赵文博
, 刘洪杰, 田雪婷
ZHAO Wenbo, LIU Hongjie, TIAN Xueting
通讯作者:
收稿日期: 2018-04-20
修回日期: 2018-10-9
网络出版日期: 2019-03-28
版权声明: 2019 地理科学进展 《地理科学进展》杂志 版权所有
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作者简介:
第一作者简介：赵文博(1993— ),男,满族,宁夏银川人,硕士生,主要从事景观生态规划研究。E-mail: zhaowb@m.scnu.edu.cn
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摘要
城市化的不断深入使城市下垫面发生改变,自然景观的大幅减少与人工建筑的大规模增加,给城市气候与环境带来了巨大影响。城市环境气候图作为分析与调控城市环境气候、评估城市环境气候状况的工具与平台,拓展了城市气候信息在城市规划与发展中的应用。针对目前中国华南地区城市环境气候研究缺乏多要素图层、多技术方法综合分析的现状,充分考虑到不同要素对环境气候影响程度的差异,论文结合已有的城市环境气候图的编制方法,选择典型亚热带季风气候特征的广州市为研究区域,构建了多环境要素、多评估时段、多技术方法的复杂下垫面城市环境气候图系统,利用专业气象插值、遥感反演、GIS空间分析等多种技术手段,对广州市空气质量、热负荷与通风潜力进行分析评估。结果表明：广州空气质量和热负荷具有明显的季节和空间差异性,通风潜力的空间差异性明显而季节变化微弱。通过进一步叠加分析各环境要素,将广州环境气候划分为7种类型,其中最适宜类型主要分布于北部山区林地与城间耕地,最不适宜类型位于天河、越秀、荔湾的城市核心区以及白云、增城的工业密集区,形成“北优南劣”的环境气候空间格局。最后,以环境气候分析结果为基础,提出各气候类型所在区域的简要规划措施,为广州市的可持续发展提供科学建议与建设方向。
关键词：
Abstract
With the development of urbanization, the underlying land surface of urban areas also changes. The greatly declined natural landscape and increased number of buildings have significance influence on the urban climate and environment. Urban Climatic Map, a tool and platform for analyzing and evaluating the situation of urban climate, expands the application of urban climate information in urban planning and development. Based on the current situation in southern China for urban climate research, this study examined the difference of environment climate influence level caused by different factors. Combined with the existing compilation method of Urban Climatic Map, Guangzhou City was selected as the study area because of its typical subtropical monsoon climate characteristics. A complex underlying surface urban climatic map system was constructed with multiple environmental factors, assessment periods, and technical methods. Several technical means, including numerical model simulation, remote-sensing inversion, and spatial analysis in GIS, were comprehensively applied to evaluation urban air pollution, thermal load, and ventilation potential in Guangzhou City. We also put forward some preliminary planning recommendations. The results indicate that air pollution and thermal load are characterized by significant differences in seasonal and spatial distribution, while ventilation potential shows a clear difference in space and slight seasonal change. Guangzhou City is subsequently divided into seven zones and a spatial pattern of "superior north and inferior south" is observed. Specifically, the optimum types are mainly distributed in the woodlands and intercity cultivated land in the northern mountainous areas, and the most degraded types are located in the urban core areas of Tianhe, Yuexiu, and Liwan Districts, as well as the industrial areas in Baiyun and Zengcheng Districts. Finally, based on the results of environmental climatic analysis, planning measures of each climatic type are suggested to provide some scientific advices and direction for the sustainable development of Guangzhou City.
Keywords：
中国作为最大的发展中国家,城市化发展迅猛,但同时也暴露出城市热岛(肖荣波等, 2005)、城市灰霾(吉振明等, 2010; Wang et al, 2012)等极端的气候问题。认识城市气候,并将气候信息运用在城市规划与建设过程中,是改善城市环境气候的重要途径之一,也是建设可持续的、健康舒适的现代城市的有利手段。城市环境气候图(Urban Climatic Map, UCMap)作为针对城市环境气候的信息平台与评价工具,是近年来城市气候与城乡规划等领域研究的重点与热点(任超, 吴恩融, 2012)。城市环境气候图基于城乡规划,融合城市气候信息,利用二维空间展现城市气候现象与现存问题 (VDI, 1997; Scherer et al, 1999; Ren et al, 2011)。20世纪50年代,德国学者首次提议绘制一系列不同尺度且适合当地规划的气候地图系统(Matzarakis, 2005)。80年代,气候学家在西德(即联邦德国)斯图加特以减弱大气污染为目的,首次正式开展城市环境气候图的研究(Baumüller, 2001)。自此,学者们陆续对德国、瑞典、英国、日本等20多个国家的多个城市,与中国香港、北京、高雄、深圳、宁波等城市开展了城市环境气候图的研究与应用,以引导可持续城市建设,改善城市环境气候(Unger, 2004; 任超, 吴恩融, Katzschner Lutz, 等, 2012; Suder et al, 2014; 贺晓冬等, 2014; 林姚宇等, 2014)。
如今,城市环境气候图的研究与编制呈现出环境要素丰富、技术方法深入、评估时段全面的特点。在评估环境要素方面,城市热岛、通风能力及大气污染是环境气候研究的核心要素,例如贺晓东等(2014)对北京市的研究、林姚宇等(2014)对深圳市的研究都集中分析了热负荷与通风潜力问题,刘乐乐等(2017)对宁波市的研究考虑了热负荷、大气污染、通风潜力的综合影响。在数据获取与信息挖掘方面,实测数据与反演信息相互结合,如对香港(Ng, 2012)和高雄(Ren et al, 2013)的研究主要采用地面测站的监测数据,而宁波市的环境气候研究大量结合了遥感图像反演的结果(刘乐乐等, 2017)。在评估时段方面,既有凸显城市热效应的夏季或夏冬两季研究,也有集合4个季节的全面分析,如对北京夏季热负荷的研究(张伟等, 2014)以及对宁波四季的综合评估(刘乐乐等, 2017)。在复杂自然环境与高速城市化的背景下,多环境要素、多技术方法、多时段分析成为环境气候图分析的趋势,同时也是科学引导城市规划的需要。
本文在借鉴北京市(贺晓冬等, 2014)、深圳市低碳城(林姚宇等, 2014)、宁波市(刘乐乐等, 2017)等中国城市环境气候图编制方法与应用实践的基础上,提出一种新的环境气候图构建与分析方法,认为城市环境气候受多种环境要素共同作用,并且需考虑不同时相下环境气候格局的差异,以及各要素对整体环境气候影响程度的差异。广州市作为我国华南地区改革开放的前沿阵地,城市化发展快、水平高,但是伴随而来的大气环境问题也日趋严重(孙武等, 2012)。因此本文以广州市为研究区域,基于地面监测数据与遥感反演信息,利用熵值法建立各要素对环境气候影响的多维权重,通过多数据图层的加权叠加,初步建立广州市城市环境气候图系统,并结合土地利用信息,对广州市环境气候进行分析与类型划分,试图阐释广州市环境气候的格局分布特征,并以期为华南发达地区复杂环境气候图系统的应用提供实例借鉴。
广州市位于广东省中南部、珠江三角洲中北缘,地理位置为112°57′E~114°3′E、22°26′N~23°56′N,全市辖区总面积约为7434 km2。属典型的南亚热带海洋季风气候,气温较高,年平均气温为22~24 ℃,全年最热月(7月)平均气温达28.4~28.7 ℃;降水较多,年平均降水量达1696.5 mm;风速较小,年平均风速仅1.9 m/s (王刚等, 2012)。地势东北高、西南低,背山面海,各市辖区内自然地貌类型、地表覆被类型与城市形态结构都呈现明显的空间差异(牟凤云等, 2007; 王刚等, 2012),对广州市核心城区及周边地区的城市环境气候具有综合影响,因此将研究范围划定为广州市下辖的所有市辖区(图1)。
广州城市化发展迅速,1996—2006年全市建设用地面积增加了504.7 km2,全市人口增加了166.47万人(吴玉琴等, 2011),导致自然景观减少,城市下垫面粗糙度提高,人为热增加,空气污染加重,城市空气的通畅性也大大降低(孙武等, 2012)。具体来看,广州冬半年盛行偏北风,夏半年盛行偏南风,北部、东郊与南郊年平均风速较大,城市内部对风速的削减程度高,北郊与城市中心区风速相差可达2.4 m/s,呈风速小、风向不定、通风不良、静风频率大的特征(汤惠君, 2004)。温度呈南高北低的空间分布趋势,热岛效应由北至南逐渐增加,城区内达最大值,再向南有所减弱;并且因为下垫面改变、大气污染、人口膨胀等的共同作用,温度与热岛强度呈逐年波动上升趋势(江学顶等, 2007),高温天气频繁出现。伴随着城市化的不断深入,市郊与城区风速差异增大,热岛强度增加,广州大气环境面临着很大挑战(孙武等, 2012)。
依据传统城市环境气候图的研究与编制方法,针对广州暴露出的空气质量差、热负荷水平高、通风潜力弱的城市环境气候问题,选取相应环境要素多个季节(选取4月、7月、11月、翌年1月分别代表春季、夏季、秋季、冬季)的数据,对其进行处理,并计算各要素间、城市物理环境间的多维权重,通过多图层的加权叠加获得能表征广州城市环境气候的系列图谱,包括城市空气质量、热负荷、通风潜力3个方面。基于对城市环境气候图谱的分析,对广州城市环境气候进行单元划分与评价,提出广州城市环境气候规划的措施。广州城市环境气候研究的核心流程如图2所示。
图2 广州城市环境气候分析研究流程
Fig.2 Flowchart of analysis on environmental climate of Guangzhou City
基于环境要素对城市空气质量、热负荷、通风潜力的作用,将环境要素的影响分为正面、负面,即该环境要素对某城市物理环境具有正效应或负效应;同时,考虑到环境要素数据收集、处理与表达的可操作性,最终选取如表1所示的环境要素。
表1 本研究所筛选的环境要素
Tab.1 Environmental factors considered in this study
| 城市物理环境 | 对城市物理环境的影响 | 所选要素 |
|---|---|---|
| 空气质量 | 负面影响 | SO2月均浓度 |
| NO2月均浓度 | ||
| PM2.5月均浓度 | ||
| 热负荷 | 正面影响 | 热岛强度 |
| 负面影响 | 海拔高程 | |
| 自然景观分布 | ||
| 人体舒适度指数 | ||
| 通风潜力 | 正面影响 | 水体分布 |
| 开阔绿地分布 | ||
| 负面影响 | 建设用地分布 | |
| 风阻强度 |
根据如上筛选的环境要素,本文收集的数据类型主要包括遥感影像、规划数据、气象与空气质量统计数据4个方面。其中,选取2009年ASTER GDEM第一版包含广州全境在内的共4景影像数据,用以提取广州海拔高程信息并反演坡度信息;选取2014年7月Landsat 8 OLI共2景影像数据①（①ASTER GDEM和Landsat 8 OLI影像的投影坐标系为UTM(50N带),地理坐标系为GCS_WGS_1984,空间分辨率为30 m×30 m。）,用以提取土地覆被信息;获取广州市城市规划勘测设计研究院编制的2012年广州土地利用现状图,用以修正与细化土地覆被信息;同时选取2016—2017年间各代表月份气象数据(268个区域自动站)与空气质量数据(51个大气污染监测点),该数据由广州市气象局与广州市环保局监测,每1 h发布1次,各测站所在的位置如图3。使用的专业软件包括ANUSPLIN 3.7、ENVI 5.1、ArcGIS 10.2。
2.2.1 空间数据可视化
基于ANUSPLIN分别对4个月的月均空气污染数据进行空间插值,其中SO2月均浓度、NO2月均浓度采用规则样条函数法,PM2.5月均浓度采用克里金法,以获得最佳的空间插值效果(丁卉等, 2016)。并将插值结果在ArcGIS中进行可视化表达。
同时利用ASTER GDEM影像提取广州地形的坡度信息(姜栋等, 2008)。根据Landsat 8 OLI影像,采用非监督分类方法划分出绿地、耕地、建设用地和水体,并参照广州市2012年土地利用现状图,获得较高精度的土地利用现状矢量数据,从而实现地形与地物信息的提取(图4)。
2.2.2 相关指数计算
(1) 城市热岛强度。城市热岛效应对城市热负荷具有很大的影响,其大小用热岛强度表示,即城市代表测点与郊区代表测点的气温差值。根据公式(1),利用月均气温数据计算热岛强度ΔT：
式中：Ti为城市内部测站的月均气温,T0为郊区测站的月均气温②（② 其中,以从化区(中田村、钟楼村、山心村)、增城区(水围村、浪抜小学、心岭村)、南沙区(十九涌、芦湾村、新兴村)9个测站的数据均值作为郊区测站气象数据,用以计算热岛强度、风阻强度。）。使用反距离权重法对热岛强度进行空间插值,表征月均热岛强度的空间分布特征(鲍文杰等, 2010)。
(2) 人体舒适度。人体舒适度是人体在不同气候条件下的舒适程度,人体舒适度指数是依据人体与大气环境间的热交换而制定的生物气象指标,能有效反映人类机体对外界气象环境的主观感受,同时也从侧面表征环境气候热负荷状况。采用式(2)计算人体舒适度K：
式中：t、u、v分别表示月平均气温、月平均相对湿度和月平均风速(朱勇等, 2015)。
(3) 风阻强度。城市下垫面条件可简单分为人工地表覆盖与自然景观2类,不同下垫面有不同的粗糙度,下垫面越粗糙,对城市风流通的阻碍程度越大(崔红蕾, 2014)。因此,可将下垫面对空气流通、大气循环的阻滞程度转化为下垫面综合效应对风速的削减程度,用风阻强度表示。选用式(3)计算风阻强度ΔV：
式中：V0表示城市郊区月均背景风速;Vi表示城市内部月均风速。
通过处理而得到的环境要素数据具有不同的量纲与数量级,为了方便后续的数据处理与图层叠加,使各数据具有趋同性并提高数据的可比性,需要对各数据分类赋值,实现数据的同趋化与无量纲化。利用ArcGIS重分类功能对环境要素数据进行分类赋值操作,划分的等级与所使用的阈值见表2。
表2 环境要素数据的分类
Tab.2 Classification of environmental factor data
| 所选要素 | 单位 | 分类范围与分类规则 | 分类值 |
|---|---|---|---|
| SO2月平均浓度 | μg/m3 | ≥20 | -2 |
| 15~20 | -1 | ||
| 10~15 | 0 | ||
| 5~10 | 1 | ||
| ≤5 | 2 | ||
| NO2月平均浓度 | μg/m3 | ≥55 | -2 |
| 40~55 | -1 | ||
| 25~40 | 0 | ||
| 10~25 | 1 | ||
| ≤10 | 2 | ||
| PM2.5月平均浓度 | μg/m3 | ≥45 | -2 |
| 35~45 | -1 | ||
| 25~35 | 0 | ||
| 15~25 | 1 | ||
| 15 | 2 | ||
| 热岛强度 | 无量纲 | ≥2.5 | -3 |
| 1.5~2.5 | -2 | ||
| 0.5~1.5 | -1 | ||
| -0.5~0.5 | 0 | ||
| -0.5~-1.5 | 1 | ||
| -1.5~-2.5 | 2 | ||
| ≤-2.5 | 3 | ||
| 海拔高程 | m | ≥300 | -3 |
| 150~300 | -2 | ||
| 50~150 | -1 | ||
| ≤50 | 0 | ||
| 自然景观分布 | 森林、草地、水体覆盖区 | 0 | |
| 建设用地、耕地、其他未利用地覆盖区 | 1 | ||
| 人体舒适度指数 | 无量纲 | ≥95 | 4 |
| 80~85 | 3 | ||
| 75~70 | 2 | ||
| 70~75 | 1 | ||
| 60~70 | 0 | ||
| 50~60 | -1 | ||
| 40~50 | -2 | ||
| 25~40 | -3 | ||
| ≤25 | -4 | ||
| 水体分布 | 水体及距水体边界≤70 m | 2 | |
| 70 m<距水体边界<140 m | 1 | ||
| 距水体边界≥140 m | 0 | ||
| 开阔绿地分布 | 森林、草地、耕地覆盖且坡度≤15°的区域 | 1 | |
| 分类值为1以外的区域 | 0 | ||
| 建设用地分布 | 建设用地覆盖区 | 1 | |
| 无建设用地覆盖区 | 0 | ||
| 风阻强度 | 无量纲 | ≥1.0 | 3 |
| 0.6~1.0 | 2 | ||
| 0.2~0.6 | 1 | ||
| -0.2~0.2 | 0 | ||
| -0.6~-0.2 | -1 | ||
| -1.0~-0.6 | -2 | ||
| ≤-1.0 | -3 |
各环境要素对城市空气质量、热负荷、通风潜力的影响程度不同,所以对数据图层叠加分析前需要确定各数据图层的权重,以表现其对城市物理环境影响的水平差异。其中SO2、NO2和PM2.5月均浓度图层基于计算权重加权叠加生成空气质量图层;热岛强度、海拔高程、自然景观分布和人体舒适度指数图层加权叠加得到热负荷图层;水体分布、开阔绿地分布、建设用地分布和风阻强度图层加权叠置获得通风潜力图层;再将空气质量、热负荷、通风潜力图层加权叠加,得到广州市综合的环境气候图层。本文采用熵值法确定各环境要素数据的权重(李久枫等, 2017),最终得到多维权重组(表3)。计算方式如下：
表3 数据图层的权重
Tab.3 Weights of the data layers (%)
| 城市物理环境 | 权重 | 所选要素 | 权重 |
|---|---|---|---|
| 空气质量 | 15.81 | SO2月平均浓度 | 20.29 |
| NO2月平均浓度 | 38.85 | ||
| PM2.5月平均浓度 | 40.86 | ||
| 热负荷 | 43.90 | 热岛强度 | 14.86 |
| 海拔高程 | 54.04 | ||
| 自然景观分布 | 17.89 | ||
| 人体舒适度指数 | 13.21 | ||
| 通风潜力 | 40.29 | 水体及其缓冲区分布 | 21.17 |
| 开阔绿地分布 | 40.92 | ||
| 建设用地分布 | 22.01 | ||
| 风阻强度 | 15.90 |
式中：Xij表示第i个月份的第j项数据的数值(i=1, 2, …, m; j=1, 2, …, n);Xmax为该数据最大值;Xmin为该数据最小值;
式中：ej为第j项数据的熵值;k为常数;n为数据图层斑块数;Pij为第j项数据下第i月份数值占全部月份数值的比重;dj为第j项数据的差异性系数;wj为第j项数据的权重。
3.1.1 城市空气质量分析
广州各代表月份城市空气质量的空间分布情况如图5所示。空气质量水平具有明显的季节差异性：秋、冬2个季节的空气质量较差,空气污染分布的面积与大气主要污染物的浓度明显高于春、夏2季;春季的空气质量最优;冬季的空气污染问题最为严重。广州冬季地面与低空风速较低,低层大气层结较大,移动能力差,降水较少,不利于大气污染物的扩散与稀释;而夏季气层不稳定,有上升气流,降水多,大气污染物的聚集封闭现象有所好转,因此空气质量受季节变化影响较大。同时可以看出,空气质量空间分布具有季节差异性：春季空气污染在增城区、南沙区聚集较显著;而夏季白云区与黄埔区的空气质量较差;冬季静风频率高,大气污染物易在污染源附近的空气中累积,因此该季节空气污染分布与城市建成区分布具有一致性,城市主城区、工业用地分布较广的区域,其空气质量较差,而从化区海拔较高、植被覆盖度较大的山林地带与南沙沿海受海风影响较大区域的空气污染问题较小。并且空气质量与盛行风向关系密切,具有由东向西、由北向南降低的空间分布特征,与广州市年风向频率以北和东北偏北方向较大的分布基本保持一致。
3.1.2 城市热负荷分析
广州热负荷在季节与空间分布上差异性较显著,而空间分布特征在各个季节具有较高的相似性(图6)。春、秋2个季节的热负荷水平基本一致,春季的高度热负荷分布比秋季略广;冬季的热负荷水平最低,基本无高度热负荷分布;而夏季的高度热负荷分布最广,与夏季高温天气现象关系密切,其热负荷效应最为明显。从空间格局来看,热负荷具有很强的南北分异：北部从化、增城等区植被茂盛、海拔较高,且分布有规模较大的水体,其热负荷效应较小,对城市局地气候的调节和降温具有积极作用,其中以从化山区最为明显,全年都处于低度热负荷水平;广州主要建设用地集中在中部与南部,密集建筑物影响通风能力,同时带来大量人为热,其热负荷水平较高,城市中心城区全年处于高度与中度热负荷,天河核心区的热负荷效应最为明显。
3.1.3 城市通风潜力分析
广州通风潜力分布状况如图7所示,通风潜力的空间格局在各个季节保持较高的一致性,而其分布特征则呈现显著的空间差异性。通风潜力的大小主要受城市下垫面影响,有季节差异的气象因素对城市通风影响较小,所以通风潜力在季节间的差别很小。从空间分布上看,通风潜力的分布特征与热负荷相似,也具有明显的南北差异。城市北部的高海拔、高植被覆盖区域通风潜力较大;中部与南部的城市建筑密集区域通风潜力较小。进一步分析可以发现,在林地中坡度较大的地区对风的阻滞作用强,使得与开阔绿地相比通风潜力明显降低;城区内部绿地与耕地的通风潜力较大,形成突出的高通风潜力斑块;水体对风的流通具有积极作用,通风能力较高,河流湖泊流经的区域基本具有中度通风潜力;而天河区、越秀区、荔湾区、海珠区由于建筑密度与人口密度高,同时建筑的高度与体量大,建筑的排布与规划混乱,严重影响空气流通,产生了密集相连的低度通风潜力斑块。
通过对广州空气质量、热负荷、通风潜力相关图层的加权叠加,得到广州市全年城市环境气候图,可以清楚地看到城市内建设用地、自然景观、地形地貌等对环境气候影响的综合效果。同时基于环境气候加权叠加数值,截取自然断点,并采用综合分析方法,结合广州市环境气候的分布特征、经济建设与生态建设的共同发展现状,对广州市环境气候进行类型划分(图8)。
将环境气候类型与土地利用数据相关联,得到各气候类型中主要土地利用类型的占比(表4),可以看出最适宜类型分布区域以自然景观相关土地利用类型为主,而气候类型适宜程度越低,人工景观相关土地利用类型占比越大。整体来看,环境气候适宜性较高的区域主要分布于广州北部,环境气候适宜性较低的区域主要分布于中部与南部,产生了北优南劣的环境气候空间格局,并且环境气候各类型的斑块有聚集分布特征。具体来看,广州市环境气候共划分为7种类型,并依照其适宜程度从高至低依次命名为：环境气候最适宜类型、环境气候适宜类型、环境气候较适宜类型、环境气候过渡类型、环境气候较不适宜类型、环境气候不适宜类型、环境气候最不适宜类型。各类型特征如下：
表4 环境气候类型中土地利用类型占比
Tab.4 Land use of environmental climate units (%)
| 土地利用类型 | 环境气候类型 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 最适宜类型 | 适宜类型 | 较适宜类型 | 过渡类型 | 较不适宜类型 | 不适宜类型 | 最不适宜类型 | |
| 林地 | 84.11 | 73.68 | 41.75 | 23.63 | 6.86 | 5.98 | 6.49 |
| 耕地 | 10.76 | 18.21 | 41.45 | 46.41 | 37.50 | 35.76 | 39.48 |
| 公共绿地 | 2.34 | 2.80 | 4.84 | 11.26 | 36.19 | 8.87 | 16.76 |
| 居住用地 | 0.47 | 0.96 | 2.07 | 3.58 | 3.80 | 9.03 | 7.42 |
| 办公与商服用地 | 0.35 | 0.74 | 1.58 | 2.73 | 2.77 | 5.34 | 5.21 |
| 村庄建设用地 | 0.77 | 1.31 | 2.65 | 4.32 | 5.48 | 13.29 | 8.52 |
| 工业用地 | 1.12 | 1.92 | 4.10 | 5.72 | 5.37 | 13.57 | 11.05 |
| 交通道路用地 | 0.07 | 0.29 | 1.25 | 1.70 | 1.51 | 7.52 | 4.29 |
| 水域 | 0.01 | 0.09 | 0.31 | 0.65 | 0.52 | 0.64 | 0.78 |
(1) 环境气候最适宜类型：空气质量很好、低度热压、通风潜力很好的环境气候类型,主要集中在花都区北部芙蓉峰森林公园、从化区北部与西北部山区。该类型地表海拔较高,植被发育良好,人工干预的程度低,可产生下行的山风,加上植被作用,使其具有良好的通风能力与低热压环境,气温较低,空气污染很小,非常舒适。
(2) 环境气候适宜类型：空气质量好、低度热压、通风潜力好的类型,集中于从化区流溪河、石门、大封门森林公园,从化区与增城区交界的大金峰森林公园、白云区东部帽峰山森林公园、黄埔区东北部天鹿湖森林公园。该类型也有高海拔、高植被覆盖的特征,能有效降低热压,改善空气环境;气温凉爽,通风能力强,也是新鲜空气的发源地。
(3) 环境适宜类型：空气质量较好、低度热压、通风潜力较好的类型,此环境气候类型分布较为分散,主要集中于增城区中部、从化区中南部、黄埔区东北部,以及白云区东部、天河区北部的绿地公园,如白云山森林公园、火炉山森林公园、凤凰山森林公园等。该类型林地面积降低,而耕地面积大幅增长的特征明显,人工开发的程度相对较低,气温较为温和,通风能力较强,是城市内部良好的冷源。
(4) 环境气候过渡类型：城市环境气候的中间缓冲类型,空气质量降低,热压增强,通风能力减弱。分布于从化区、增城区的水域,如从化流溪河水库以及邻近城区的耕地。耕地作为人为开发但具有自然属性的土地利用类型,在过渡类型中的面积占比最大,可作为城市负效应向自然景观延伸影响的有效屏障。
(5) 环境气候较不适宜类型：空气质量较差、中度热压、通风潜力远低于环境气候价值的类型。主要由城区的公共绿地、珠江干流及其入海口构成,受城市化影响严重,具有人工景观环境气候特征;气温较高,舒适程度较低。
(6) 环境气候不适宜类型：城市建设密集区域的主要环境气候类型,空气质量差、高度热压、通风潜力低。该类型与城市建设用地的空间格局特征高度一致,集中分布于城市建设区、乡镇村建设区,由较高密度、少绿化的建筑区组成。林地、绿地面积占比大幅降低,居住用地、商服用地、工业用地等人工景观土地利用类型达到极大值,同时还有发达的交通设施集中。空气污染较重、气温高、舒适度低,是需要规划与改善环境气候的核心区域。
(7) 环境气候最不适宜类型：此类型呈零星聚集分布的小斑块,是空气质量差、极高热负荷、极低通风潜力的环境气候类型,主要分布于城区中的核心区构成,如天河区珠江新城商务区、天河街商业区。此区域聚集有高而密集的建筑群,并且人口密度极高,是城市气候负效应最为显著的地区。
城市环境气候类型特征具有差异,对人居环境、生产建设的影响也不一致,针对不同的环境气候类型,应采取不同的规划方案与调控措施(表5)。
表5 环境气候类型的影响与规划措施
Tab.5 Impact and planning measures of environmental climate units
| 城市环境气候类型 | 对生产生活的影响 | 规划措施 |
|---|---|---|
| 环境气候最适宜类型 | 高度正效应 | 保护 |
| 环境气候适宜类型 | 中度正效应 | 保护及改善 |
| 环境气候较适宜类型 | 轻度正效应 | 改善 |
| 环境气候过渡类型 | 中和 | |
| 环境气候较不适宜类型 | 轻度负效应 | |
| 环境气候不适宜类型 | 中度负效应 | 建议采取修补行动 |
| 环境气候最不适宜类型 | 高度负效应 | 必须采取修补行动 |
城市环境气候最适宜类型分布的区域是城市重要的冷源,同时还是风的发源地、重要水源保育区,起到极高的生态积极作用。高适宜性分布的区域应严格保护,避免开发建设,杜绝人为破坏与污染,构建宽阔的通风廊道,加强与城市内部的生态联系,带动周边区域环境协同发展。环境气候适宜与较适宜类型所在区域包含邻近城市建成区的生态绿地、水体,在现有基础上需要进一步保护及改善。建成区附近的森林公园、山地公园是调节城市气候、居民休憩的重要场所,应保护并完善其绿地设施的建设;同时扩大水域面积,与周边区域水系进行汇接,形成多方向延伸并相互连通的城市水道系统。环境气候过渡类型分布区域是环境气候适宜类型、非适宜类型的分界地带,起到沟通生态积极效应、阻隔环境负面影响的重要作用。此类型区域应通过合理布局建筑、规划街道走向与宽度、合理设置绿化区域,结合已有风道,加强通风能力与空气交换,避免环境气候不适宜类型区进一步扩大相连,降低环境气候敏感区的影响。环境气候中不适宜类型、最不适宜类型分布区已经形成高建筑密度、高建筑高度、高人口密度、低绿地密度的格局,大面积与大幅度的改建很难实现,只能增加建筑间绿地面积、水域面积,拓宽楼宇间道路,缩小环境负效应的影响范围,同时调整能源利用的方式与结构,降低人为释放热,改善区域高热压,提高通风能力。新建设的大型建筑要结合城市风道的规划,优化设计、合理布局,考虑建筑周边绿地、水体以及交通道路的配置,降低高大建筑对风的阻挡作用。
基于气象监测数据、遥感图像数据与相关部门绘制的图件,利用ANUSPLIN、ENVI、ArcGIS等专业软件,从城市风环境、空气质量、热负荷与通风潜力等多个环境要素入手,对广州环境气候进行了多时段的综合分析,构建了广州城市环境气候图系统,得出如下主要结论：
(1) 广州市空气质量状况具有明显的季节和空间差异,秋冬季大气污染情况较严重,夏季次之,春季最弱;热负荷水平也有显著的季节和空间差异,夏季热负荷最强,冬季最弱;通风潜力的空间差异性较强,无明显的季节差别。综合来看,广州市显示出北优南劣的环境气候特征,将环境气候划分为7种类型,发现较适宜类型主要分布于从化区、增城区与黄埔区北部,较不适宜类型集中分布于天河区、越秀区、荔湾区与海珠区。
(2) 环境气候空间格局的分布情况与土地覆被状况、土地利用类型关系密切。人工景观往往对环境气候产生负效应,而自然景观对环境气候有改善作用。以较大面积的林地、绿地、水体为代表的城市冷源不仅降低城市热负荷强度,同时对空气质量与通风潜力都有较好的缓解、提高作用,因此环境气候适宜类型普遍分布于高山林地、湖泊、河流及其附近区域;而建设用地带来的城市污染、人为热排放、粗糙下垫面等问题使得环境气候趋于恶化,其中工业用地、商服用地集中区对环境气候产生的负效应最为明显。
(3) 随着生态文明建设的不断深入,城市的可持续发展成为环境问题研究的核心与热点,环境气候图揭示城市环境气候的空间格局分布情况,对城市生态建设与规划措施具有较强的指导意义。广州市要树立“绿水青山就是金山银山”的城市发展理念,充分保护环境气候适宜区域,保持过渡类型的沟通、阻隔作用,控制城市环境气候负效应继续延伸发展,并通过制定具体的调控措施减少环境气候不适宜地区的影响,整体改善广州市环境气候质量,优化环境气候空间格局。
(1) 大气污染重、热岛效应强、通风能力弱是广州城市气候的突出矛盾(孙武等, 2012),针对这3个环境气候问题,本文构建了一种基于可视化环境气候图的城市气候综合分析与评估方法。该方法揭示了广州市环境气候的空间格局分布特征,并对亚热带海洋性季风气候控制下的大型城市复杂环境气候提供了规划建议。环境气候图作为一种科学有效的城市气候信息评估工具,综合、科学地对城市环境气候进行分析,并通过制定相关调控措施来促进城市大气局地环流,改善、缓解城市大气污染与城市热效应,对城市生态文明建设的方向进行引导,为城市的可持续发展提供决策支持。
(2) 与目前国内外环境气候图的编制与应用工作对比,本文的特点在于：数据采集方面,基于对广州市所有区域自动站发布数据的整理,获得基本气象要素,弥补了通过少量监测站获取基础数据的片面性(Ng, 2012; Ren et al, 2013),很大程度上精细化了后续环境气候的计算与分析。同时将遥感影像提取的土地覆被信息与规划数据结合,细化了土地覆被信息;环境气候要素选择方面,充分考虑了多种环境气候的综合影响,将空气质量、热负荷与通风能力都纳入分析评价中,而目前北京(贺晓冬等, 2014)、深圳(林姚宇等, 2014)等季风地区仅考虑了城市热岛等要素,多要素综合考量较少(刘乐乐等, 2017);环境气候分析方面,利用熵值法计算各要素权重,环境气候图采用加权叠加的方法进行绘制,而传统的环境气候图编制采用多图层直接叠加的方法(Ren et al, 2011),未能凸显不同要素对环境气候影响的程度差别。并且针对气候要素普遍具有时相差异的特点,对4个季节的环境气候都进行了综合分析与评价,而相关研究主要集中在夏季城市环境气候的探讨(贺晓冬等, 2014; 林姚宇等, 2014),考虑多时相的环境气候研究较少(Suder et al, 2014; 刘乐乐等, 2017)。
(3) 本文优化了已有城市环境气候图编制与分析方法,但还存在一些问题需要完善：一方面,只探讨了各环境气候类型中不同土地利用所占用的比例,未对土地利用与环境气候间的联系进行深入的讨论,下一步将具体分析不同土地利用对环境气候格局的影响;另一方面,获取大气污染相关数据的监测站数量较少,客观上降低了空气质量评价的精度,下一步应考虑利用遥感影像数据反演大气气溶胶光学厚度来替代空气污染采集数据;最后,对城市环境气候的规划措施只给出了宏观层面的意见,未来的研究可从设计多级通风廊道等具体方法进一步细化环境气候的规划建议。
The authors have declared that no competing interests exist.
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超大城市热岛研究方法对比: 以上海为例 [J].
在超大城市,热岛往往存在着多中心发展的态势,以上海为例,采用2007年33个气象站点逐日4时刻（2：00,8：00,14：00,20：00）的气温数据,提出了一种新的热岛强度计算方法.新方法考虑站点所在区域下垫面的土地利用类型,将位于已显著城市化的郊区中心区站点计入城区站点进行热岛强度计算.将这一方法的计算统计结果与传统方法进行对比,结果表明：（1）两种方法统计的全年热岛出现频次存在显著差异,而全年热岛累积强度的差异并不明显;（2）对于热岛日变化特征,两种方法统计的热岛出现频次和热岛累积强度分布一致;在14：00时,该方法计算和统计的热岛效应在出现频次和累积强度上均显著高于传统方法,而在2：00时,两种方法的结果差异不大;（3）两种方法在反映热岛出现频次和累积强度的季节变化特征上存在明显差异;在夏季和春季,该方法统计出的热岛效应较传统方法更为显著;（4）进一步分析表明,在太阳辐射较强的时刻和季节,两种方法计算和统计的结果差异较大;该方法可弥补传统方法掩盖的某些热岛特征;（5）以松江为代表的上海郊区存在显著的次级热岛,郊区中心站点气温显著高于郊区非中心站点.在对上海这样的特大型城市进行热岛效应研究时,若将郊区中心地区站点像传统方法一样简单计入郊区站点,则可能难以反映城市次级热岛特征.
A comparison study of research methods for urban heat island of megacity: With special regards on Shanghai .
在超大城市,热岛往往存在着多中心发展的态势,以上海为例,采用2007年33个气象站点逐日4时刻（2：00,8：00,14：00,20：00）的气温数据,提出了一种新的热岛强度计算方法.新方法考虑站点所在区域下垫面的土地利用类型,将位于已显著城市化的郊区中心区站点计入城区站点进行热岛强度计算.将这一方法的计算统计结果与传统方法进行对比,结果表明：（1）两种方法统计的全年热岛出现频次存在显著差异,而全年热岛累积强度的差异并不明显;（2）对于热岛日变化特征,两种方法统计的热岛出现频次和热岛累积强度分布一致;在14：00时,该方法计算和统计的热岛效应在出现频次和累积强度上均显著高于传统方法,而在2：00时,两种方法的结果差异不大;（3）两种方法在反映热岛出现频次和累积强度的季节变化特征上存在明显差异;在夏季和春季,该方法统计出的热岛效应较传统方法更为显著;（4）进一步分析表明,在太阳辐射较强的时刻和季节,两种方法计算和统计的结果差异较大;该方法可弥补传统方法掩盖的某些热岛特征;（5）以松江为代表的上海郊区存在显著的次级热岛,郊区中心站点气温显著高于郊区非中心站点.在对上海这样的特大型城市进行热岛效应研究时,若将郊区中心地区站点像传统方法一样简单计入郊区站点,则可能难以反映城市次级热岛特征.
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3种区域空气质量空间插值方法对比研究 [J].https://doi.org/10.13637/j.issn.1009-6094.2016.03.061 URL [本文引用: 1] 摘要
空间插值方法可实现空气质量空间可视化展示,也是可视化研究空气质量区域分布特征的重要方法。由于区域空气质量受污染物种类及季节的影响明显,不同空间插值方法的可靠性和适用性存在差异。利用珠三角区域62个大气环境自动监测站的空气污染物浓度数据,分别采用反距离加权、规则样条函数2种确定性插值方法和地统计学的克里金法进行空间插值计算,结合交叉验证法,综合对比分析不同空气污染物、不同季节的空间插值效果。结果表明,克里金法能得到整体最优的插值精度,插值结果可靠性最高,但在表达空气质量空间分布特征上过渡平滑性欠佳。不同空气污染物空间插值效果不同,季节性特征也对插值结果影响显著。3种空间插值方法的ρ(PM2.5)、ρ(O3)插值效果均明显优于一次污染物,其插值结果的MRE(平均相对误差)在0.186~0.313,决定系数R2基本在0.8以上,但一次污染物的MRE均在0.352以上。3种方法 PM2.5的夏季插值结果均明显优于其他季节:PM2.5夏季ME(平均误差)均值在-0.1~0.3μg/m3,且95%置信区间较小,误差分布集中;而非夏季高污染时期的空间插值效果相对较差。
Comparative study of the three spatial interpolation methods for the regional air quality evaluation .https://doi.org/10.13637/j.issn.1009-6094.2016.03.061 URL [本文引用: 1] 摘要
空间插值方法可实现空气质量空间可视化展示,也是可视化研究空气质量区域分布特征的重要方法。由于区域空气质量受污染物种类及季节的影响明显,不同空间插值方法的可靠性和适用性存在差异。利用珠三角区域62个大气环境自动监测站的空气污染物浓度数据,分别采用反距离加权、规则样条函数2种确定性插值方法和地统计学的克里金法进行空间插值计算,结合交叉验证法,综合对比分析不同空气污染物、不同季节的空间插值效果。结果表明,克里金法能得到整体最优的插值精度,插值结果可靠性最高,但在表达空气质量空间分布特征上过渡平滑性欠佳。不同空气污染物空间插值效果不同,季节性特征也对插值结果影响显著。3种空间插值方法的ρ(PM2.5)、ρ(O3)插值效果均明显优于一次污染物,其插值结果的MRE(平均相对误差)在0.186~0.313,决定系数R2基本在0.8以上,但一次污染物的MRE均在0.352以上。3种方法 PM2.5的夏季插值结果均明显优于其他季节:PM2.5夏季ME(平均误差)均值在-0.1~0.3μg/m3,且95%置信区间较小,误差分布集中;而非夏季高污染时期的空间插值效果相对较差。
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北京城市气候图系统的初步建立 [J].https://doi.org/10.13232/j.cnki.jnju.2014.06.004 URL [本文引用: 5] 摘要
现代城市化发展给当地气候和环境带来巨大影响，然而城市规划和城市发展中对城市气候信息的应用却非常有限。以北京为示范案例，初步建立北京城市气候图系统，将城市气候信息应用于北京可持续发展和生态城市建设。定量分析北京自然环境和典型城市形态因子对城市气候的影响，评估城市热环境和城市风环境现状，形成北京城市气候分析图。结合各典型城市气候空间不同建筑区域内建筑物可分辨风场数值模拟，完成北京市区范围城市气候规划建议图。北京四环以内近乎闭合式的“单中心+环状”城市发展布局，使大部分区域承受极强的热压，且通风廊道不足，通风严重不畅。针对此现状，分别对五类城市气候规划建议区提出初步规划建议，审慎开发决策，缓解城市气候问题。北京城市气候图系统在传统城市气候图的基础上，强调了对规划方案的预测评估。且提出对城市气象灾害进行风险评估，从规划预警的角度应对城市气象灾害，加强北京应对极端天气、防灾减灾的能力。
The initial establishment of urban climate map system in Beijing .https://doi.org/10.13232/j.cnki.jnju.2014.06.004 URL [本文引用: 5] 摘要
现代城市化发展给当地气候和环境带来巨大影响，然而城市规划和城市发展中对城市气候信息的应用却非常有限。以北京为示范案例，初步建立北京城市气候图系统，将城市气候信息应用于北京可持续发展和生态城市建设。定量分析北京自然环境和典型城市形态因子对城市气候的影响，评估城市热环境和城市风环境现状，形成北京城市气候分析图。结合各典型城市气候空间不同建筑区域内建筑物可分辨风场数值模拟，完成北京市区范围城市气候规划建议图。北京四环以内近乎闭合式的“单中心+环状”城市发展布局，使大部分区域承受极强的热压，且通风廊道不足，通风严重不畅。针对此现状，分别对五类城市气候规划建议区提出初步规划建议，审慎开发决策，缓解城市气候问题。北京城市气候图系统在传统城市气候图的基础上，强调了对规划方案的预测评估。且提出对城市气象灾害进行风险评估，从规划预警的角度应对城市气象灾害，加强北京应对极端天气、防灾减灾的能力。
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亚洲地区气溶胶及其对中国区域气候影响的数值模拟 [J].https://doi.org/10.3878/j.issn.1006-9895.2010.02.03 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
使用一个耦合入化学过程的区域气候模式 (RegCM3), 在NCAR/NCEP再分析资料驱动下, 通过多年时间尺度的连续积分, 进行了亚洲区域气溶胶硫酸盐、 黑碳和有机碳的时空分布及其直接气候效应的数值模拟。首先对模式的模拟能力进行了检验, 结果表明, 模式能够较好地模拟中国地区气温和降水的分布, 对该区域气溶胶的时空分布有一定的模拟能力。模式模拟得到的气溶胶浓度分布在冬季南北差异较大而夏季较小。气溶胶浓度与其形成的大气层顶和地面负短波辐射强迫有较好的对应关系。四川盆地是气溶胶浓度及其产生的辐射强迫的高值区。气溶胶对地面气温和降水都产生影响。其中所引起的冬季气温降低, 与气溶胶的分布和浓度有一定的对应关系, 但夏季引起的降温中心位于河套及黄河下游地区。气溶胶使得冬季和夏季中国东部大部分地区的降水减少。同时, 对气温和降水上述变化的原因进行了讨论。
Simulation of the aerosols over Asia and its climate effect on China .https://doi.org/10.3878/j.issn.1006-9895.2010.02.03 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
使用一个耦合入化学过程的区域气候模式 (RegCM3), 在NCAR/NCEP再分析资料驱动下, 通过多年时间尺度的连续积分, 进行了亚洲区域气溶胶硫酸盐、 黑碳和有机碳的时空分布及其直接气候效应的数值模拟。首先对模式的模拟能力进行了检验, 结果表明, 模式能够较好地模拟中国地区气温和降水的分布, 对该区域气溶胶的时空分布有一定的模拟能力。模式模拟得到的气溶胶浓度分布在冬季南北差异较大而夏季较小。气溶胶浓度与其形成的大气层顶和地面负短波辐射强迫有较好的对应关系。四川盆地是气溶胶浓度及其产生的辐射强迫的高值区。气溶胶对地面气温和降水都产生影响。其中所引起的冬季气温降低, 与气溶胶的分布和浓度有一定的对应关系, 但夏季引起的降温中心位于河套及黄河下游地区。气溶胶使得冬季和夏季中国东部大部分地区的降水减少。同时, 对气温和降水上述变化的原因进行了讨论。
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DEM地形信息提取对比研究: 以坡度为例 [J].https://doi.org/10.3771/j.issn.1009-2307.2008.05.063 [本文引用: 1] 摘要
由于DEM数据本身多尺度因 素,加之地形、地貌特征具有宏观性与区域分异性的特点,直接的信息提取往往很难达到预期的目的。利用DEM制作坡度图高效、省力,但其精度有很大的不确定 性,同时DEM制作过程中的误差传播、转移对坡度信息的影响缺少系统的判断依据。选取位于陕北黄土高原上的两个不同地区作为实验样区,在不同DEM生产的 基础上,以高精度的1∶10 000DEM为准值,通过对1∶5万和1∶1万DEM提取定量地形要素的叠合、比较与统计分析,探讨具有不同地貌类型的区域1∶5万DEM提取地形信息的 精度及其统计意义上的数量百分比关系。
Comparison of land form information extracted from DEMs: A case study of slope .https://doi.org/10.3771/j.issn.1009-2307.2008.05.063 [本文引用: 1] 摘要
由于DEM数据本身多尺度因 素,加之地形、地貌特征具有宏观性与区域分异性的特点,直接的信息提取往往很难达到预期的目的。利用DEM制作坡度图高效、省力,但其精度有很大的不确定 性,同时DEM制作过程中的误差传播、转移对坡度信息的影响缺少系统的判断依据。选取位于陕北黄土高原上的两个不同地区作为实验样区,在不同DEM生产的 基础上,以高精度的1∶10 000DEM为准值,通过对1∶5万和1∶1万DEM提取定量地形要素的叠合、比较与统计分析,探讨具有不同地貌类型的区域1∶5万DEM提取地形信息的 精度及其统计意义上的数量百分比关系。
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广州城市热岛空间分布及时域-频域多尺度变化特征 [J].
利用广州47个自动气象站小时数据计算2001年1、4、7和10月各站平均热岛强度，用克里格方法研究广州城市热岛的空间变化，发现其受下垫面、人为热、大气污染、天气系统等影响较大.利用2001年—2002年2月每小时气象数据，用Morlet小波变换方法分析广州热岛周期变化，发现其在频域上具有多尺度的周期振荡，尺度主要是24、168和1 490 h，即日、周、2个月，其次是3个月. 海陆风、下垫面长波辐射、人为热、近地层热量交换等影响其日变化周期，人类活动影响其周变化周期，太阳辐射及天气系统影响其2个月变化周期，季风影响其3个月变化周期.研究表明，广州城市热岛时空变化是天气系统、地表长波辐射、下垫面、大气污染、人为热、地表热量交换等共同作用的结果.
Characteristics of multi scale temporal spatial distribution of urban heat island in Guangzhou .
利用广州47个自动气象站小时数据计算2001年1、4、7和10月各站平均热岛强度，用克里格方法研究广州城市热岛的空间变化，发现其受下垫面、人为热、大气污染、天气系统等影响较大.利用2001年—2002年2月每小时气象数据，用Morlet小波变换方法分析广州热岛周期变化，发现其在频域上具有多尺度的周期振荡，尺度主要是24、168和1 490 h，即日、周、2个月，其次是3个月. 海陆风、下垫面长波辐射、人为热、近地层热量交换等影响其日变化周期，人类活动影响其周变化周期，太阳辐射及天气系统影响其2个月变化周期，季风影响其3个月变化周期.研究表明，广州城市热岛时空变化是天气系统、地表长波辐射、下垫面、大气污染、人为热、地表热量交换等共同作用的结果.
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近30年珠海市耕地生态安全评价及未来预测 [J].https://doi.org/10.16768/j.issn.1004-874X.2017.01.024 URL [本文引用: 1] 摘要
开展耕地生态安全评价有利于耕地资源的可持续利用与国家粮食安全。为了解珠海市耕地生态安全状况,构建了基于PSR模型的评价指标体系。运用熵值法确定各项指标权重,定量分析1985—2014年珠海市耕地生态安全值,采用等间距法将耕地生态安全级别划分为不安全、较不安全、临界安全、较安全、安全5个等级,并引入灰色系统理论预测2015—2020年珠海市耕地生态安全等级,分析其驱动因素。研究结果表明:1985—2014年珠海市耕地生态安全综合值呈U型变化,安全等级经历了较安全-临界安全-较安全-临界安全-较不安全-临界安全-较不安全-临界安全的演变历程,耕地生态安全等级于1999年之后显著转好;2015—2020年珠海市耕地生态安全综合值呈上升趋势,安全等级由临界安全发展到较安全,未来耕地生态安全水平较为乐观;人口增长与经济发展导致的人地矛盾仍是影响耕地生态安全水平的关键因素。
Evaluation of cultivated land ecological security in Zhuhai City in recent 30 years and its future prediction .https://doi.org/10.16768/j.issn.1004-874X.2017.01.024 URL [本文引用: 1] 摘要
开展耕地生态安全评价有利于耕地资源的可持续利用与国家粮食安全。为了解珠海市耕地生态安全状况,构建了基于PSR模型的评价指标体系。运用熵值法确定各项指标权重,定量分析1985—2014年珠海市耕地生态安全值,采用等间距法将耕地生态安全级别划分为不安全、较不安全、临界安全、较安全、安全5个等级,并引入灰色系统理论预测2015—2020年珠海市耕地生态安全等级,分析其驱动因素。研究结果表明:1985—2014年珠海市耕地生态安全综合值呈U型变化,安全等级经历了较安全-临界安全-较安全-临界安全-较不安全-临界安全-较不安全-临界安全的演变历程,耕地生态安全等级于1999年之后显著转好;2015—2020年珠海市耕地生态安全综合值呈上升趋势,安全等级由临界安全发展到较安全,未来耕地生态安全水平较为乐观;人口增长与经济发展导致的人地矛盾仍是影响耕地生态安全水平的关键因素。
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深圳国际低碳城环境气候图集编制方法与应用技术研究 [J].
城市气候与城市规划建设联系紧密.城市化地区的大规模建设使城市下垫面性质发生转变,从而引发城市气候环境的改变,其负面改变又制约和影响着城市建设与市民生活.城市环境气候图作为城市规划与城市气候研究的桥梁,可以补足规划建设过程中城市气候因素的缺失,将城市通风、热负荷、空气污染等制约因子转化为易于理解和操作的形式,为可持续的城市规划建设提供依据.本文以深圳国际低碳城为研究区,探索城市环境气候图集的编制方法与应用技术,并通过多种技术方法进行综合与校核,得出由三个部分构成的环境气候图集成果,为深圳国际低碳城的规划建设提供可操作性建议.
Research on the method and application technology of environmental climate atlas of Shenzhen international low-carbon city .
城市气候与城市规划建设联系紧密.城市化地区的大规模建设使城市下垫面性质发生转变,从而引发城市气候环境的改变,其负面改变又制约和影响着城市建设与市民生活.城市环境气候图作为城市规划与城市气候研究的桥梁,可以补足规划建设过程中城市气候因素的缺失,将城市通风、热负荷、空气污染等制约因子转化为易于理解和操作的形式,为可持续的城市规划建设提供依据.本文以深圳国际低碳城为研究区,探索城市环境气候图集的编制方法与应用技术,并通过多种技术方法进行综合与校核,得出由三个部分构成的环境气候图集成果,为深圳国际低碳城的规划建设提供可操作性建议.
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基于城市环境气候图的宁波大气环境分析与调控对策 [J].https://doi.org/10.5846/stxb201507091458 URL [本文引用: 6] 摘要
城市化的蓬勃发展改变了城市气候和环境,产生了诸多气候环境问题,需要有效的城市气候环境信息与调控对策来应对和缓解,城市环境气候图在城市气候环境的规划与调控方面提供了重要指导.在传统城市气候图的基础上,提出了多季节、多环境要素相结合的城市环境气候图构建方法.在此基础上,以具有复杂下垫面和明显季节性气候特征的宁波市区为案例,综合运用遥感反演、GIS空间分析、中尺度数值模拟等技术手段,对城市热负荷、大气污染、通风潜力和风场及整体的城市气候环境进行多季节分析与评估.结果表明:在形成城市气候环境的主要要素方面,城市热负荷、大气污染物分布都具有显著的季节性和空间性差异,宁波市春、夏季同时受热负荷和大气污染影响,冬季仅受大气污染影响,秋季受二者影响均较小;通风潜力的空间格局各季节之间具有高度的相似性;风环境复杂多变,呈现出显著的季节性和空间性差异.对城市气候环境的整体分析发现,城市气候环境高价值区和中价值区主要分布于山林、农田和水体,高风险区位于北仑、镇海和杭州湾南岸的沿海重化工业带,中风险区分布于江北区东部、鄞州城区东西两翼、慈溪城区和奉化城区东北部等工厂厂房密集的区域.进一步在前述分析的基础上,提出了城市风道规划方案和气候环境调控对策,包括2条一级风道、5条二级风道、3条受海陆风影响的三级双向风道、12条受海陆风影响的三级单向风道、13条受山谷风影响的三级单向风道和七类城市气候环境调控对策.提出的多季节、多环境要素相结合的城市环境气候图构建方法适用于季风气候地区复杂气候环境的分析与评估研究,能够提高城市气候环境分析的综合性和准确性,并能够通过风道规划及相关调控对策的制定和实施改善城市热负荷和大气环境质量,缓解各季节的城市气候环境问题,为城市环保、气象、规划等部门提供重要的决策支持,从而促进城市可持续发展和生态城市建设.
Ningbo atmospheric environment analysis and regulating countermeasure based on urban climatic map .https://doi.org/10.5846/stxb201507091458 URL [本文引用: 6] 摘要
城市化的蓬勃发展改变了城市气候和环境,产生了诸多气候环境问题,需要有效的城市气候环境信息与调控对策来应对和缓解,城市环境气候图在城市气候环境的规划与调控方面提供了重要指导.在传统城市气候图的基础上,提出了多季节、多环境要素相结合的城市环境气候图构建方法.在此基础上,以具有复杂下垫面和明显季节性气候特征的宁波市区为案例,综合运用遥感反演、GIS空间分析、中尺度数值模拟等技术手段,对城市热负荷、大气污染、通风潜力和风场及整体的城市气候环境进行多季节分析与评估.结果表明:在形成城市气候环境的主要要素方面,城市热负荷、大气污染物分布都具有显著的季节性和空间性差异,宁波市春、夏季同时受热负荷和大气污染影响,冬季仅受大气污染影响,秋季受二者影响均较小;通风潜力的空间格局各季节之间具有高度的相似性;风环境复杂多变,呈现出显著的季节性和空间性差异.对城市气候环境的整体分析发现,城市气候环境高价值区和中价值区主要分布于山林、农田和水体,高风险区位于北仑、镇海和杭州湾南岸的沿海重化工业带,中风险区分布于江北区东部、鄞州城区东西两翼、慈溪城区和奉化城区东北部等工厂厂房密集的区域.进一步在前述分析的基础上,提出了城市风道规划方案和气候环境调控对策,包括2条一级风道、5条二级风道、3条受海陆风影响的三级双向风道、12条受海陆风影响的三级单向风道、13条受山谷风影响的三级单向风道和七类城市气候环境调控对策.提出的多季节、多环境要素相结合的城市环境气候图构建方法适用于季风气候地区复杂气候环境的分析与评估研究,能够提高城市气候环境分析的综合性和准确性,并能够通过风道规划及相关调控对策的制定和实施改善城市热负荷和大气环境质量,缓解各季节的城市气候环境问题,为城市环保、气象、规划等部门提供重要的决策支持,从而促进城市可持续发展和生态城市建设.
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广州城市空间形态特征与时空演化分析 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1560-8999.2007.05.016 URL [本文引用: 1] 摘要
城市空间形态的形成和变化是城市内、外各种社会力量相互作用的物质空间反映。本文基于历史资料和遥感影像,探讨了近百年来广州城市空间形态特征和演变过程。广州城市空间形态演变依次经历了轮形团块期、触角期、分散组团式、轴向发展期、带形发展期、新的触角期等几个阶段。利用遥感方法对1979～2004年间广州市建成区变化的监测表明,该期间广州先后经历了20世纪80年代的相对稳定期、90年代前期的快速发展期、90年代中后期的平稳发展期和近年来的高速发展期,目前是扩展速度较快的时期。
Analysis on the spatial-temporal characteristics of Guangzhou City's spatial morphologic evolution .https://doi.org/10.3969/j.issn.1560-8999.2007.05.016 URL [本文引用: 1] 摘要
城市空间形态的形成和变化是城市内、外各种社会力量相互作用的物质空间反映。本文基于历史资料和遥感影像,探讨了近百年来广州城市空间形态特征和演变过程。广州城市空间形态演变依次经历了轮形团块期、触角期、分散组团式、轴向发展期、带形发展期、新的触角期等几个阶段。利用遥感方法对1979～2004年间广州市建成区变化的监测表明,该期间广州先后经历了20世纪80年代的相对稳定期、90年代前期的快速发展期、90年代中后期的平稳发展期和近年来的高速发展期,目前是扩展速度较快的时期。
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城市环境气候图的发展及其应用现状 [J].https://doi.org/10.11898/1001-7313.20120510 URL [本文引用: 2] 摘要
城市环境气候图最初于20世纪70年代由德国气候研究者开发制作，通过近40年的发展，目前在世界范围内已有20个国家开展了相关研究与应用项目，从而为改善城市气候环境与提高人居生活条件提供决策依据。该文首先对城市环境气候图的发展及其制作方法进行了一个总体性的回顾，然后选取德国、日本和中国香港地区的研究案例用以考察目前该领域研究和应用现状与存在问题，进一步详细探讨了未来发展的方向，最后指出了在我国城市化进程中为应对诸多气候环境问题所迫切需要开展的相关研究问题。
The development of urban environmental climate map and its application .https://doi.org/10.11898/1001-7313.20120510 URL [本文引用: 2] 摘要
城市环境气候图最初于20世纪70年代由德国气候研究者开发制作，通过近40年的发展，目前在世界范围内已有20个国家开展了相关研究与应用项目，从而为改善城市气候环境与提高人居生活条件提供决策依据。该文首先对城市环境气候图的发展及其制作方法进行了一个总体性的回顾，然后选取德国、日本和中国香港地区的研究案例用以考察目前该领域研究和应用现状与存在问题，进一步详细探讨了未来发展的方向，最后指出了在我国城市化进程中为应对诸多气候环境问题所迫切需要开展的相关研究问题。
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珠江三角洲地面风场的特征及其城市群风道的构建 [J].https://doi.org/10.5846/stxb201108021129 URL Magsci [本文引用: 4] 摘要
利用珠三角20个观测站1964-1983年的风数据分析了珠三角城市群地面风场风向、风速分布与季节变化特征,并基于经验正交函数(EOF)进行了地面风场的空间分类。呈缺口盆地地形的珠三角风速较低,为3-2 m/s,整个区域风速南高北低;以伶仃洋为界,西岸高于东岸;西南部潭江谷地夏季多南风,冬季为北风,东岸东江谷底全年多东风,北江与西江河谷冬季盛行北风,夏季为东南风。综合风向与风速,结合地形,可将珠三角地面风场由南向北依次划分为较高风速区、中风速区和低风速区三类。根据空间尺度以及在区域中发挥的作用,珠三角城市群应构建多级风道,且风道还有常年与季节之别:伶仃洋(伶仃洋-虎门-狮子洋-广州水道)、西江(磨刀门-九江-三水)、潭江河谷应属于一级常年风道;北江(清远-三水)和东江(博罗-狮子洋)为一级季节风道。广州-三水段、黄埔-东莞段、中山-江门段以及伶仃洋段是影响整个珠三角大气环境质量风道的枢纽地段。城市群规划中对枢纽段超高建筑群进行风环境影响的评价,对枢纽段河道宽度、建筑物高度与密度的控制,将有助于提高珠三角城市群的空气质量,并防范下垫面粗糙度改变引起峡谷风的新风险。
Wind fields and the development of wind corridors in the urban metropolis of the Pearl River Delta .https://doi.org/10.5846/stxb201108021129 URL Magsci [本文引用: 4] 摘要
利用珠三角20个观测站1964-1983年的风数据分析了珠三角城市群地面风场风向、风速分布与季节变化特征,并基于经验正交函数(EOF)进行了地面风场的空间分类。呈缺口盆地地形的珠三角风速较低,为3-2 m/s,整个区域风速南高北低;以伶仃洋为界,西岸高于东岸;西南部潭江谷地夏季多南风,冬季为北风,东岸东江谷底全年多东风,北江与西江河谷冬季盛行北风,夏季为东南风。综合风向与风速,结合地形,可将珠三角地面风场由南向北依次划分为较高风速区、中风速区和低风速区三类。根据空间尺度以及在区域中发挥的作用,珠三角城市群应构建多级风道,且风道还有常年与季节之别:伶仃洋(伶仃洋-虎门-狮子洋-广州水道)、西江(磨刀门-九江-三水)、潭江河谷应属于一级常年风道;北江(清远-三水)和东江(博罗-狮子洋)为一级季节风道。广州-三水段、黄埔-东莞段、中山-江门段以及伶仃洋段是影响整个珠三角大气环境质量风道的枢纽地段。城市群规划中对枢纽段超高建筑群进行风环境影响的评价,对枢纽段河道宽度、建筑物高度与密度的控制,将有助于提高珠三角城市群的空气质量,并防范下垫面粗糙度改变引起峡谷风的新风险。
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广州城市规划的气候条件分析 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-8462.2004.04.014 URL [本文引用: 1] 摘要
文章全面评价分析了广州市风象、太阳辐射、气温等气象因素对城市工业、居住用地布局的具体影响,并就如何将气候特点与城市规划及其建筑设计相结合改善城市大气环境问题进行了探讨.最后,从气候的角度提出了改善城市环境的规划应对措施.
Analysis on climate conditions of urban planning in Guangzhou .https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-8462.2004.04.014 URL [本文引用: 1] 摘要
文章全面评价分析了广州市风象、太阳辐射、气温等气象因素对城市工业、居住用地布局的具体影响,并就如何将气候特点与城市规划及其建筑设计相结合改善城市大气环境问题进行了探讨.最后,从气候的角度提出了改善城市环境的规划应对措施.
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植被覆盖度和归一化湿度指数对热力景观格局的影响: 以广州为例 [J].
利用LANDSAT-5 TM影像提取地表温度、植被覆盖度和归一化湿度指数（NDMI）等信息，结合景观生态学方法探讨广州市不同区域城市植被和NDMI对地表温度的调节作用.结果表明： 植被覆盖度、NDMI和地表温度两两之间有较强的线性相关性，但不同区域植被覆盖度、NDMI与地表温度的相关程度存在明显差异；提高相同植被覆盖度时，中心城区的降温效果最好，其次是处于中心城区北缘的近郊区；不同区域森林公园对周围热环境的影响程度不同，960~1080 m缓冲区内平均温度与公园内部平均温度之差分别为4.69 ℃（白云山）、1.27 ℃（马仔山）和0.41 ℃（流溪河）；高植被覆盖度可增加热力景观多样性和不同景观之间的结合度，促进低温斑块内部与其他斑块如高温斑块间的能量交换，起到控制热岛效应的效果；增加环境湿度与提高植被覆盖度对热力景观格局所形成的作用相当.
Effects of vegetation cover and normalized difference moisture index on thermal landscape pattern: A case study of Guangzhou, South China .
利用LANDSAT-5 TM影像提取地表温度、植被覆盖度和归一化湿度指数（NDMI）等信息，结合景观生态学方法探讨广州市不同区域城市植被和NDMI对地表温度的调节作用.结果表明： 植被覆盖度、NDMI和地表温度两两之间有较强的线性相关性，但不同区域植被覆盖度、NDMI与地表温度的相关程度存在明显差异；提高相同植被覆盖度时，中心城区的降温效果最好，其次是处于中心城区北缘的近郊区；不同区域森林公园对周围热环境的影响程度不同，960~1080 m缓冲区内平均温度与公园内部平均温度之差分别为4.69 ℃（白云山）、1.27 ℃（马仔山）和0.41 ℃（流溪河）；高植被覆盖度可增加热力景观多样性和不同景观之间的结合度，促进低温斑块内部与其他斑块如高温斑块间的能量交换，起到控制热岛效应的效果；增加环境湿度与提高植被覆盖度对热力景观格局所形成的作用相当.
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广州城市代谢与土地利用变化指标评价 [J].https://doi.org/10.11821/yj2011080004 URL [本文引用: 1] 摘要
The study on the interaction between land use change and urban metabolism, which is the core of Global Change Programme, has currently come into lively discussion in the field of ecological research. On the whole ecologic-economic-social system of Guangzhou, this paper analyzes the emergy-based urban metabolism in the past 17 years with reference to the resource flows from 1990 to 2006 and investigates this interaction of the metabolism and land-change of Guangzhou. It finds out the truth that various types of land-use changes had remarkable influence on the material and energy flows during the metabolic course, especially the fast rise of the construction land. The more construction land the city increases, the more total solar emergy it consumes, which makes a decline in the emergy sustainable indices. The per unit area energy consumption also increases in the process of urban expansion with a large amount of depletion of minerals, fuels and building resources. Because of the growing environmental load, the emergy yield ratio is decreasing year by year. At the same time, the emergy efficiency of farmland has been enhanced while there has been a decrease in the amount of farmland and a downward trend of emergy density since 1990. The results can provide an important basis and new ideas for the land planning and management of Guangzhou.
Analysis of the indicator between urban metabolism and land use change in Guangzhou .https://doi.org/10.11821/yj2011080004 URL [本文引用: 1] 摘要
The study on the interaction between land use change and urban metabolism, which is the core of Global Change Programme, has currently come into lively discussion in the field of ecological research. On the whole ecologic-economic-social system of Guangzhou, this paper analyzes the emergy-based urban metabolism in the past 17 years with reference to the resource flows from 1990 to 2006 and investigates this interaction of the metabolism and land-change of Guangzhou. It finds out the truth that various types of land-use changes had remarkable influence on the material and energy flows during the metabolic course, especially the fast rise of the construction land. The more construction land the city increases, the more total solar emergy it consumes, which makes a decline in the emergy sustainable indices. The per unit area energy consumption also increases in the process of urban expansion with a large amount of depletion of minerals, fuels and building resources. Because of the growing environmental load, the emergy yield ratio is decreasing year by year. At the same time, the emergy efficiency of farmland has been enhanced while there has been a decrease in the amount of farmland and a downward trend of emergy density since 1990. The results can provide an important basis and new ideas for the land planning and management of Guangzhou.
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城市热岛的生态环境效应 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0933.2005.08.032 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
城市热岛效应(Urbanheatislandeffect,简称UHI)是一种由于城市建筑及人类活动导致热量在城区空间范围内聚集的现象,是城市气候最显著的特征之一。热岛引起地表温度的提高,必将强烈地影响着城市生态系统的物流、能流,改变城市生态系统结构和功能,产生一系列生态环境效应,影响着城市气候、城市水文、城市土壤理化性质、城市大气环境、城市生物习性、城市物质循环、城市能量代谢以及城市居民健康等。提高能量利用效率、优化城市格局、建设绿色屋顶、采用高反射率地表材料以及增加城市绿地均可有效地控制城市热岛效应。利用遥感手段和数值模型技术,开展多尺度的城市热岛生态环境效应研究,为改善城市生态环境、实现城市可持续发展提供理论依据。
Eco-environmental effects of urban heat island .https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0933.2005.08.032 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
城市热岛效应(Urbanheatislandeffect,简称UHI)是一种由于城市建筑及人类活动导致热量在城区空间范围内聚集的现象,是城市气候最显著的特征之一。热岛引起地表温度的提高,必将强烈地影响着城市生态系统的物流、能流,改变城市生态系统结构和功能,产生一系列生态环境效应,影响着城市气候、城市水文、城市土壤理化性质、城市大气环境、城市生物习性、城市物质循环、城市能量代谢以及城市居民健康等。提高能量利用效率、优化城市格局、建设绿色屋顶、采用高反射率地表材料以及增加城市绿地均可有效地控制城市热岛效应。利用遥感手段和数值模型技术,开展多尺度的城市热岛生态环境效应研究,为改善城市生态环境、实现城市可持续发展提供理论依据。
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城市气候地图的绘制及其在规划设计中的应用 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1006-7930.2014.02.019 URL [本文引用: 1] 摘要
由于气象统计部门和城市规划部门之间缺乏沟通，规划设计师和决策者缺乏相关的气象知识和气象信息，目前部分城市的规划设计中缺乏对气象因素的考虑。随着城市化的快速发展，这一问题益严重。而城市气候地图，作为气候学科和建筑设计学科的交叉地带，为问题的解决提供了帮助。以收集的气象数据和土地利用的相关数据为基础，综合考虑气候、土地利用、地形、绿化和热条件等因素的影响，分图层绘制城市气候地图，并以数据分析和专业分析为基础进行评价和建议。以北京主城区为例，首先综述了北京的气候特点和近些年来的气候变化，细致阐述了北京主城区城市气候地图的绘制原理和过程，并针对北京的相关特点，提出了规划建议。最终以北京大兴区为例，探讨了城市气候地图在规划设计当中的应用，并阐述了城市气候地图的应用前景。
The drawing of urban climate map and its application in planning and design .https://doi.org/10.3969/j.issn.1006-7930.2014.02.019 URL [本文引用: 1] 摘要
由于气象统计部门和城市规划部门之间缺乏沟通，规划设计师和决策者缺乏相关的气象知识和气象信息，目前部分城市的规划设计中缺乏对气象因素的考虑。随着城市化的快速发展，这一问题益严重。而城市气候地图，作为气候学科和建筑设计学科的交叉地带，为问题的解决提供了帮助。以收集的气象数据和土地利用的相关数据为基础，综合考虑气候、土地利用、地形、绿化和热条件等因素的影响，分图层绘制城市气候地图，并以数据分析和专业分析为基础进行评价和建议。以北京主城区为例，首先综述了北京的气候特点和近些年来的气候变化，细致阐述了北京主城区城市气候地图的绘制原理和过程，并针对北京的相关特点，提出了规划建议。最终以北京大兴区为例，探讨了城市气候地图在规划设计当中的应用，并阐述了城市气候地图的应用前景。
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华南典型城市旅游气候舒适度的评价 [J].Evaluation of tourism climate comfort in typical cities of South China . |
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Demands and requirements on a climate atlas for urban planning and design [R]. |
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Country report: Urban climate research in Germany [J]. |
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Towards planning and practical understanding of the need for meteorological and climatic information in the design of high-density cities: A case-based study of Hong Kong [J].https://doi.org/10.1002/joc.2292 URL [本文引用: 2] 摘要
More than half the world's population lives in cities. In tropical and subtropical regions, the growth of mega and compact cities are on the rise. The urban climatic issues of heat, humidity, lack of daylight, solar access, and urban ventilation is of topical concern to urban planners and governments. This paper puts forward a notion that a well established view of the low impact of urban climate on planning may be due to the lack of planning on the part of urban climatologists. Overly detailed and precise meteorological information, and excessively sophisticated climatic explanations and knowledge presentation do not help planners; information overload makes planners feel discouraged and ill equipped. In this paper, the understanding of Hong Kong based on the scale of planned decision making is elaborated with examples. Urban climatic information must be presented sequentially to fit the hierarchal process of planning and land use decision making. For better transfer of knowledge and communication, ‘prevailing’ and ‘criticality’ should be observed; information overload must be avoided, and spatial information must be presented graphically whenever possible. Scholars have argued that instead of the need for precision and accuracy, most of the time planners need to make balanced and reasonable decisions. Simplicity is the key. Furthermore, the advent of rapid urbanisation in the age of climate change further endows urban climatologists the burden to develop appropriate and easy-to-understand urban climate knowledge for planners. Resolving something complicated into something simple for planners is the only way forward. Copyright
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The application of urban climatic mapping to the urban planning of high-density cities: The case of Kaohsiung, Taiwan [J].https://doi.org/10.1016/j.cities.2012.12.005 URL [本文引用: 2] 摘要
There is a need to create sustainable urban development and quality living environments for the growing urban populations of high-density cities. Sustainable urban planning of high-density cities from the urban climatic point of view is a topical issue for city planners and policy makers. However, the application of urban climatic knowledge has only led to low-impact urban planning decision-making. This is especially true in high-density cities in developing countries. Thus, there is an urgent need to seek ways to quickly collate urban climatic information for planning in a format that is user-friendly for planners. This study has identified ways to promote the use of urban climatic knowledge in planning. By utilizing readily-available data, the paper introduces a method that focuses on urban planning using an urban climatic map (UCMap). A UCMap provides a visual and spatial information platform for the planner-friendly Geographical Information System (GIS). By focusing on Kaohsiung, Taiwan, the study first defines the urban climatic issues in the area. It then introduces the key methodology of urban climatic mapping and elaborates on general urban-climatic-based planning advice for planners using a UCMap. Lastly, it identifies sensitive areas and provides planning recommendations that can be easily tested and applied by city planners. The critical importance of urban greenery and coverage, urban air paths and open spaces, water bodies and rivers, and building morphology and layout have been highlighted visually and spatially for planners.
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Urban climatic map studies: A review [J].https://doi.org/10.1002/joc.2237 URL [本文引用: 2] 摘要
Since their introduction 40 years ago, worldwide interest in urban climatic map (UCMap) studies has grown. Today, there are over 15 countries around the world processing their own climatic maps, developing urban climatic guidelines, and implementing mitigation measures for local planning practices. Facing the global issue of climate change, it is also necessary to include the changing climatic considerations holistically and strategically in the planning process, and to update city plans. This paper reviews progress in UCMap studies. The latest concepts, key methodologies, selected parameters, map structure, and the procedures of making UCMaps are described in the paper. The mitigation measures inspired by these studies and the associated urban climatic planning recommendations are also examined. More than 30 relevant studies around the world have been cited, and both significant developments and existing problems are discussed. The thermal environment and air ventilation condition within the urban canopy layer (UCL) of the city are important in the analytical processes of the climatic-environmental evaluation. Possible mitigation measures and planned actions include decreasing anthropogenic heat release, improving air ventilation at the pedestrian level, providing more shaded areas, increasing greenery, creating air paths, and controlling building morphologies. Further developments have and will continue to focus on the spatial analysis of human thermal comfort in urban outdoor environments and on the impacts and adaptations of climate change. Mapmakers must continue to share lessons and experiences with city planners and policy makers, especially in the rapidly expanding cities of developing countries and regions. Copyright 2010 Royal Meteorological Society
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Improved concepts and methods in analysis and evaluation of the urban climate for optimizing urban planning processes [J].https://doi.org/10.1136/oem.2004.013896 URL [本文引用: 1] 摘要
Planning processes are strongly influenced by an increased awareness of environmental issues concerned by projected land-use transformations. A research project was carried out to produce climate maps for the region of Basel/Switzerland to enable planning authorities taking care of the urban climate and its interrelations with urban structures. Main focus was given to develop and implement a methodology meeting not only the regional requirements of Basel. The new approach is not depending on subjective criteria or manual interventions and ensures its applicability for other regions. Three basic concepts were developed or improved in this study. A new definition of `climatopes' was introduced, and methods were developed for their digital determination by objective criteria. This definition of climatopes requires adequate information on land-use, which is provided by introducing the concept of `areal types'. In contrast to `traditional' land-use classes directly derived from satellite images, areal types are complex aggregates reflecting not only different physical surface properties, but also socioeconomic aspects of land-use. `Ventilation classes' are the second component required to delineate climatopes. They summarize the combined influencing factors of terrain features and land-use structures on wind field and urban ventilation. Their determination is based on topographic information and surface properties derived from a digital terrain model and from land-use data. The spatial distribution of climatopes was computed for Basel. Various quality assessment procedures and the application of climatopes for an automated generation of planning guidelines demonstrate the applicability of the concepts. Climate maps containing the results of the analysis and evaluation of the urban climate of Basel were estimated by the involved planners to be a valuable tool meeting their practical requirements to a high degree.
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Determination of ventilation channels in urban area: A case study of Wroclaw (Poland) [J].https://doi.org/10.1007/s00024-013-0659-9 URL [本文引用: 2] 摘要
Urban areas are among the roughest landscapes in the Earth and its aerodynamical properties are responsible for a lot of processes and phenomena of urban climate, such as surface drag and pollutant dispersion. These properties can be quantitatively expressed by various parameters, with zero plane displacement height ( z d ) and roughness length ( z 0 ) as the most frequently applied. Based on remotely gathered (LIDAR scan) height data and morphometric methods of roughness calculations, the comprehensive procedure to determine ventilation channels in urban area is proposed and implemented on the example from Wroc aw, Poland. Morphometric analysis of urban structure allowed establishing a proper database of aerodynamic parameters of the city. Then a series of maps of the city showing the distribution of two roughness parameters were prepared. GIS tools were used to carry out the analysis of roughness data, assuming various directions of wind flow. It enabled to determine the locations of potential ventilation paths in the city which, if combined, form large ventilation channels. They may have a significant role in improving air quality and be a valuable source of information for local government responsible for the appropriate development of the city.
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Intra-urban relationship between surface geometry and urban heat island: Review and new approach [J].https://doi.org/10.3354/cr027253 URL [本文引用: 1] 摘要
This paper provides a comprehensive review of the intra-urban sky view factor (SVF) emperature relationship. A new approach to reveal the real connection between SVF and air temperature in an entire city is presented. The results found in the literature are rather contradictory, possibly due the fact that previous investigations were limited to the central or specific parts (e.g. inner city, urban canyons) of cities and used few sites and measurements. Comparisons were often based on element pairs measured at selected sites. In some cases areal means were also discussed, but always in connection with one of the variables examined. For comparison, the present study in Szeged, SE Hungary, utilizes a large number of areal means of SVF and air temperature. The values are related to almost a whole city and based on numerous measurements. The results show a strong relationship in the intra-urban variations of these variables, i.e. urban surface geometry is a significant determining factor of the air temperature distribution inside a city if the selected scale is appropriate. Therefore, investigation of a sufficient number of appropriate-sized areas covering the largest part of a city or the entire city is needed to draw well-established conclusions.
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VDI-Guideline 3787, Part 1, Environmental meteorology-climate and air pollution maps for cities and regions [Z]. |
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Urban air quality and regional haze weather forecast for Yangtze River Delta region [J].https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2012.01.014 URL 摘要
Air pollution and haze weather have become more and more important environmental and meteorological issues in Yangtze River Delta (YRD) region of China. In order to foster urban and regional air quality management and realize operational prediction and early warning of air pollution and haze weather episode, an urban air quality forecasting system based on the new generation of weather research forecast and chemistry model WRF-Chem and a regional haze weather forecasting system based on Regional Atmospheric Environment Modeling System (RegAEMS) were applied in Shanghai, Nanjing and YRD area. More than one year runs and typical case studies show that WRF-Chem performed well in urban air quality forecast on surface concentrations of air pollutants such as SO2, NO2 and PM10. The accuracy rate of prediction on urban Air Pollution Index (API) is 50 83% and 80% for Shanghai and Nanjing, respectively. RegAEMS presents relatively good ability in forecast on regional haze weather. A new classification standard on haze level was proposed, which take the key parameters such as relative humidity, PM2.5 and visibility into account. It is estimated that RegAEMS predicts haze level with accuracy rate of 58 and 77% for Nanjing and Shanghai in YRD region. Many factors, including meteorology, emission inventory and chemical processes can be attributable to the forecast bias. However, from this study, it is highly suggested that improvements of emission inventory from construction dust, fugitive dust, soil dust, transportation and biomass burning are very crucial to get better performance on air quality and haze weather prediction.
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