城市微氣候與城市形態(tài)的關(guān)聯(lián)性——以大連凌水灣為例.pdf

1、隨著城市化進(jìn)程的加深，高密度、高容積率的城市發(fā)展模式導(dǎo)致了城市通風(fēng)狀況變差、空氣污染、城市熱島效應(yīng)等一系列氣候問題。這些問題不僅降低居住者在城市生活中的舒適度，還嚴(yán)重影響他們的身體健康。本研究旨在科學(xué)的分析城市微氣候與城市形態(tài)之間相互關(guān)聯(lián)的內(nèi)在機(jī)理，以總結(jié)相應(yīng)的規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)的氣候緩解策略。
　　研究采用了現(xiàn)場實(shí)測、數(shù)值實(shí)驗(yàn)和SPSS回歸分析的方法。在文獻(xiàn)查閱的基礎(chǔ)上，對城市微氣候的要素以及城市形態(tài)的構(gòu)成參數(shù)進(jìn)行總結(jié)。采用了風(fēng)速比

2、和城市熱島強(qiáng)度作為微氣候評價(jià)指標(biāo);建筑密度、容積率、綠地率、迎風(fēng)面積比和通風(fēng)架空率作為城市形態(tài)參數(shù)的評價(jià)指標(biāo)。以大連凌水灣地區(qū)范圍2km×2km的高密度城市區(qū)域?yàn)檠芯繉ο螅C合運(yùn)用Auto CAD、ArcCIS、Rhino、Grasshopper等三維工具，建立了包含地形、下墊面材質(zhì)、建筑高度和功能的城市規(guī)劃信息模型，并針對數(shù)值模擬需求進(jìn)行了模型優(yōu)化處理。在凌水灣地區(qū)現(xiàn)場進(jìn)行了為期5天的不間斷實(shí)測，獲得包括溫度、風(fēng)速、濕度、下墊面材質(zhì)溫

3、度等微氣候數(shù)據(jù)。通過對實(shí)測數(shù)據(jù)的分析，初步分析了不同下墊面微氣候變化和產(chǎn)生差異的內(nèi)在機(jī)理。
　　通過將天氣預(yù)報(bào)模式(WRF)和計(jì)算流體動力學(xué)(CFD)兩種不同尺度的工具相耦合進(jìn)行了氣候數(shù)值實(shí)驗(yàn)。在充分考慮城市大范圍真實(shí)氣象背景的前提下，描述了高精度微氣候信息。其中WRF是氣象學(xué)領(lǐng)域的中尺度模擬技術(shù)，通過調(diào)整邊界條件、物理方案參數(shù)及網(wǎng)格設(shè)置等，進(jìn)行了網(wǎng)格精度1km、總研究區(qū)域156km的背景氣象參數(shù)模擬。以WRF結(jié)果作為CFD模擬的

4、邊界條件，實(shí)現(xiàn)了精度為20m的微氣候數(shù)值實(shí)驗(yàn)。通過與現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)對比，風(fēng)場實(shí)測值和模擬值之間的平均誤差為0.17m·s-1;溫度場平均誤差為0.24℃。該結(jié)果表明，數(shù)值實(shí)驗(yàn)的結(jié)果具有較高的可信度。
　　利用SPSS軟件對數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果與城市形態(tài)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了分析，建立兩者之間的一元線性回歸模型?；貧w結(jié)果表明，容積率與風(fēng)速比回歸的相關(guān)度最高，R2為0.591;綠化率與風(fēng)速比回歸的相關(guān)度最低，R2為0.398。當(dāng)建筑密度控制在4

5、0％以下時(shí)，風(fēng)速比可達(dá)到0.71以上;當(dāng)容積率控制在3.0以下時(shí)，風(fēng)速比可達(dá)到0.62以上;當(dāng)綠化率控制在15％以上時(shí)，風(fēng)速比可達(dá)到0.96以上。容積率、綠化率與熱島強(qiáng)度回歸的相關(guān)度較高，其中容積率與熱島強(qiáng)度的相關(guān)系數(shù)R2為0.587;綠化率與熱島強(qiáng)度之間的相關(guān)系數(shù)R2為0.586。當(dāng)建筑密度達(dá)到40％以上時(shí)，熱島強(qiáng)度可達(dá)到7.77℃以上;當(dāng)容積率達(dá)到3.0以上時(shí)，熱島強(qiáng)度可達(dá)到8.65℃以上;當(dāng)綠化率控制在15％以上時(shí)，熱島強(qiáng)度可控制

6、在3.82℃以內(nèi)。研究結(jié)果表明容積率無論在提高風(fēng)速比方面還是在控制熱島強(qiáng)度方面，都可以起到較明顯的作用，所以在城市建設(shè)中，應(yīng)該首先控制區(qū)域內(nèi)的容積率。
　　研究最終提出了基于微氣候分析的大連城市規(guī)劃策略，包括合理提高土地開發(fā)強(qiáng)度、保護(hù)開放空間、設(shè)置城市通風(fēng)廊道、合理設(shè)置道路、控制城市高度、建筑形態(tài)優(yōu)化方法等。
　　本文建立了一種從宏觀到微觀的城市氣候數(shù)值實(shí)驗(yàn)方法，分析了城市氣候和城市形態(tài)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)機(jī)理，可為城市規(guī)劃、城市