SSP-RCP耦合情景的城市局地气候分区模拟--以南京市为例

基于情景的土地利用变化模拟能够展现未来城市的多种可能性,是当前土地覆被变化领域的热点。现有研究地表分类体系中的建设用地无法精确刻画城市内部空间形态,且土地模拟研究中不统一的模拟情景将影响土地模拟结果的可比性,因此,本文采用了国际耦合模式比较计划(CoupledModelIntercomparisonProject,CMIP)最新提出的三种典型SSP-RCP耦合情景,以南京市为研究区,开展了未来近期(2030年)、中期(2060年)和远期(2090年)的局地气候分区(local climate zones,LCZ)时空模拟。结合马尔可夫模型和多目标规划预测未来耦合情景下各LCZ类型的数量需求,并通过未来土地利用变化模拟模型实现LCZ的空间分布模拟。结果表明:①SSP126情景下生态用地(LCZA/B/D/G)得到了有效保护,且建筑用地(LCZ1~6、LCZ8~10)在主城区的扩张得到有效控制。②SSP245情景中,经济发展的同时也顾及了生态环境保护,尽管建筑用地扩张明显,但生态用地(LCZA/B/D/G)的面积仅出现了轻微下降。③SSP585情景建筑用地(LCZ1~6、LCZ8~10)和耕地(LCZ D)扩张态势十分显著;21世纪中、后期的林地(LCZ A、LCZ B)和水体(LCZ G)将遭到严重破坏。本文首次开展了自然与人文双重驱动下的城市LCZ时空模拟,研究成果能够直接应用于城市气候与规划领域。

陕北黄土高原中部生态修复对局地气候的影响

利用陕北黄土高原2000—2019年MODIS产品MOD13Q1数据,定边、安塞、志丹、子长、延安气象站1990—2019年月(年)平均气温及最高(最低)气温、降雨量、降雨日数等资料,通过差值(比值)、相关系数、线性回归等方法,对陕北黄土高原生态修复显著区(志丹、安塞、子长、延安)和非显著区(定边)在生态修复前(1990—1999年)、生态修复中(2000—2019年)的气象要素变化进行对比分析。结果表明:(1)生态修复中显著区、非显著区的归一化植被指数分别以0.123、0.081/10 a的速率增加,显著区为非显著区的1.5倍;显著区和非显著区年平均气温分别以0.164、0.467℃/10 a的速率上升,平均降雨量分别以39.95、25.56 mm/10 a的速率增加,显著区较非显著区升温明显缓慢,但平均降雨量的增加速率明显大于非显著区。(2)生态的显著性修复在2012年之后对年平均气温上升的抑制作用凸显,显著区和非显著区年平均气温差值在2013年发生突变,2013年为生态修复对年平均气温影响的关键时间点;生态修复显著区在植被生长季(4—9月)对年平均气温上升的抑制较为明显,7月最明显,显著区较非显著区年平均气温降低了1.05℃;对最高气温的抑制出现在7—8月,对最低气温的抑制出现在5—6月。(3)生态修复中(2013—2019年)显著区的降雨日数较修复前明显偏少近6 d,其减少主要是小雨日数的减少,中雨以上的降雨日数均随着生态修复的开展呈增加趋势;显著区植被生长季降雨量增加最明显,降雨量的增加主要表现为中雨以上降雨日数的增加;1—7月随着植被覆盖度不断增加,显著区与非显著区不同等级降雨日数差值逐渐增大,7月达到最大,8—12月随着植被覆盖度不断降低,降雨日数的差值逐渐减小。

金沙江干热河谷典型水电开发对局地气候的影响

[目的]探究水电开发对局地气候的影响,是预防和减轻水电开发可能带来的负面效应,实现能源的可持续发展与环境保护的重要保障。[方法]选取金沙江中游的龙开口、观音岩及下游的溪洛渡、向家坝4个典型水电站,运用气候倾向率、M-K趋势检验和小波分析等方法,定量分析了中下游水电局地气温、降水在蓄水前后的月、季、年变化及在水电开发中的突变情况和周期性特征。[结果](1)蓄水后,水电站对河谷内最高温起抑制作用,最低温起抬升作用;夏季和秋季,下游水电站发挥了降温作用,月平均气温2,6,7,9,10,11月下降显著,而中游水电站调温作用不明显,仅7月平均气温略有下降。(2)蓄水后,各季节降水量均有增加,在4,8,9月增加显著,增幅为0.71~27.95 mm。(3)气温、降水与水电开发相关,中下游水电站的气温、降水在开发中和蓄水后发生不同时间的突变。(4)气温和降水在小波变化周期上呈现相似的特征,蓄水后,局地降水呈现出更显著的周期性,并且具有一定稳定性。[结论]不同时间尺度上,水电开发在不同河段上影响局地气温和降水的程度不同,受到地理位置、周边环境及蓄水时长的多重因素制约。

上海地区高温过程中局地气候区尺度城市热岛特征分析

本文以超大城市上海为研究对象,选取2017年7月为夏季代表月,利用自动气象站网观测得到的逐小时气温和风速数据,基于局地气候分区方法分析了上海市各局地气候区(Local Climate Zone,LCZ)在不同天气条件下的气温和城市热岛强度(Urban Heat Island Intensity,UHII)时空特征及其成因。结果表明:由于城市几何形态、建筑材料、表面不透水面占比以及人类活动的不同,上海市夏季典型月各LCZ的气温和UHII表现出明显差异,在高温日,UHII日变化曲线可以分为"W"型、浅"U"型、"V"型、日间型和平稳型这五类。城市建筑形态对城市风、热环境具有较为复杂的影响,UHII与天空可视因子(Sky View Factor,SVF)的相关系数在00时(北京时,下同)为负,而在12、16时为正,这是由于建筑物对城市冠层内的辐射传输的影响和建筑物的热量储存导致的;城乡风速之比与SVF在00、12和16时都为正相关,说明了高大密集的建筑物对风速有衰减作用,同时风速通过影响大气的平流输送进一步影响UHII。

局地气候分区下的杭州中心城区城市热环境研究

以杭州市主城区为例,运用局地气候分区分类框架分析杭州城市热环境。整合卫星遥感影像、建筑物矢量等多源数据,开展了杭州市中心城区局地气候分区分类制图,探讨各LCZ类型分布格局,分析类间和类内热特征和季节差异。①根据城市建筑矢量、地物覆盖分类数据,利用WUDAPT构建研究区LCZ地图;②利用Landsat 8卫星遥感影像通过GEE反演得到研究区逐月地表温度数;③结合LCZ地图和多时相地表温度数据,分析不同局地气候分区各季节间的热环境差异。结果表明:研究区内建筑以中低层为主,且多为开阔类型,自然地表覆盖中低植被区LCZ D占主要比例;LCZ 1-LCZ 3密集建筑类型较其他建筑类型地表温度更高,且随着建筑高度的升高温度依次降低;除水体外,LCZA是所有类型温度最低的区域;夏季各分区之间温度差异显著,夏季热岛强度达到全年最大值,春秋两季热岛强度相近,但是变化趋势不同;类内热岛内部相对稳定,强度变化受周边环境特征影响较大,LCZ 5.1的特征要素相关系数与城市整体变化趋势不一致,尽管占比较高,但不能主导整体变化趋势,BSF在秋季的影响最大(每升高10%升高0.7℃),PSF和ISF在四季的影响力相近,且夏季最高,冬季最低。研究结果能够为城市规划设计和公园建设提供参考,助力于城市的可持续健康发展。

局地气候分区视角下城市气候与人居环境研究进展

城市气候与人居环境交互影响。局地气候分区(Local Climate Zone, LCZ)推动了城市形态刻画与气候演变规律探索,为城市气候与人居环境研究提供了统一框架。学术界对其研究大多聚焦在城市热环境和气候风险方面,正在向多要素气候模拟和考虑社会经济因素方向发展。审查了主题、方法和主要结论,发现“局地气候分区”、“城市热岛”、“地表温度”、“管理”和“社区”出现频率最高。采用文献计量和专题分析方法,梳理并总结了2012—2023年6月LCZ城市气候与人居环境研究在LCZ制图、相互作用和适应性策略三方面的进展,并展望了未来的研究重点。结果表明,(1)全球已在超过280座城市开展了LCZ研究,LCZ全球数据集的推广扩大了研究尺度且丰富了研究内容;(2)大多研究分析了风热环境为主的气候要素在局地尺度上的时空特征,探讨产生异质性的原因及其对人居环境的作用机理,揭示了城市蓝绿空间对于优化冷却效果、防范和治理热源等缓解性策略的重要性。其中自2018年起LCZ热环境研究向多元化发展,研究区域开始出现大都市圈或城市群;(3) LCZ能够辅助识别人居环境中高度暴露和脆弱的地区,近年来的研究趋向于在气候/生态风险评估中寻找适应性策略,且更加关注易感人群和低收入者。综述将有利于LCZ框架下城市气候与人居环境研究现状和发展趋势的宏观把握,为后续研究提供思路。

基于局地气候分区的广州市地表景观格局热环境关系研究

本研究针对广州市的建筑和自然景观格局进行了深入分析。在建筑类型上,广州以开敞高层和紧凑低层为主,反映了城市倾向于中低层、开敞型建筑。自然景观中,密集树林区特别显著,尤其在北部丘陵和城市绿地。景观格局指数显示,密集树林优势最高,其次是低矮植被和开敞高层。通过多指标如PLAND、NP等对各景观类型进行评估,密集树林在面积、斑块数量和连接度上具优势,而开敞高层则较低。局地气候分区揭示了广州内部微气候差异,为深入了解城市热环境提供了有力工具,进而支持科学热环境规划和管理。

基于局地气候区的校园室外热舒适影响因素及优化策略研究

气候变化背景下校园室外热环境的重要性凸显,迫切需要科学的设计指引以提升校园热环境。然而,当前研究多局限于单一空间或室内环境,缺乏多空间的对比研究,忽略了室外热环境多要素相互影响的复杂特性。基于此,研究基于局地气候区理论,选取了3类开放空间和3类建成环境,结合实测和问卷调研探究校园室外热舒适关键影响因素,进而提出针对性的优化策略,以期为夏热冬暖地区校园室外热环境营造提供设计指引。

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。

基于局地气候区的西安市城市热环境变化及其影响因素分析

快速城市化过程引起的城市热环境变化,对人类健康和城市可持续发展产生了重要影响。通过科学规划与管理改善城市热环境对于提高城市宜居性具有重要意义。以西安市主城区为例,基于2019-2022年9期70 m分辨率的ECOSTRESS数据,结合局地气候区(Local Climate Zone,LCZ)分类,利用相关性分析及分区统计等方法,对城市热环境变化及其影响因素进行了分析,可为城市科学规划与管理提供决策依据。研究结果表明,(1)研究区以建筑类型(LCZ1-7)局地气候区为主,占区域总面积的72.94%。其中紧凑型中低层建筑(LCZ2-3)局地气候区分布在城市一环路以内,开敞型建筑类型(LCZ4-7)局地气候区分布在城市一环和绕城高速之间,自然类型(LCZA,LCZB)局地气候区和大型低层和硬地面(LCZ7)局地气候区分布于绕城高速周边。(2)日间,紧凑型建筑类型(LCZ3)局地气候区地表温度最高,水体(LCZA)地表温度最低;夜间,水体(LCZA)地表温度最高,植被(LCZB)地表温度最低。紧凑型建筑类型(LCZ1-3)地表温度高于开敞型建筑类型(LCZ4-6),且日间地表温度表现为紧凑型高层(LCZ1)<紧凑型中层(LCZ2)<紧凑型低层(LCZ3),夜间反之。(3)日间,地表温度高值区主要分布于以紧凑型建筑类型(LCZ1-3)局地气候区为主的城市二环路内,地表温度低值区分布于研究区东北部、研究区东南部和二环西北部边缘区域的植被(LCZA)和水体(LCZB)局地气候区内;夜间地表温度高值区分布于研究区东北部水体(LCZB)和绕城高速内的建筑类型(LCZ1-6)区域,地表温度低值区与日间相似。(4)地表温度与NDVI呈显著负相关,与人口和夜间灯光呈显著正相关。研究认为西安市未来建筑类型应多以开敞型建筑为主,并在开敞型建筑类型(LCZ4-7)局地气候区中加强城市绿化,同时,在紧凑型建筑类型(LCZ1-3)局地气候区中建设通风廊道,可起到改善城市热环境的作用。

基于局地气候区的上海产业街区屋顶绿化近地降温效果

屋顶绿化是削减城市热岛强度的重要手段,其改善街区近地热环境的能力受街区形态的影响。文章基于局地气候区(Local Climate Zone,LCZ)框架,对上海4个优化类与转型类产业园样区中共115个产业街区进行形态分类,从各样区的主导类区中共选取12个典型街区,在上海夏季7月标准气象日条件下进行ENVI-met热环境模拟。结果表明:上海工业街区夏季白天近地温度最高的时刻与屋顶绿化降温效果最佳的时刻均为14∶00;上海夏季白天产业街区覆盖屋顶绿化前后近地热环境的改善具有统计显著性;铺设屋顶绿化后,LCZ5和LCZ3组街区的降温均值分别为-0.12℃与-0.07℃,且LCZ5类区的降温效果更佳。因此,从缓解热岛现象出发,上海产业园区若推进屋顶绿化建设,应优先考虑以LCZ5为主导形态类区的转型类产业园区。

基于局地气候分区的武汉市城市热岛时空分异特征

为精细化评估武汉市城市热岛时空分异特征以辅助气候适应性设计工作,基于局地气候分区(local climate zone,LCZ)体系对武汉中心城区气温进行观测,分析了连续3 a夏冬时段的6类建筑空间和3类自然空间热岛强度(urban heat island intensity,UHII)的时空分异,并探讨了不同LCZ类型的日平均UHII差异、逐时UHII变化及同种LCZ类内UHII差异及其影响因素。结果显示:各LCZ在夏冬两季可保持稳定日平均UHII类间差异,其中建筑高度越高的LCZ类型其UHII越高,特别是开阔高层(LCZ 4)和开阔中层(LCZ 5),而稀疏树林(LCZ B)、茂密树林(LCZ A)、开阔低层(LCZ 6)和零散建筑(LCZ 9)总体保持0℃以下;UHII逐时变化方面,LCZ A与其他LCZ类型存在明显差异,日出后8 h范围内LCZ A表现为快速上升后下降,其他类型则呈快速下降后稳定上升趋势;单日内,各LCZ的UHII呈“夏强冬弱、昼弱夜强”的特性,其中LCZ 9与LCZ A能够长时间维持“城市冷岛”效应以缓解局部热环境,而LCZ 4是唯一夏冬两季UHII均保持在0℃以上的类型;具有中层高度特征的LCZ 2和LCZ 5表现出显著的类内UHII差异,同类LCZ位于城区中部地块受城市冠层通风阻碍的影响其UHII比城区边界地块高。研究结果表明,LCZ类间UHII差异在夏冬两季稳定存在,而LCZ类内UHII显著性差异主要受武汉城市空间结构的驱动,密集的中心城区由于通风效能低下和人为热排放频繁而更易于导致局部高温。

基于局地气候分区的成都街道空间冬季热舒适研究

为探究街区空间布局与空间形态特点、微气候环境和使用者环境感知之间的关系,文章基于局地气候分区理论并结合林荫空间对街道的限定,在成都市选出6条符合相应指标的街道,在冬季进行热舒适研究,结果表明:(1)在同时空下,不同LCZ分区下的街道微气候数值有差异。紧凑型街道温度波动大于开敞型;开敞型街道湿度波动范围大于紧凑型。(2)紧凑低层型街道和开敞中层型街道是最为舒适的两种街道类型。(3)人群对微气候的热感觉与热舒适具有二次线性关系,街道空间形态会对人的热偏好产生影响。(4)空间形态与行为活动会影响人的热期望与热中性范围。因此,设计时不仅需要考虑街道空间特征,还应将街道所处环境、使用群体属性及活动特征纳入考量,以创造更为舒适的街道环境。

城市化对重庆市主城区局地气候的影响

利用气温、降水量、相对湿度、日照时数等气象资料,以及土地利用资料和空气质量资料,分析了重庆市主城区1970—2019年各气象因子的变化趋势,以及城市化进程对局地气候变化的影响。结果表明:气候变化背景下,重庆市主城区呈温暖化、干燥化趋势,城市化加剧了这一趋势,并导致降水波动性增大,极端降水事件增多。主城区的城市化气候效应强度均呈上升趋势,夏季上升趋势最明显,其中热岛强度和雨岛强度变化显著,市区气候受城市化影响高于近郊。热岛效应、干岛效应的出现主要由热排放和土地利用面积的增加导致,气温的上升与建设用地的扩张对雨岛强度的增加作用明显,空气质量的改善及气温升高有效削弱了市区的暗岛强度。为减缓城市化带来的气候风险,应进一步优化城市能源、产业结构,保护水体、绿地等自然下垫面,建设海绵城市与地下水库工程。

岭南高密度城市高温适应规划设计策略:局地气候分区框架的应用

如何通过气候适应性规划设计缓解城市夏季高温状况,构建健康城市,对于我国推进生态文明建设、实现高质量发展至关重要。以岭南高密度城市—广州为例,基于局地气候分区框架分析城市建设形态与土地覆盖特征,构建局地气候分区城市形态分析地图与局地气候分区分类地图,识别城市高温风险热点区域;基于局地气候分区分类地图的高温风险评估结果,选取高温风险街区—文德路街区作为研究对象,从“绿—荫—透—水”4个方面提出岭南高密度城市街区高温适应规划设计策略,并进一步探讨将高温适应规划设计融入国土空间规划体系的路径,以期为我国气候适应规划设计与健康城市建设提供思路与方法参考。

局地气候区改变对城市地表热岛强度的影响

统计了地中海气候范围内的米兰、贝鲁特与伊斯坦布尔2000年以及2020年城市发展变化。借助局地气候区系统,探索分析了城市地表热岛强度(Surface Urban Heart Island,SUHI)的时空变化分布。局地气候区框架直观地展示了城市空间形态的变迁,同时更有针对性地表征了地表热岛强度的区域变化特点,为地表热岛强度的缓解提供有效参考依据。结果表明米兰的城市扩张范围最小,产业升级造成的工业园区(LCZ8)更新是城市过去20年来的主要变动,LCZ 2与LCZ 3对LCZ 8的替代创造了更多的人工排热,使当地地表热岛强度平均提升了1.2℃。贝鲁特的扩张规模是3座城市中最大的,其建成类局地气候分类面积提高了约8%。伊斯坦布尔海岸沿线与近郊出现快速城市化的趋势,近郊的建筑密度不断提升,区域内平均提升了1.3℃。总体来看,在夏季地中海城市,与工业排热相比,人工排热也会使区域产生强烈的地表热岛效应。伊斯坦布尔的结果证明了千万人口城市中的局地气候区变化会产生更强烈的地表热岛强度。大都市的交通排热也是影响城市热环境的重要因素。3座城市展示了不同发展阶段下城市面临的热岛效应问题,研究城市变迁将为我国未来城市设计与规划提供新的参考与经验。

局地气候区框架下的城市热岛特征及缓解策略——以郴州市为例

局地气候区提供了标准化的城市空间分类框架,在明确局地气候与城市空间形态关系、沟通跨学科的信息等方面有重要作用。以郴州市为例,首先计算、叠加和聚类8个局地气候区指标,获得局地气候区图,然后进一步分析夏季高温月份中不同局地气候区类型的地表温度和热岛强度的时空特点,以及局地气候区指标与平均地表热岛强度之间的关系。最后,从热岛重点控制单元、重点控制局地气候区类型和局地气候区指标3个层面提出缓解城市热岛的规划策略。研究发现,在200m×200m的栅格精度下,郴州市的核心区域以紧密中层(LCZ-2)和紧密低层(LCZ-3)居多,开敞中层(LCZ-5)和开敞低层(LCZ-6)通常出现在核心区外围,紧密高层(LCZ-1)和开敞高层(LCZ-4)数量较少。在夏季高温季节,建成环境型LCZ的平均地表温度明显高于自然环境型,紧密型LCZ-1-3和工业型LCZ-8B的地表温度和地表热岛强度较高。大面积的生态冷源集中在风景名胜区(LCZ-A),其他自然环境型(LCZ-B-D和LCZ-G)在建成区内形成若干小冷源。不透水率、植被覆盖率、天空视域因子与平均地表热岛强度的相关性较高。局地气候区图有助于确定城市热岛缓解的关键区域,为制订城市气候优化相关的规划策略提供重要参考。

局地气候区视角下的城市热环境优化研究——以澳门地区为例

为应对日益严峻的高温热浪风险,明晰城市复杂的空间形态与热环境的关系,以澳门地区为例,首先,通过ENVI遥感解译、GIS空间分析、CART决策树分类等方法划定局地气候区(LCZs);其次,利用空间误差模型(SEM)分析LCZs热环境的关键影响因子和影响机制;最后结合热环境优化等级评估,提出优化建议。结果表明:1)以中低层建筑、裸露地表为主的LCZs升温效应显著;以乔木、水体和高层建筑为主的LCZs降温效应显著;2)阻挡太阳辐射比通风散热更有利于地表降温;3)空间误差模型(SEM)能较好地描述澳门地区城市形态与热环境的关系;4)各LCZs分区热环境影响因子及影响机制差异较大;5)SVF、BD、BVD和ISD具有增温效应,BH、BH_S、GSD和WSD具有降温效应,且GSD、WSD、ISD和BVD的影响系数普遍较高;6)澳门地区宜优先优化LCZ10(重工业)、LCZF(裸土或沙)、LCZ4(开阔高层)、LCZ5(开阔中层)、LCZA(茂密树木)、LCZ6(开阔低层)热环境。将为澳门地区等高密度城市制定高温风险应对决策提供支持。

局地气候条件下高大平房仓玉米内环流均温储粮技术应用及控温效果分析

针对长春地区高大平房仓玉米粮堆在局地气候条件影响下产生的“热皮冷芯”现象,进一步引发的虫霉滋生、霉变发热等危害粮食度夏期间安全的问题,本文利用环流均温控温的储粮技术,将冬季粮堆内积蓄的冷量,通过环流风机引至粮堆上部空间,使低温气流透过表层粮堆向下流动,与局部的高温高湿区域进行充分的热湿交换,从而达到降低粮温的目的。根据两个试验仓的对比分析结果,采用内环流均温的控温方法,可以有效节能地控制粮堆温度,延缓粮食品质的劣变,对内环流均温储粮技术的科技成果转化及建构高效、科学、绿色、智能的储粮安全技术体系提供了试验支撑。

基于局地气候区的武汉市老城区调研研究

文章基于对武汉局地气候区图的研究。在研究局地气候区绘制时必须基于对武汉城市形态特征的了解,确定局地气候区的各类型区。因此文章主要对武汉市城市结构最复杂的汉口老城区,通过操作无人机对武汉市老城区拍摄了可以表现老城区城市形态的照片,加上部分走访调查,再结合实景地图最后得到了详细调研结果,部分局地气候区类型可据此增加或删减以使局地气候区的预设类型的确定更准确,从而得到更精确的局地气候区图。更好地响应国家零碳建筑的政策,将武汉市城市规划设计和气候结合起来。城市形态信息对于城市气候应用、城市规划和设计以及未来城市生活环境的改善至关重要。特别是在发展中国家,需要高精度和可靠的城市地形图。本研究得到的LCZ图规划和设计建议,有助于全球城市气候与城市规划研究。