够降温增湿,通过绿化能够有效缓解城市热岛效应。
国内外众多学者通过现场实测[2-4] 以及遥感技术[5-7],探究了植物的降温效应,然而植物虽然能够降温增湿,改善城市热环境,但不同绿化布局对建筑物周围热环境的影响程度却不尽相同,在城市每年新增绿化面积有限的情况下,进行合理的绿化布局显得尤为重要。
因此,绿化布局对建筑物周围热环境影响的研究有着十分重要的现实意义。
1 研究方法1.1 模型的建立图1 为不同绿化布局三维结构示意图,建筑物尺寸为40 m×20 m×20 m,流域大小为280 m×140 m×60 m(建筑物距流域出入口距离、两侧以及高度取建筑物相应尺寸的3 倍),此时可认为该流域对流场等数值求解结果无影响。
景观设计要素对室外热环境的影响探究随着城市化的不断发展,人们对城市景观的关注度越来越高,景观设计也因此显得越来越重要。
在城市室外环境中,景观设计要素在热环境中也扮演着重要的角色。
本文将探究景观设计要素对于室外热环境的影响。
第一个要素是植物。
树木、草地、绿化带是城市中不可或缺的景观元素,它们能有效的减轻城市热岛效应,提供一定的遮阳、降温作用。
植物可以通过蒸腾作用吸收周围热量,使环境温度变得更为宜人。
同时,植物还能吸收空气中的二氧化碳,释放出氧气,为人们提供新鲜空气。
第二个要素是水。
在城市中,水景也是重要的景观设计要素之一,例如喷泉、池塘等等。
水景不仅美观,还能够为周围环境带来一定的降温效果。
当水面喷泉喷出的水蒸发时,周围的空气温度就会降低,使得环境更为舒适。
第三个要素是建筑。
在城市环境中,建筑通常会占据大量空间,因此建筑的热环境也很重要。
好的建筑设计能够使得建筑物内部的热环境更为宜人,并且也能有效的防止热量向外散发。
建筑物中的遮阳设施也是很重要的,例如百叶窗、遮阳篷等等,可以为建筑物提供遮阳的同时,也能够通过适当的开放疏通通风,降低建筑内部的温度。
第四个要素是地形。
城市周围的地形也对热环境有着很大的影响。
比如坡度很大的山地,温度通常更为凉爽,因为海拔越高温度就越低。
另外地形还会影响城市的风向,风的顺向能够带起城市周围的热空气,有助于降低城市的热岛效应。
综上所述,景观设计要素对于室外热环境的影响是多方面的。
在城市设计中,要根据城市的特点和需求,恰当地运用各个景观设计要素,达到美化城市和改善城市热环境的目的。
第15卷第3期2017年6月中国城市林业Journal of Chinese Urban Forestr^^Vol.15 No.3Jun.2017南京市屋顶绿化室外热环境研究$陈宇李骄娴宋双双邹林海南京农业大学园艺学院南京210095摘要:基于南京夏季气候条件,探讨屋顶绿化对城市热环境的影响,对改善城市热岛效应,提高城市热环境舒适度有重要作用。
研究运用ENVI-met模拟技术方法,基于屋顶绿化的相对温度和相对湿度的变化情况,探讨屋顶绿化与城市热环境舒适度的关系;结合不同植物配置类型条件下屋顶室外热环境的变化,分 析屋顶绿化植物选择与配置布局的优化方法。
关键词:屋顶绿化,热环境,ENVI-met,南京市D0I:10. 3969/j. issn. 1672 -4925. 2017. 03. 010A Study of Outdoor Thermal Environment of Roof Greening in NanjingChen Yu Li Jiaoxian Song Shuangshuang Zou Linhai(College of Horticulture, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China) Abstract:Based on the summer climate in Nanjing, the study explored the impact of roof greening on the urban thermal environment, which is of great value to improve the urban heat island effect and meliorate the urban thermal environment comfort. Considering the change in the relative temperature and relative humidity of roof greening, the study discussed the relationship between roof greening and urban thermal environment comfort using ENVI-met simulation technology. The roof greening plant selection and configuration layout optimization method were analyzed in combination "with the variations in the outdoor thermal environment on roof under different plant configuration patterns. Key words:roof greening, thermal environment, ENVI-met, Nanjing快速的城市化进程带来一系列生态问题,城市密 集建设造成的城市热岛效应正一步步影响人们生活,使得城市住区的热环境研究逐渐提上议程。
景观设计要素对室外热环境的影响探究随着城市化进程的不断加快,越来越多的地区面临着室外热环境的挑战。
而景观设计在改善室外热环境方面发挥着重要作用。
通过合理的设计和规划,可以有效地减轻城市热岛效应,提高城市环境质量。
本文将探讨景观设计要素对室外热环境的影响,并从植被、水体、建筑等方面进行分析。
一、植被对室外热环境的影响植被是景观设计中常用的要素之一,它不仅可以美化环境,还能够对室外热环境产生积极的影响。
植被能够吸收太阳辐射,降低地表温度,减少热辐射的影响。
植被的蒸腾作用可以降低周围空气的温度,形成一定的降温效果。
植被还可以起到遮荫的作用,减少阳光直射地面的时间,有效减轻室外高温对人体的不适。
景观设计中应该加强对植被的规划和布局,尤其是在城市绿化、公园设计等方面,应该注重引入更多的树木、灌木等植被,以提高环境的舒适度。
水体是另一个影响室外热环境的重要要素。
水体可以吸收大量的热量,并在蒸发的过程中释放出来,形成一定的降温效果。
合理设置水体可以有效减轻室外高温的影响。
在城市公园、广场等场所,可以设置喷泉、人工湖等水体景观,以提供清凉的环境和视觉享受。
水体还可以增加空气湿度,改善干燥的气候环境。
在景观设计中,设计师应该充分考虑水体的规划和布局,合理利用水体景观来提高室外环境的舒适度。
水体景观的设计也需要考虑到节水和环保的因素,避免造成资源浪费和环境污染。
建筑是城市景观中不可或缺的要素,它的设计和布局也会对室外热环境产生重要影响。
在城市设计中,建筑物往往占据了大量的空间,对周围的热环境产生直接的影响。
建筑的布局和高度会影响周围地区的通风情况,不同的布局方式会对风速和风向产生影响,从而改变周围的温度分布。
建筑的外墙材料和颜色也会对热环境产生影响,不同的材料和颜色会对太阳辐射的吸收和反射产生不同的效果。
在景观设计中,应该加强对建筑的规划和设计,注重建筑的通风性能和遮阳效果,尽量减少建筑对周围环境的热影响。
建筑的绿化和垂直绿化也是一种有效的景观设计手段,可以有效减轻建筑的热岛效应,提高周围空气的品质。
住宅小区室外热环境的实测与模拟一、本文概述随着城市化进程的加速和人民生活水平的提高,住宅小区作为城市居民的主要生活空间,其室外热环境的舒适度日益受到人们的关注。
本文旨在通过对住宅小区室外热环境的实测与模拟,深入探讨其影响因素、优化策略及潜在改善方法。
文章首先介绍了研究的背景和意义,明确了研究目的和任务。
接着,概述了国内外在住宅小区室外热环境研究方面的现状和进展,为本文的研究提供了理论支撑和实践借鉴。
在此基础上,文章阐述了研究内容和方法,包括实测数据的采集、模拟模型的建立以及数据的处理和分析等。
指出了本文的创新点和研究价值,为后续的深入研究奠定了基础。
通过本文的研究,旨在为改善住宅小区室外热环境、提高居民生活质量提供科学依据和技术支持。
二、住宅小区室外热环境实测为了深入了解住宅小区室外热环境的实际状况,本研究采用了实地测量的方法。
实测工作主要包括选定具有代表性的住宅小区、布置测点、选择测量仪器和制定合理的测量方案。
我们选择了位于不同气候区、不同建筑密度、不同绿化配置和不同年龄结构的住宅小区作为实测对象。
这些小区的选择旨在覆盖各种可能影响室外热环境的因素,以便更全面地了解住宅小区室外热环境的特性。
在每个选定的住宅小区内,我们根据小区的布局和特征,合理地布置了多个测点。
测点的布置考虑了小区的开阔地带、绿化区域、建筑阴影区以及人流密集区等因素,以确保能够全面反映小区室外热环境的状况。
我们采用了高精度的温度测量仪器,如红外温度计和温湿度计,以获取各测点的实时温度数据。
同时,我们还记录了风速、太阳辐射等可能影响室外热环境的其他参数。
测量方案根据小区的具体情况和测量目标进行了定制,包括测量时间、测量频率和数据记录方式等。
通过对实测数据的分析,我们得到了各住宅小区室外热环境的详细情况。
数据分析包括了温度分布、温度波动、热岛效应等方面的内容,为我们进一步了解和研究住宅小区室外热环境提供了宝贵的依据。
实测工作是研究住宅小区室外热环境的基础,通过实地测量,我们能够更准确地了解室外热环境的实际状况,为后续的模拟和优化工作提供有力的支持。
城市绿化对气候的影响在我们生活的城市中,绿化不仅仅是为了美观,它对气候有着多方面的重要影响。
首先,城市绿化能够调节气温。
在炎热的夏季,水泥、沥青等建筑材料会吸收大量的太阳辐射,并将热量释放出来,导致城市出现“热岛效应”,气温明显高于周边郊区。
而树木和草地则能够通过蒸腾作用,将水分从根部吸收并输送到叶片,然后蒸发到空气中。
这个过程需要消耗大量的热量,从而有效地降低周围环境的温度。
据研究,一片成熟的树林在夏季能够使周围气温降低 3-5 摄氏度。
同时,树木的树冠还能为建筑物和行人提供遮荫,进一步减少阳光直射带来的热量。
在寒冷的冬季,树木又能起到一定的挡风作用,减缓冷空气的流动速度,从而减轻寒冷的程度。
其次,城市绿化有助于增加空气湿度。
植物的蒸腾作用不仅能够降低温度,还会增加空气中的水汽含量。
这对于干燥的城市气候来说尤其重要。
高湿度的空气能够使人感觉更加舒适,减少呼吸道疾病的发生。
而且,充足的水汽还有利于形成云层和降雨,改善城市的水分循环。
再者,绿化对城市的风场也有调节作用。
密集的建筑物会阻碍风的流动,导致城市内部通风不畅。
而树木和草地能够打破这种阻碍,引导风的流向和速度。
在夏季,合理的绿化布局可以促进空气流通,带走热量和污染物,提高城市的空气质量。
在冬季,适当的绿化可以减缓风速,降低风寒效应,减少能源消耗。
城市绿化还能减少空气中的污染物。
树木的叶片表面具有一定的粗糙度和黏性,可以吸附空气中的灰尘、花粉、二氧化硫、氮氧化物等有害物质。
一些植物还能够通过新陈代谢将部分污染物转化为无害物质。
例如,夹竹桃能够吸收二氧化硫,银杏对氯气有较强的抗性。
通过绿化植物的过滤和净化作用,城市的空气质量能够得到显著改善,减少雾霾等恶劣天气的出现。
此外,绿化对于降低噪音也有着不可忽视的作用。
城市中的交通噪音、工业噪音等给居民带来了很大的困扰。
树木和草地能够吸收和散射声波,起到隔音降噪的效果。
尤其是在道路两旁和居民区周围种植绿化带,可以有效地减少噪音的传播,为居民创造一个相对安静的生活环境。
城市绿化对降温效果的影响研究随着全球气候变暖的加剧,城市热岛效应也成为了一个非常重要的问题。
城市热岛效应指的是在城市中出现显著高温的现象,相比于周边地区,城市温度更高。
城市热岛效应对于人们的生活和健康带来了严重的影响。
因此,研究城市绿化对于降温效果的影响变得至关重要。
城市绿化包括公园、庭院、街头绿化等各种绿化形式。
这些绿地通过蒸腾作用、阴影效应和蓄水作用等方式来降低城市热岛效应。
首先,植被的蒸腾作用可以将土壤中的水分转化为水蒸气释放到空气中,从而形成了植被周围的微环境,能够降低植被覆盖区域的温度。
其次,绿化能够形成遮荫,减少太阳直射地表的时间和强度,从而减少地表的热量吸收。
同时,绿色植物还能通过释放氧气吸收热量。
再次,绿化能够通过提供蓄水功能来降低城市热岛效应。
植被可以起到蓄水池的作用,吸收并储存雨水,减少地表径流的形成,防止城市内涝的发生。
研究表明,城市绿化对降温效果的影响是显著的。
首先,城市中的植被覆盖率越高,其降温效果就越显著。
一项研究显示,在城市区域的温度差异中,植被绿化覆盖率的变化是最主要的因素。
另外,研究还发现,绿化带来的降温效果在不同季节和时间段中是不同的。
在炎热的夏季,绿化对降温的效果尤其明显,可以使得城市温度下降2-3摄氏度。
此外,树木的降温效果在白天比夜晚更显著,因为树木在日间能够通过蒸腾作用和阴影效应更有效地降低地表温度。
除了对城市温度的影响外,城市绿化还对改善空气质量、减少水资源浪费和提高人们的健康有积极影响。
绿化能够吸收并固定大量的CO2,减缓空气中的温室气体排放,改善空气质量。
同时,绿化的蒸腾作用能够增加空气湿度,减少灰尘和颗粒物的飞扬。
此外,绿化能够减少污水径流的形成,提高城市的水资源利用效率,降低洪水的风险。
最重要的是,绿化能够为居民提供一个安静、舒适、健康的居住环境,有助于缓解压力、促进休闲和促进身心健康。
然而,要想充分发挥城市绿化降温的效果,需要注意一些关键因素。
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。