基于全景图的城市街谷平均辐射温度计算模型研究

在评估城市街谷热环境对居民生活质量的影响时,明确街谷的微气候条件,尤其是平均辐射温度(Mean Radiant Temperature,MRT)对于改善城市热环境具有重要意义。现阶段,利用基于鱼眼图的天空视域因子(Sky View Factor,SVF)计算方法较为繁琐且难以实现大范围街谷MRT的时空分布评估。因此,本研究旨在通过全景图像技术,提出一种快速大量计算城市街谷MRT时空分布的新方法,并进一步考虑城市街谷中树木的影响,以改进传统模型。本研究首先基于全景图像批量获取城市街谷中的SVF,并结合城市街谷中的几何特征和植被视域因子,通过改进的平均辐射温度计算模型对单点的MRT进行计算,同时采用定点实测数据对该模型进行精确度验证,并将其应用于西安市街谷MRT的实际计算中。研究结果显示,经过模型验证,本研究方法具有较高的精度,相对误差大多数情况下在20%以内,RMSE在2.85~4.66℃。同时,模型与实测数据的一致性较好,能够清晰地反映MRT的变化趋势,R2大于0.74,IA大于0.80。与仅考虑单一不透水面的计算模型相比,考虑树木植被后的模型精度有明显提升,RMSE从5.15℃降至3.87℃,模型的R2由0.72提升至0.74,表明改进模型与观测结果具有更好的一致性。提出的基于全景图的MRT计算方法不仅提高了评估城市街谷热环境的效率和精度,而且通过考虑树木植被的影响,为城市规划和绿化管理提供了更加科学的指导。此外,本研究的方法和结论能够为城市热岛效应的缓解和城市生活环境的改善提供理论依据和技术支持。通过实例分析,研究成功地应用于西安市,展示了2021年7月14日上午9:00的街谷MRT分布图,为后续的城市热环境评估和改善工作奠定了基础。

城市街谷热岛效应研究进展

随着城市化水平不断提高及城市空间密度日益增加,城市热岛效应不断加剧,导致极端气候发生范围和强度增加,对城市居民的身心健康构成威胁。城市热岛效应现已成为多学科研究关注的热点。对现有尺度下热岛效应研究方法的技术发展进行了梳理,分析其优缺点以及在不同尺度上的适用性;此外,对街谷尺度下热岛效应的影响因素进行分析;最后,就当前研究过程中存在的问题,从数据及评价方法等方面提出街谷尺度下城市热岛的研究进展与发展趋势。研究成果为紧凑型城市发展模式背景下,深入研究城市街谷热岛效应提供了参考,为缓解城市热岛效应提供了有效途径。

街谷行道树种植对环境热舒适度的影响及适应性设计研究进展

行道树种植通常被作为改善城市街谷近地微气候的重要策略,如何发挥行道树对街谷热舒适度的提升潜力受到诸多学者的广泛关注。近年来“行道树种植与街谷热舒适度”相关研究获得了丰硕成果,通过总结梳理可将其归纳为行道树树木个体形态对热舒适度的调控、行道树绿带空间配置与街谷热舒适度整体提升的关联性、适应不同街谷空间形态的行道树种植设计策略等三个研究主题。在深入分析既有研究成果基础上,提出了一套改善热舒适度的街谷行道树种植设计方案技术框架。最后,分别从建立响应地域气候特征的街谷行道树种植设计模式、构建街谷环境热舒适度模拟评估导则、制定街谷环境热舒适度评价标准等方面开展深入讨论,以期为后续城市街谷绿化提升热环境的研究提供思路和借鉴。

寒冷地区高校校园热环境与街谷空间形态关系测析

街谷空间是大学校园中重要的公共空间之一,是室外人流汇集较大的空间,其热环境直接关系到师生的安全、舒适和周边建筑的能耗。以兰州理工大学校园四条街谷空间为测试场地,采用移动测量法获取校园街谷空间的热环境与地理信息数据,通过ArcGis拟合得到街谷空间热环境分布特征图,比较空间形态特征与热环境相关性,进而揭示空间形态对街谷热环境的影响机制。结果显示:贴线率是影响街谷空间热环境的主要因素之一;校园街谷空间的热环境与容积率呈负相关关系,相关系数为0.904;与天空视野因子(SVF)呈现显著相关关系,相关系数为0.939,即SVF越大,街谷中所能接受到的太阳辐射越强;不同季节影响校园街谷空间热环境的主要因素不同,在设计过程中应该考虑主导因素的作用,通过对空间形态合理的规划与设计来优化校园户外空间的热环境。

壁面受热位置对非均匀街谷内流动的影响研究

为探讨弱风条件下,街谷壁面受热位置给不对称街区的内部流动及扩散造成的影响,对具有不稳定热分层效应的非均匀街谷进行了数值模拟研究。探讨了3种街谷壁面受热位置对非均匀城市街区通风换气特性与远场气态污染物扩散规律的影响。结果表明,壁面受热位置的改变会显著影响街谷内的气流形态与污染物分布;街谷壁面的热效应可以促进街谷内部的通风换气能力;在非均匀街谷内,远场污染物扩散路径的影响要大于气流特性的影响,上阶梯型街谷的大气弥散因子显然高于下阶梯型街谷。

城市树木植被对街谷内气流特征的影响

为改善行人呼吸高度处的风环境、解决城市街谷环境和公众健康状况,采用CFD技术模拟了2种街谷内(递增和递减)树木的布局模式(街谷两侧采用错列/平行种植乔木),揭示街谷内不同树木对街谷内部气流特征的影响。结果表明:在递减街谷2种布局模式下,不同株距均导致了行人呼吸高度处流速整体降低,错列布局模式下对气流的阻碍作用整体要小于平行布局;相较于平行布局,错列布局模式对街谷行人呼吸面气流整体增强最高可达67%,有效地改善了街谷中部“风影效应”区域、街谷两端和迎风侧的风环境;在递增街谷,树木对街谷内行人呼吸平面的气流具有促进作用,但错列布局下对气流的促进作用整体要小于平行布局模式;相较于平行种植方案,错列布局模式对街谷行人呼吸面气流整体减少最高可达32.6%。研究成果对于改善城市生态环境,降低环境污染具有一定的科学支撑作用。

城市街谷内PM_(2.5)浓度时空变化及影响因素分析

通过现场观测研究西安市和平路街谷内的PM_（2.5）浓度时空变化特征及其影响因素.在2015年4月8-10日进行了街谷内PM_（2.5）浓度、车流量、风速、温湿度等参数的日变化规律和PM_（2.5）浓度空间分布规律的观测实验.观测结果显示西安市和平路街谷内PM_（2.5）浓度值较高,日间PM_（2.5）浓度呈＂凹＂字形变化,早晚PM_（2.5）浓度相对较高,在16：00前后PM_（2.5）浓度到达一天当中的最低值.PM_（2.5）浓度与温度、湿度有良好的相关性,对应R2值分别达到0.75和0.81.静风天气条件下,由温度变化引起的大气边界层伸缩运动被发现是影响街谷内污染物扩散的主要因素.

城市街谷大气环境研究进展

机动车尾气排放不断增加以及城市通风能力降低 ,常导致城市街谷内的空气污染。城市街谷大气环境主要研究方法包括外场观测、实验室物理模拟和数值计算。外场观测和物理模拟可以考察街谷内污染物的传输扩散规律并对数值模式进行检验 ,另外 ,复杂的数值模式则可对城市冠层内大气扩散问题进行详细模拟 ,数值模拟和外场观测及物理模拟相配合 ,可用于环境质量评价、污染控制决策及交通规划。重点介绍了近十年内城市街谷大气环境研究的主要成果。

街谷环流和热力结构的数值模拟

文章介绍一种用于模拟街谷流场和温度场的动力学模式和热力学模式。应用动力模式模拟了方柱体塔楼和圆柱体塔楼形成的流场 ,应用动力和热力模式模拟了街谷中流场和温度场的日变化过程。计算实例表明 。

二维街谷热力动力场数值模拟

采用改进的ARPS动力模式模拟城市街谷流场 ,应用动力和能量平衡耦合模式模拟街谷温度场日变化过程。该动力模式能够模拟建筑物周围典型流场 ,包括街谷涡旋及背风区尾流涡旋等。耦合模式能够模拟街谷各接收面能量收支及温度场日变化过程。计算实例表明 ,上述模式系统可用于城市街谷和建筑群风环境和热力环境的研究 ,也可用于对街谷中空气污染物传输和扩散的计算。

城市街谷绿化的动态热效应

针对目前城市建设中普遍存在的盲目绿化、缺乏理论支持的现状,该文编制了绿化状态下的城市街谷热过程动态模拟程序,该程序包括一个三维街谷能量交换模型和一个植被能量交换模型,并将模拟结果用通用的环境评价指标量化显示以方便工程使用。在此基础上,通过大量的数值试验,比较了乔木、灌木和草坪等植被形态对街谷热环境的不同影响以及叶面积指数LAI的差异对街谷热环境的影响,从数据出发归纳出植被对环境的作用规律,为科学合理地优化城市绿化设计改善户外环境提供了理论基础。

建筑和绿化对街谷空气污染物扩散的影响

在静风条件下,对上海松江区典型的对称和不对称街谷内CO2和CO的浓度和PM1.0进行了连续实测.引入街谷约束物(建筑或绿化)高度与约束物距机动车道中心距离之比,即高远比(H/D),表征该约束物对街谷空气污染物扩散的阻碍作用.研究结果表明:背景风速低于0.5m/s时,绿化和建筑对污染物扩散稀释的影响同样重要;污染物浓度的扩散衰减特性与街谷高远比和污染物种类有关;高远比越大,越不利于空气污染物扩散;自街谷机动车道中心到人行道,PM1.0衰减程度大于气态污染物.

数字街谷及其热环境模拟

当前在城市热环境研究中广泛使用的“街谷”是在二维简化条件下街道的一种近似模型,但在三维情况下,街道的几何尺度应达到什么样的比例范围才其为“谷”还未见有人述及.本文利用作者建立的街谷动态模型,对典型街谷进行了温度场数值模拟,从热现象出发给予了“街谷”准确的数值定义.通过详细地对七种不同高宽比的街道热环境的模拟和结果分析,提出将高宽比大于等于1∶0.9作为“街谷”的数值定义,使研究结论更具针对性,并从实用的角度给出了最佳高宽比的推荐范围,为优化建筑设计以改善城市户外环境提供了理论基础.

基于DPM模型的街谷内颗粒物扩散特性研究

通过采用离散相模型(DPM),对等高对称街谷和非等高不对称街谷在参考风速Zref=2m/s时,粒径dp=10μm的固体颗粒物在街谷内的扩散分布进行了数值研究.计算湍流模型选用重正化群两方程模型,计算结果表明在城市风场作用下会导致街谷内空气呈漩涡流动,街谷几何形状变化影响街谷内污染物浓度分布,且在深街谷(B/H=0.5)和上游建筑高于下游建筑的非对称街谷(H1/H2=2)中街谷内空气颗粒无量纲浓度远高于同类型其它几何尺寸街谷.

西安城市街道“单拱”型林荫街谷空间冬季微气候测试分析

城市街道空间是城市重要的户外公共生活空间。由行道树和街谷构成的林荫街谷空间对改善街道空间微气候和调控冬夏两季热舒适环境起着重要作用。通过对西安2组城市"单拱"型林荫街谷空间进行冬季微气候实态测试,分析归纳林荫街谷冬季动态热环境的气温变化特征,将"相对热舒适"区域划分为"冷区"(不舒适区)、"暖区"(舒适区)、"日晒区"(愉悦区),并建立2种热环境动态变化模式,同时基于人体热健康"动态热适应"原理,提出冬季面向健康热环境的街道空间调控策略,对以西安为代表的建筑气候区划中的寒冷地区街道空间气候适应性设计提供了一定的参考价值。

城市街谷的空气流动与污染物扩散研究——物理模型的发展及数学模拟

本文对关于街谷内空气流动及污染物扩散的研究进行评述。通过街谷物理模型及边界条件的分析,揭示影响街谷内空气流动与污染物扩散的物理因素,为进一步的数值预报模式的研究和数值模拟精度的提高提供思路。本文发现街谷几何结构和变化的背景风速、风向是影响街谷内空气流动与污染物扩散的主要因素。而街谷内大气稳定度和行驶车辆诱导湍流能很大程度影响街谷内的湍流强度和污染物分布,尤其在弱风环境下。在有绿化树木存在的街谷内绿化树木的影响也不容忽视。目前的经验、半经验模式对街谷模型真实性因素和气象条件考虑不够,造成模拟、预报结果误差较大。未来数值模式的发展重点在基于CFD的综合模式开发,并充分考虑街谷模型真实性因素和气象条件的影响。

行驶车辆诱导城市街谷内流场的大涡模拟

机动车尾气是城市大气污染物主要来源之一,其排放集中在城市街谷内靠近地面的空间,行驶车辆诱导的空气流动及湍流是影响街谷内空气流动与污染物扩散的重要因素。该文基于大涡模拟的湍流模型,用拉格朗日方法跟踪城市街谷内的行驶车辆,模拟行驶车辆影响下城市街谷内流场的演化过程,分析街谷内瞬时流场变化及行驶车辆诱导空气流动及湍流的产生机理。模拟结果表明:连续的行驶车流能够在其车道上方靠近地面的空间引起与车辆行驶方向相同的相对稳定的风场;街谷横截面上的瞬时流场中存在局部子涡,局部子涡形成在行驶车辆车身周围,携带车辆引起空气扰动的能量,并将其携带的能量传递给周边空气。行驶车辆以局部子涡的形式向周边空气传递的能力主要影响街谷内的空气湍流,也是行驶车辆影响街谷内空气湍流的主要方式。因此参数化模式的发展中应该重点考虑反映车辆诱导湍流的空间分布特征。

哈尔滨典型街谷空间PM2.5分布场与绿色界面指数相关性研究

在城市化快速进程的背景下,城市街区PM2.5污染日益严重,本文选取哈尔滨在不同季节的典型街谷空间,对以叶面积密度(LAD)、叶面积指数(LAI)为实测要素的绿色界面指数以及PM2.5浓度进行实测对比研究。通过对实测数据的分析和挖掘,最终得出如下结论:首先,典型街谷空间PM2.5时段浓度呈现上午比下午平均高37.75%,冬季比夏季高4.7倍的特征;其次,街谷空间的灌木界面对PM2.5浓度场平均积极贡献率为18.62%;最后,对PM2.5的衰减率与实测街谷绿色界面的叶面积密度(LAD)与叶面积指数(LAI)进行相关性分析,结果显示街谷绿色界面对PM2.5浓度的衰减作用与叶面积密度(LAD)呈显著负相关关系,与叶面积指数(LAI)的相关性程度较弱。

行驶车辆对城市街谷内空气流动与污染物扩散影响的数值模拟

通过城市街谷内单个车辆在任意时刻对空气的曳力计算,提出更具一般意义的欧拉-拉格朗日方法,实现对行驶车辆引起空气流动及湍流的模拟。模拟结果显示,在不同的背景来流风速下,行驶车辆对街谷内湍流有显著影响,而对平均流场的影响相对较弱;行驶车辆诱导的湍流主要分布的靠近路面的区域,且在靠近背风面的地方湍流强度增大最为显著;街谷内行驶车流诱导湍流强度及分布受背景来流风速的影响显著,而受车辆行驶速度的影响相对较弱。街谷内行驶车流对风场的影响非常复杂,简单地以车辆行驶速度或背景来流风速进行参数化的模型很难模拟不同情形下的流场特征。

城市街谷中的物理微环境

根据大气湍流观测和相关的大气气溶胶研究结果，分析了城市街谷内微环境的主要特征．兼顾城市规划和改善街谷环境的要求，对街谷微环境的改善提出了某些便于实施的基本途径．