基于局地气候分区的湿热地区街区热环境特性及优化研究

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangchun2000
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近年来,湿热地区城市长期高温高湿的热环境状态阻碍了人居生活质量的提升,应对全球变暖与城市化发展已成为缓解局地热环境效应的核心需求。理清城市街区热环境的驱动因素以实现空间形态气候合理性设计,则是营造气候宜居城市环境的关键阶段。局地气候分区作为衔接城市空间形态和热环境特性的理论体系,为当前城市热环境研究领域提供了量化的地表景观分类标准。现阶段,局地气候分区理论应用于街区尺度热环境的研究案例相对缺乏,且亟需一套能够对街区热环境时空分布特性进行精细而可视化表达的综合分析方法。基于此,本研究以湿热地区广州大学城和珠江新城为例,结合移动观测与数值模拟手段对多时空尺度下不同局地气候分区的热环境特征差异及其关联因子进行了讨论与分析。首先,提出了一种面向街区尺度的局地气候分区分类方法,为街区热环境特性的量化因子分析提供数据基础。局地气候分区分类结果直观地呈现了大学城与珠江新城之间的空间形态差异。其中,大学城以开敞中层建筑、稠密树木与低矮植被三种类型分区为主,具有空间开敞度高、透水性下垫面覆盖率广的空间格局特点;而珠江新城内遍布具有狭长街谷的高层高密度建筑群体,主导类型为紧凑高层建筑区和开敞高层建筑区。以上两个案例区域共囊括了8种建成环境型和6种自然环境型分区,为区分热环境异质性提供了丰富的街区样本。其次,利用移动观测和空间插值方法分别对夏季、过渡季与冬季日间移动测点及街区近地表层温湿度的时空分布规律进行分析。从时变特性来看,夏季典型时刻案例区域热环境相较其它季节呈现高度空间异质性。空间分布结果显示,不同局地气候分区气温具有以下规律性特征:建成景观中,紧凑型建筑区<开敞型建筑区,高层建筑区<低层建筑区;自然景观中,稠密、稀疏树木区<低矮植被、硬化地面、裸地沙土、水域区。同时,通过空间自相关分析反映了各街区间的横向热相互作用,间接表明除自身空间形态外,街区区位也是形成同类局地气候分区热环境差异的因素之一。此外,基于热环境实测数据对夏季大学城街区的温湿度进行动态时序模拟研究,以探索局地气候分区下垫面参数化方案在动态局地尺度能量平衡模型中的应用潜能。模拟结果显示,高层建筑区在建成景观中具有较低的气温值,而硬化地面区的气温相对较高;透水性较强的开敞型建成区以及水域区则计算出了较高的含湿量值,总体上各类LCZ的热环境差异呈现与实测结果的一致性。经实测验证发现,该模型存在1℃以内的总平均气温误差和2g/kg以内的总平均含湿量误差,且与下垫面特性参数设置有关,由此建立了二者之间的多元非线性回归模型以提高温湿度模拟结果的准确度。最后,从局地气候分区热敏感指标体系中选取了天空角系数、街道峡谷高宽比、平均建筑高度、建筑密度、不透水表面比率与透水表面比率,分别与以局地热岛强度为表征的热环境参数进行相关性分析。结果表明,天空角系数、透水性表面比率与局地热岛强度呈正相关关系;其余指标则呈负相关关系,其中平均建筑高度与街道峡谷高宽比和局地热岛强度之间具有强关联性,且以上相关性在夏季尤为显著。从所识别的热环境问题区域来看,白天开敞中低层建筑区、低矮植被区以及硬化地面区具有较大的热风险潜在性,可通过适当调整建筑阴影面积及空间开敞度来改善街区热环境。综上,本文顺应局地气候分区理论的地域化发展,通过实测与模拟相结合的方式系统展示了针对街区热环境多时空特性的综合分析流程,并从城市结构与地表覆盖两个维度给出了相应的空间优化策略。该研究旨在从城市空间形态规划与设计的视角,为改善建筑室内物理环境、实现建筑节能减排提供一定的借鉴意义和技术支持。
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