天空开阔度的测度与影响因素回顾

天空开阔度常被作为描述天空被建筑物阻挡程度的形态学参数,在高密度城市发展背景下,天空开阔度是一个有效的、可连续评价城市外部区域采光潜力的指标。为充分挖掘天空开阔度在评价城市天然采光时的潜力,需明确其测度原理、步骤,以及相关影响因素。本文对天空开阔度的测度方法进行系统化梳理,分析不同方法的优劣势及适用场景,总结影响天空开阔度的城市形态学因素,为未来城市的采光评估提供参考。

半球摄影法在石质文物现场调查中的应用研究

在研究石质文物病害形成机理时,掌握太阳辐射长期变化情况对其影响是重要的调查项目。但目前多数相关调查研究只能依靠建立环境监测站来实现。半球摄影法是一种快速测量天空开阔度的方法,在生态学等学科中被广泛使用。通过对日本、国内两处石质文物保护实际现场调查,半球摄影法被证明可以有效应用于环境监测装置选点,判断太阳位置变化对石质文物影响,以及比较石质文物不同位置受太阳辐射的长期变化。该方法具有便捷、经济且高效的特点,可以作为辅助手段更多应用在石质文物保护调查过程中环境监测装置选点与判断太阳辐射影响的相关初步测量与数据分析中。

城市建筑形态特征与地表温度关系研究

城市建筑形态与地表温度关系研究,能够为城市未来空间形态优化、城市热岛效应缓解等提供科学参考。以重庆市南岸区为研究区,基于Landsat-8数据和城市建筑物调查数据,开展地表温度与城市建筑形态指标(平均建筑密度、平均建筑高度、建筑容积率、平均建筑体积、天空开阔度)相关性研究,分析不同梯度视角下地表温度与城市建筑形态指标的线性关系特征,建立多元线性回归模型,分析城市建筑形态对地表温度的影响及其差异性。结果显示:城市建筑形态指标中仅平均建筑密度与地表温度相关性较高,其余指标相关系数均较小,表明在山地城市区域地表温度对建筑形态指标响应不强;建立城市建筑形态指标与地表温度多元线性回归模型,因子数量越多模型越准确,但计算复杂度越高,且超过3个因子后模型虽然与地表温度相关性增加,但增加幅度较小,在兼顾模型准确性和计算复杂度时考虑2因子或3因子模型较为适宜。

福州东西向深街谷内树致行人夏季热环境差异

夏季东西走向的街道因长时间暴露于日照形成最不舒适的行人环境,树木可提供树荫降低气温但也阻碍了局地通风,然而,植树对行人热环境的综合影响尚不清楚。针对城市高密度街区(LCZ 2类型)中东西走向的街道,开展行道树绿化差异对行人热环境综合影响的定量计算与分析。结果表明:1)树木对行人热环境的影响是非线性的,且在夏季白天不同时段呈不同规律,街道树木覆盖率与树致平均行人气温差异值之间存在如下关系:上下午非线性关系强烈,中午则接近线性关系;2)当树木覆盖率小于50%时,树致行人气温降低的梯度大,每增加10%树木覆盖率,行人高度平均气温最高约降低0.26℃;树木覆盖率超过50%以后,植树带来的热效益改善值减小,而且影响的时间窗口趋于中午附近(11:00—14:30);3)东西向街道内的各种植树方案都对行人热环境产生正面影响,当树冠相互接触形成连续树荫时,树致改善效应接近饱和,继续提高种植密度反而会产生负面影响。考虑城市用地紧张,建议东西走向的街道,采用可形成连续树荫的50%左右覆盖率的行道树绿化,以获得舒适的行人小气候。

杭州市临安区局地气候区的下垫面组成与空间结构对冬季气温的影响

适宜的城市规划和景观设计可以有效缓解热岛效应等城市气候因素对人居环境带来的负面影响。揭示城市户外热环境的时空变化特征及其主要影响因子,是调节和改善城市气候环境的理论基础。针对具有特定气候条件和城市形态的杭州市临安区,调查冬季不同局地气候区空气温度时空变化特征,深入分析了景观下垫面组成和空间结构对气温的影响。结果表明,在冬季午后,不同测点温度差异较大,最大温差达3.2℃,且气温主要受测点周围环境影响;到了晚上,各局地气候区内部温差较小,均在0.7~0.9℃,而不同局地气候区之间差异明显,最大温差达2.6℃。通过回归分析发现,冬季午后气温主要受到下垫面结构的影响,而夜晚气温主要受到测点周围100~200 m范围内下垫面组成的影响,此时气温随绿化覆盖率的增加而降低,随建筑覆盖率的增加而升高。研究表明,在城市规划与景观设计过程中,合理控制绿化和建筑的组成比率,优化景观下垫面的三维空间结构,有助于改善城市户外热环境。

扬州古典园林空间夏季热环境研究——以小盘谷为例

为了挖掘扬州古典园林的生态智慧,对小盘谷园林空间进行现场测试,运用热环境评估模型RayMan计算生理等效温度(PET)进行热舒适评价,分析了空气温度、相对湿度、风速等气候要素在夏季白天的变化规律,并结合天空视域因子(SVF)探讨了古典园林的空间形态对夏季热环境的影响。结果表明,扬州古典园林开敞空间因受到更多的太阳辐射,导致夏季白天炎热且热舒适性较差;半闭合空间具有较强的空间适应性,应合理配置园林构成要素改善热环境;闭合空间因受到较少的太阳辐射,主要应考虑风环境对热舒适的影响。另外,SVF也是热环境评价的重要指标之一,但不是精确指标,天空视域的形态以及方向也对热舒适有较大影响。

复杂地形对核爆炸瞬发中子辐射场的影响

通过分析地面附近核爆炸瞬发辐射的不同来源,选择一系列能反映局部或区域地形起伏对辐射场影响的特征参数,应用数字高程模型建立了地形特征计算方法,通过相关性分析和统计分析的方法,定量研究了地形特征对辐射场的具体影响。研究结果表明,指向和背离爆心方位的地形开阔度与辐射场增强或削弱程度成高度线性相关;地形坡面越陡,“阳坡”辐射场越易受到增强,而“阴坡”则越易受到削弱;地形可视性对中子吸收剂量场的影响较小,而对次级γ吸收剂量场则会造成显著影响,地形的完全遮挡将会显著削弱次级γ辐射场。

高密度街区光环境性能研究

光环境在绿色城市与绿色建筑的建设过程中有着重要的作用,现代城市在快速城市化的背景下出现越来越多的高密度街区。采光环境研究及指标主要针对建筑物内部空间,而很少针对城市外部空间方面进行研究。文章基于Grasshopper平台,对城市高密度街区背景下的建筑外部空间光环境性能与天空开阔度的相关性进行模拟研究。

紫金山森林公园降温效应影响因素

城市绿地是城市自然景观的重要组成部分,探讨不同影响因素对城市绿地降温效应的影响规律,有助于城市绿地的空间布局规划与管理,以便更好地缓解城市热环境。以南京紫金山森林公园为研究区,沿陵园路—中山陵方向选取了5个植被结构相似的林地作为观测点,并以水泥地面为参照点,利用HOBO小型气象观测站对温度、湿度和风速等因子进行定点同步观测,并分别采用LAI-2200植物冠层分析仪、鱼眼相机和GPS手持导航仪获取各观测点的叶面积指数、天空可见度和高程信息,然后采用统计分析和相关分析方法,分别对绿地降温效应的日变化规律及其影响因素进行了定量分析。结果表明:各站点的温度变化趋势基本一致;与参考点相比,5个观测点在白天均有明显降温效果,13:00—16:00降温效应最强,而晚上降温效果很弱,甚至出现轻微的保温效应;降温幅度随大气温度的升高而增大,随相对湿度和风速的增大而减小;绿地叶面积指数、天空可见度和高程等因子对绿地降温效应在不同时段会产生不同程度的影响:叶面积指数与天空可见度在9:00—19:00间对降温效应的影响作用较为明显,但由于高温的影响,午后(13:00—15:00)影响作用较弱;在夜间,高程是主要影响因子。研究结果可为城市公园绿地的合理布局与绿化建设提供依据和参考。

面向城市规划的热环境与风环境评估研究与应用——以济南中心城为例

在城市尺度规划中如何定量评估规划方案对热环境与通风环境的影响是一个技术难题。基于遥感和GIS技术,建立了一套面向城市规划的热环境与通风环境评估指标和技术方法,其中热环境可采用遥感估算的地表热岛强度(SUHI)、热岛比例指数(UHPI)以及生态冷源等级进行评估;通风环境评估则包括背景风环境和地表通风潜力两方面,前者可通过气象观测统计或数值模拟得到,后者可根据下垫面动力粗糙度长度(RL)和天空开阔度(SVF)进行估算。基于城市形态学模型,RL可以由建筑密度和建筑高度进行估算,SVF可由高分辨率数字建筑高程模型进行估算。在此基础上进行通风潜力等级划分,并采用通风潜力指数(VPI)定量评估一个地区的总体通风状况。应用上述指标和方法,利用2015年济南6月12日Landsat 8卫星资料、2013年1∶2 000基础地理信息资料和2020年城市规划资料,对济南中心城区规划前后热环境与风环境进行了定量评估,并基于生态冷源、热岛强度、地表通风潜力和背景风初步开展了济南中心城通风廊道规划应用,同时给出了相关规划策略和建议。研究结果显示:(1)文章建立的热环境与风环境评估指标和技术方法可有效应用于城市规划前后变化评估中;(2)热岛强度、地表通风潜力的高低与城市分区功能定位和土地利用类型有直接关系,规划后(2020年)热岛比例指数(UHPI)从0.31增加到0.38(均为"较轻"等级),通风潜力指数(VPI)从0.89("好"等级)降至0.74("较好"等级);(3)初步构建的3条一级廊道和10条二级廊道规划方案,将有利于缓解济南中心城区热岛效应和增强城市空气流动性。

基于1km栅格的地表太阳辐射模拟

以辐射观测值与其影响因子建立非线性回归模型,以各因子的面域数据模拟全国1km像元上的水平面年太阳辐射的空间分布;根据数字高程模型(DEM),考虑坡面坡度和坡向以及周围地形的影响,建立坡面与水平面的直接辐射转换系数模型以及坡面的视角系数模型,分别修正平面年太阳辐射中的直接辐射和散射辐射分量;汇总修正后的太阳辐射总量中的各分量,得到坡面实际可获得的辐射总量。成果可用于高精度的农业生产潜力评估、农业区划、农作物布局、退耕还林还草等。

城市地表通风潜力研究技术方法与应用——以北京和广州中心城为例

城市地表通风潜力是城市通风评估和通风廊道规划的前提条件,目前尚缺乏科学合理的指标来表征。文章面向城市区域尺度,基于城市形态学模型构建了通风潜力系数(VPC)指标,对城市通风潜力的强弱进行评估。随后,分别以北京和广州中心城为例,应用1∶2 000基础地理信息和Landsat8卫星资料,开展了2015年VPC估算及通风潜力评估分析。研究结果表明,VPC可有效反映城市地表通风潜力大小,其与天空开阔度呈负相关关系,线性回归模型R^2为0.459 1,与建筑高度、容积率、迎风截面积密度和粗糙度长度呈明显正相关关系,线性回归模型R^2分别为0.717 9、0.784 2、0.796 2和0.842 4;北京和广州中心城地表通风潜力最差的区域分别为三环—二环区域和越秀区,广州中心城的总体地表通风潜力明显好于北京中心城,这是由于广州具有更大面积的利于通风的林地、绿地和水体等冷源区域。

城市空间形态学参数与晴好天气下热岛强度关系

以澳大利亚阿德莱德中心城区为研究区,基于高分辨率城市三维建筑物数据计算得到天空开阔度(sky view factor,SVF)与迎风面积指数(frontal area index,FAI),并将其与晴好天气下四季的城市热岛强度进行相关性分析。结果表明:晴好天气下,阿德莱德城市热岛强度(urban heat island intensity,UHII)在2010—2011年四季均呈现出夜间强、白天弱的变化特征。SVF与UHII在夜间呈显著线性负相关,白天呈线性正相关;而FAI与UHII在四季的夜间和早晨时段呈对数关系,白天呈线性负相关。SVF和FAI对不同季节、不同时刻的城市热岛影响不同,在不同空间尺度下的适用性也存在差异,SVF在不同空间尺度下适用性更强。

城市天空可视域的测度技术与类型解析

天空可视域对改善城市通风环境、驱散低空污染物、降低热岛效应具有重要的作用,在高楼林立的城市中保证良好的天空可视度也是提升城市空间环境质量的关键因素。本文基于实践探索研究和国内外文献分析,梳理城市天空可视域测度的多种方法,对城市空间各项相关指标进行解析,建构计算天空可视域的技术途径,并以此建立天空可视域的评价体系,实现对城市天空可视域的定量化评价,进而为学界的相关研究提供借鉴和支撑。

城市地面对天空热辐射角系数的简化求解

为快速求解建筑群内天空视角系数,提出采用等分圆弧的射线扫描方法,将半球沿两正交圆弧分别进行n和m等分,并将射线沿某微元面中心与半球上微元面中心连线方向进行扫描,沿射线方向可见天空所对应半球面上的微元面积之和与该半球总表面积之比,即为微元面的天空视角系数。通过实例验证分析发现,当等分圆弧数n、m均大于20时,模拟值与理论值吻合较好;当n取40时较合理,误差为0.5%,计算时长为0.016s,能很好满足城市地面的天空视角系数的快速求解和精度要求。

基于DEM的坡地太阳总辐射估算

借鉴国内外计算坡地太阳辐射的方法,利用数字高程模型(DEM)生成了计算山地太阳辐射的地形因子(坡度、坡向、遮蔽度、各向同性可见因子),比现有的模型更准确地计算了晴空下山地太阳总辐射、直接辐射、散射辐射和周围地形的反射辐射,在此基础上分析了坡度、坡向对太阳辐射的影响。

街道层峡形态对夏季室外气温及热舒适的影响

为了研究南京典型夏季气候条件下街区层峡形态与室外气温及热舒适度的关系,采用参数化方法衍生设计出16个具有不同层峡形态的中心商业区(CBD)街区模型,利用建筑环境气温预测工具(STEVE Tool)进行数值模拟,计算得到各街区不同位置的24h实际区域室外气温(θ_a),并基于θ_a采用RayMan模型计算各街区中不同位置的24h热舒适度(PET).通过比较分析各街区不同位置区域室外气温与热舒适度的分布特征,得到街区层峡几何形态对区域室外气温及热舒适度的影响规律.结果表明:街区层峡高宽比与天空视角系数(ΨSVF)对区域室外气温及室外热舒适度均起主要的影响作用,但对气温的影响在白天与夜间呈相反趋势,对室外热舒适度的影响趋势全天较一致.

天穹扇区对夏季广场小气候及人体热舒适度的影响

为揭示广场中不同遮蔽情况在太阳运行条件下,小气候及人体热舒适度的变化特征,根据天球模型、太阳视运动轨迹原理,在测点天空鱼眼照片上,叠加日轨图和天空图,绘制成天穹图。以上海广场为研究对象,通过对其夏季日间小气候的实地测量和热舒适度的计算,分析天空开阔度对日间小气候和热舒适度的影响,比较天空开阔度和太阳运行所在扇区天空开阔度对日间不同时刻小气候和热舒适度影响的差异,通过组间差异分析、相关性分析和热舒适度分析定位出对小气候和热舒适度影响最大的时间和天穹范围,为广场适宜性小气候设计提供更具体准确的设计思路和指导。

街区层峡几何形态与微气候的关联性研究

基于城市设计的气候适应性要求,分别从街道高宽比、街道朝向与天空视角系数三方面探索街区层峡几何形态要素与微气候要素之间的关联,最后分析各形态要素对微气候的影响机制。

基于全景图的城市街区太阳日总辐射计算方法对比

太阳辐射是影响城市室外热环境的关键气象要素。在西安建筑科技大学校园内18个具有不同街道形态特征的地点进行了太阳辐射日总值实测,并利用百度地图平台获取了街道全景图。利用PTgui和Rayman模型软件对全景图进行分析后获取了鱼眼图像、天空开阔度(SVF,Sky view factor)和树木遮挡水平(TVF,Tree view factor)数据,在每个测点利用鱼眼图像与SVF分别采用两种不同的计算方法对该测点的太阳总辐射日总值进行了计算,并依据TVF对每个测点进行了分类。将计算结果与实测结果对比后,结合分类结果,发现在TVF较大(TVF≥0.3)和较小(TVF<0.3)的点分别采用不同的方法,得出的计算值与实测值更接近。综上,为了保证计算结果的准确性,在进行测试城市中不同地点的太阳辐射日总值计算时,应依据测点的环境形态特征选取不同的计算方法。