局地气候分区视角下热环境规划改善策略研究——以大连梭鱼湾地区为例

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全球气候变暖和高速城市化导致室外环境热舒适性下降。由于城市空间存在异质性,气候响应能力也因地而异。基于此,国家颁布多项政策要求在城市相关规划中充分考虑气候变化因素,通过城市设计手段加强相关领域的规划布局。营造舒适的城市空间成为高质量城市发展阶段重要的研究课题。局地气候分区(Local Climate Zones,以下简称LCZs)是近年来基于气候响应城市规划的重要研究分野,本研究以大连市梭鱼湾地区为例,构建局地气候分区视角下的室外热环境评估方法体系。运用SOLWEIG模型计算得到梭鱼湾地区的Tmrt空间分布,通过皮尔逊相关系数、普通最小二乘法和地理加权回归模型等定量分析方法,研究形态参数在夏季典型日与热舒适的影响机制。利用WUDAPT工具绘制大连市局地气候分区地图,并根据LCZs结果统计分区内的Tmrt,初步探究空间异质性带来的热环境差异。进而统计各个分区的加权回归系数,探讨空间异质性在微气候环境中的作用,为改善室外热舒适提供更多的方法和建议。研究内容包括五个部分:LCZs视角下室外热舒适评估方法构建——梭鱼湾地区夏季室外平均辐射温度评估——城市形态参数与平均辐射温度的定量分析——基于LCZs的大连室外热环境统计分析——LCZs视角下提升室外热舒适度的规划改善策略。第一,通过总结当前研究方法,提炼并形成气候响应的规划研究思路,建立相关室外热环境评估方法体系。第二,选取大连梭鱼湾地区为研究对象,利用Bigemap下载大连市的地理高程信息,从国家气象数据中心获取大连夏季的气象数据,计算并分析夏季典型日Tmrt的逐时空间变化情况;利用白天最热时段Tmrt平均值的空间分布,探究Tmrt的城市内部差异。第三,整理研究范围内的城市形态指标作为解释变量,借助Arc GIS Pro、SPSS、Geo Da计算皮尔逊相关系数、建立全局性的回归模型和地理加权回归模型,探究不同形态参数对室外热环境的影响以及与Tmrt的空间非平稳性。第四,基于WUDAPT工具绘制的LCZs地图统计Tmrt差异和地理加权回归系数,探究不同城市形态特征下各个规划指标在LCZs的表现。从热舒适角度定义热应力强度指数,利用LCZs为研究单元划分空间的热应力区等级,为识别热风险区域提供方法。第五,从热风险、空间结构、建筑形态、冷岛保护、城市通风、绿地系统以及高温避灾等多个方面提出基于LCZs的适应性总体规划策略,并以重点区域为例,形成规划改善设计指引。从平均辐射温度评估、形态参数与热环境的定量分析、LCZs视角下的热环境分析3个层面的研究发现,(1)(1)不同时段Tmrt在研究区域中发生很大变化,在上午10:00-11:00、下午14:00-16:00均出现较高Tmrt,与太阳直射辐射和空气温度高度相关。(2)同一时刻不同位置的平均辐射温度差异很大,阳光照射区与阴影区的Tmrt相差30℃左右。(3)从Tmrt的平均值可以得到室外热环境的城市内部差异,中山广场片区、西安路商圈以及各高层居住区由于建筑高度较高遮挡了大部分来自太阳的短波辐射,热环境较好。城市中心区域比沿海区域的Tmrt更高。(2)(1)通过皮尔逊相关系数可知,城市形态参数的相关性大小排序为:BD>SVF>FAR>ISR>AH>GR。(2)OLS模型结果表明:与二维形态变量相比,三维形态变量对人体热舒适的作用更强。(3)地理加权回归模型结果表明:FAR、BD、GR在空间中与Tmrt呈现负相关,ISR、AH的估计系数在大部分空间中为负值,SVF的热效应为显著正相关。(3)(1)建成区中平均辐射温度的平均值排序为:LCZ3紧凑低层区>LCZ10重工业区>LCZ5开敞中层区>LCZ4开敞高层区>LCZ2紧凑中层区>LCZ7简易低层区>LCZ1紧凑高层区。(2)BD、GR在LCZ5和LCZ2中对热环境更为敏感。整体上看,LCZ3、LCZ7和LCZ10的Tmrt与AH呈现正相关。FAR在LCZ3、LCZ7和LCZ10的回归系数均为负值,ISR在LCZ1、LCZ3、LCZ4、LCZ7为全局正相关。本研究创新性的将城市热辐射环境评估引入城市规划和设计,建立了微气候-城市形态-人体热舒适之间的关联,形成了“微气候-规划协同”的工作机制和系统性的气候响应规划改善策略。对“双碳”目标下的气候适应性城市规划理论和方法起到先导作用,为实现高质量城市发展目标具有实践意义。
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