WUDAPT方法的局地气候区分类流程优化及地表热环境特征分析——以西安主城区为例

局地气候区(Local Climate Zone,LCZ)是依据城市地表特征进行分区的城市气候定量分析方法。现有WUDAPT分类流程(World Urban Database and Access Portal ToolsM,WUDAPT)由于人为样本类别识别偏差造成建成类型分类精度明显低于自然类型,本文以西安主城区为例对这一分类流程进行优化,优化流程采用GIS计算和归一化差异指数计算达到预先识别建筑形态特征与自然覆盖属性的目的,结果用于提取不同LCZ样本类型。采用大气校正法反演得到研究区内地表温度数据,与LCZ分类地图叠置分析得到不同LCZ地表热环境差异与规律。从LCZ分类结果来看,优化的分类流程制作的LCZ地图总体分类精度、建成类型分类精度和自然覆盖类型分类精度分别为79.76%、79.97%和79.41%,相比常规流程下的精度分别提升17.4%、19.4%和9.5%,Kappa系数为0.78,一致性达到显著水平。从地表温度分析结果来看,建成类型LCZ地表温度受建筑密度、高度、功能等共同影响,建筑高度相近时密度越大地表温度越高,而建筑密度一定高度越高地表温度越低,LCZ10受人为热影响而地表温度最高。自然覆盖类型地表温度整体低于建成类型,但仍表现出显著的类间差异,如无植被覆盖的硬化地面与裸地均高于植被覆盖类型,低矮植被与稀疏林地均高于稠密林地,水体地表温度最低。从局地气候区分类视角合理规划不同LCZ用地类型可达到改善城市地表热环境的目的。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

局地气候区与昼夜城市热岛效应的耦合关系研究

针对局地气候区框架下城市地表热环境昼夜差异研究的不足,本文基于机载LiDAR、IKONOS-2等多源遥感数据实现了局地气候区分类,重点分析了局地气候区与城市地表温度之间的响应关系及其昼夜差异.研究结果表明局地气候区类型地表温度存在显著的昼夜差异.在白天,大型低层建筑区LCZ 8地表温度最高,水体LCZ G地表温度最低.在夜间,裸土/沙土LCZ F为最冷的局地气候区,而水体LCZ G呈现了最高的地表温度.随建筑高度的升高,紧凑建筑类型区和开敞建筑类型区白天地表温度呈现下降的趋势,而夜间则表现出相反的规律.局地气候区类型的热属性在夜间(85.8%)比白天(79.5%)更容易区分.不论白天与夜间,开敞高层建筑区LCZ 4和水体LCZ G分别为建筑类型区和土地覆盖类型区中与其他局地气候区地表温度区分更明显的类型.

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。

局地气候区视角下的城市热环境研究

城市化发展带来热岛效应,影响区域气候变化,地表温度可以反映地表增温程度,更能直接影响人类居住舒适度。运用Landsat8 TIRS热红外遥感数据和气象数据反演地表温度,以建筑数据、遥感影像为基础,通过GIS空间分析、决策树分类等方法划分局地气候区,从区域角度定量分析不同类型气候区地表温度分异规律。结果表明:(1)北京、天津、石家庄密集型建筑分别占比27.54%、21.95%、25.09%,且以中低层为主,城市公园包含了主要的绿地和水体。(2)在空间分布上,市中心地表温度高于郊区,热岛效应显著,森林、河流是主要低温区。(3)不同气候区的地表温度存在差异,建成区总体高于自然地表;其中建筑区域内表现为紧密型低层(LCZ3)平均地表温度最高,稀疏型高层(LCZ4)地表温度最低,北京、天津、石家庄分别相差1.53℃、2.30℃、2.22℃;植被和水体能够降低地表温度,裸土和铺设路面的地表温度始终较高。因此应充分考虑建筑布局,合理利用植被和水域分布,减少热量聚集,以改善城市生态环境。

街区尺度微气候影响下的垂直绿化热效应研究

基于局地气候区(local climate zone, LCZ)背景气象条件,借助ENVI-met和EnergyPlus终端耦合模拟,评估了夏、冬季垂直绿化的降温、增湿和节能效应。结果显示:在热岛效应和相对湿度差异分别为1.4℃和5.3%的微气候影响下,垂直绿化的降温和增湿最大差异分别为0.16℃、1.1%;夏季垂直绿化单日节能量约132~278 W·h/m^(2)(5.7%~11.7%),全年节能量被冬季所增加的能耗部分抵消,节能率仅为3.2%~6.3%,其中92%来自植被遮荫,8%来自降温,而增湿对于节能效应则主要为负面影响(-11%)。研究结果有助于加深对微气候作用下垂直绿化响应机制及节能潜力的理解,为垂直绿化设计应用提供支撑。

城市局地气候区的构建及其城市功能形态特征分析

随着近年来极端气候现象的频繁出现,城市热岛效应等气候环境问题越来越受到重视。然而,当前便于城市规划应用的气候研究成果仍然十分有限。局地气候区框架基于城市形态,对城市表面的气候响应能力进行区分,为城市规划与气候信息的衔接提供了新的契机。本文以武汉为案例城市,构建城市局地气候分区图,对分区结果进行了优化和验证,并分析了武汉局地气候区的空间分布特征及其重点类别的城市形态与功能特征。经研究发现,局地气候分区框架在城市内部街区尺度上,对城市热环境异质性具有良好的区分能力。该框架中各类别用地的形态特征和功能特征揭示了其在气候敏感性城市规划与设计中的应用潜力与价值。

基于LCZ的城市气候区划方法及应用——以深圳为例

城市的快速发展,使得城市下垫面发生改变,城市气候问题日益凸显,尤其是城市热岛效应加剧。局地气候区(Local Climate Zone,LCZ)是一种根据城市地表类型进行分区的新兴城市气候定量分析方法。LCZ可以有效解决城市热岛效应研究中城乡模糊二分的问题。本文根据局地气候区划方法构建了深圳市10种局地气候分类,分析了深圳市热岛空间分布规律和城市土地利用与城市形态和热岛之间的关系,以期为城市气候规划提供决策支持。

热环境研究中局地气候区的划分

在一定地域范围内一般存在着多种不同的地表景观,在热环境研究中可以发现,每个区域都具有自身独特的气候特性,在同一时间点不同区域也存在明显的温度差异。因此本文对局部地区气候区的划分进行研究总结,详细介绍了各个局地气候区的特征,并提出划分气候区的步骤和方法。

海绵住宅区LCZ关键要素实地测量与特性分析

局地气候区(Local Climate Zone, LCZ)理论是综合考虑空间几何要素和下垫面热物理特性对室外热环境的综合作用的城市热环境区域分类方法,广泛应用于城市热岛(Urban Heat Island, UHI)等研究。海绵城市工程正在全国各地进行,海绵住宅区的下垫面发生较为明显的变化,主要表现为人工渗透性铺装和下沉式绿地等措施的广泛应用,改造后LCZ关键要素发生较为显著的变化。本研究以青岛李沧区海绵城市试点区为例,通过实地调研、卫星影像光谱信息等途径获得海绵住宅区的LCZ空间特性指标,量化分析各海绵住宅区LCZ空间特性参数的分布规律,同时明确海绵城市工程中采用的各种人工渗透性下垫面材料,对其实施功能进行分类总结,将其热物理特性和结构参数进行归纳,并据此推测海绵住宅区局地气候趋势:气温日变化与年变化幅度减小,整体降水减少,湿度保持稳定,风力减小,UHI效应明显减弱。本研究可为海绵城市局地气候发展演变过程和海绵城市热环境特性研究提供基础信息。

融合合成孔径雷达和光学影像的土地覆被分类方法研究

由于城市地物类型的复杂性和多样性,一般的土地分类体系类型简单,局地气候分区分类体系能够得到多类型精细化分类。因此,本文基于高分二号光学影像(GF-2)和合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)影像,以局地气候分类体系为理论基础,通过构建土地利用类型样本库,借助随机森林和神经网络分类器,得到2020年兰州市城区的精细化土地利用类型;最后通过构建建筑成像几何关系模型自动识别阴影,校正分类结果。结果表明,2020年兰州市城区土地利用类型以建筑用地和林地为主,其占比达到占69.6%;分类方法中神经网络分类器的分类精度优于随机森林,精度可以达到95.3%,Kappa系数为0.94,但随机森林在计算速度及波谱信息差异较小的地方分类精度较高;融合GF-2和极化SAR数据能够更好地改善混分问题,而产生错分的主要原因是高低层土地类型形态和光谱特征的混淆;最终自动识别的阴影类型面积约为4.4 km^(2),提升分类精度0.5%~1.2%。研究成果可为复杂下垫面的城市土地利用精细化分类提供方法支持和城市热岛效应研究提供基础数据。

基于局地气候区的武汉市地表热环境研究

对城市热环境与城市形态特征间关系的定量分析,能为城市国土空间规划、城市生态环境的改善提供依据。局地气候区(Local Climate Zones, LCZ)可以很好反映城市局部气候的差异,因此可以基于LCZ构建局部气候与城市形态之间的定量关系来研究城市热环境。利用Landsat-8遥感数据反演地表温度,基于Sentinel-2数据利用深度学习方法进行局地气候区分类,分析各类别LCZ的地表温度与城市地表形态的关系,以此分析武汉市地表热环境特征。结果表明,不同LCZ类别间的地表温度存在较大差异,城市形态对地表温度有较大影响。其中:(1)LCZ10(重工业)温度最高,LCZG(水体)温度最低,且夏季各类别的温差大于冬季;(2)密集型建筑(LCZ1-3)的地表温度比开阔型建筑(LCZ4-6)高,低层建筑比高层建筑的地表温度高;(3)城市形态中对地表温度影响较大的为水域比例(WSF)、建筑高度(BH)和建筑比例(BSF),其中水域比例(WSF)和建筑高度(BH)与地表温度呈明显的负相关,建筑比例(BSF)与地表温度呈正相关。