【摘 要】
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在城市化及工业化进程不断加快的背景下,全球气候环境质量不断下降,其中城市热环境问题较为显著。城市高大建筑和高密度建筑群的增多,改变了城市三维空间形态和土地覆盖类型,严重影响了太阳辐射与城市地表和大气之间的热量交换过程,导致城市热环境质量变差,对于城市的可持续发展带来不利影响,降低了人体热舒适度。因此,如何改善城市热环境,提升城市居民热舒适度成为当前普遍关注的问题。目前关于城市建筑对城市热环境的影响
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在城市化及工业化进程不断加快的背景下,全球气候环境质量不断下降,其中城市热环境问题较为显著。城市高大建筑和高密度建筑群的增多,改变了城市三维空间形态和土地覆盖类型,严重影响了太阳辐射与城市地表和大气之间的热量交换过程,导致城市热环境质量变差,对于城市的可持续发展带来不利影响,降低了人体热舒适度。因此,如何改善城市热环境,提升城市居民热舒适度成为当前普遍关注的问题。目前关于城市建筑对城市热环境的影响多基于城市或城市群尺度以遥感手段开展研究,或是采用数值模拟的方式分析某一街区/社区小气候状况,对于综合两种尺度的方式来探讨建筑布局对城市热环境影响的研究较为有限。综合遥感监测与数值模拟的方式既能够实现较大空间范围的信息获取,又能够实现更高空间分辨率和时间连续性的精细化研究。建筑高度、建筑密度、容积率和天空可视度是描述建筑布局空间关键指标,其对于温度的空间分布存在影响,因此本文重点研究建筑布局空间形态对热环境影响关系。本文以城市化程度高、建筑布局复杂的北京市五环区域主城区为研究区,综合遥感监测、实地测量和数值模拟的方式展开研究,从城市及街区尺度分别探究城市建筑空间布局各项指标对城市热环境的影响。首先在城市尺度上,基于格网定量提取建筑高度、建筑密度、容积率和天空可视度等指标,以夏季和冬季为气候背景探究各项布局指标与LST的相关性,并建立最小二乘法线性回归模型（OLS）和地理加权回归模型（GWR）,实现从全局和局部角度分析各项布局指标对LST的影响关系。其次,在街区尺度上利用城市微气候模型ENVI-met构建六种常见的建筑布局方式模型、五种建筑高度模型、六种建筑高低交错排布模型及四种建筑密度模型,分析每个模型场景中气温的空间分布,统计不同温度等级的面积占比,计算其室外热舒适度PET,探究精细化尺度下建筑布局指标对温度的影响。主要结论如下:（1）在城市尺度,建筑密度与LST在夏季和冬季呈正相关,建筑高度、天空可视度与LST在夏季和冬季呈负相关,容积率与LST相关性不显著,且不同指标与LST的相关性具有空间异质性。研究利用建筑矢量数据定量提取了建筑高度、建筑密度和容积率,基于半球模型原理获取了天空可视度,利用Landsat-8数据反演了研究区夏季和冬季的地表温度数据。通过Pearson相关分析发现夏季和冬季建筑密度与LST呈正相关,相关系数分别为0.444和0.278,建筑高度与LST呈负相关,相关系数分别为-0.372和-0.352,天空可视度与LST呈负相关,相关系数分别为-0.313和-0.201,容积率与LST相关性不显著。基于OLS发现结果与Pearson结果一致,夏季建筑高度与LST的系数为3.35,冬季为0.76,夏季建筑高度与LST的系数为-2.04,冬季为-0.22,夏季天空可视度与LST的系数为-1.03,冬季为-0.97。基于GWR的结果发现各项布局指标对LST的影响存在空间异质性,夏季约95%的区域为建筑高度与LST呈负相关关系,冬季约90%的区域为建筑高度与LST呈负相关的关系;夏季约有80%的区域体现了建筑密度与LST的正相关关系,冬季约66%的区域体现了建筑密度与LST的正相关关系;夏季约87%的区域为天空可视度与LST呈现负相关的区域,冬季约65%的区域为天空可视度与LST呈现负相关的区域,且相比于冬季来看,各项指标在夏季对LST的响应更显著。（2）在街区尺度,不同建筑布局方式会对温度和PET空间分布存在一定的影响,其中封闭式布局L4场景相对于其他几种布局模型表现较好,建筑高度与气温并不是单一的负相关关系,建筑高低交错排布对温度及PET空间分布存在显著影响,其中M2表现较好,建筑密度较高时区域内部产生大量阴影,导致气温值较低。根据北京市常见建筑布局形态,总共构建了四项实验:建筑布局场景实验、建筑高度一致场景实验、建筑高低交错排布实验和建筑密度场景实验。通过对比温度空间分布状况、对不同温度等级面积占比及室外热舒适度进行统计分析,发现在建筑布局方式场景中发现封闭式布局L4表现较好;建筑高度与温度并非单一负相关关系,当建筑高度低于30米时,随着建筑高度升高,温度升高,当建筑高度高于30米时,随着建筑高度增加,温度降低;建筑高低交错排布实验中模型二能够提供更多的低温区域,相较于建筑高度一致的场景,能够实现降温0.5℃,表现较好。
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