南京江北新区城市规划对区域热环境影响的多尺度数值模拟研究

作     者：刘祎 

作者单位：南京信息工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：祝善友

授予年度：2019年

学科分类：12[管理学] 1204[管理学-公共管理] 07[理学] 08[工学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 081303[工学-城市规划与设计(含：风景园林规划与设计）] 0706[理学-大气科学] 0813[工学-建筑学] 0833[工学-城乡规划学] 083302[工学-城乡规划与设计] 

主      题：区域热环境 城市规划 土地利用类型 WRF模式 ENVI-met模式 

摘      要：近年来,随着城市化的迅速发展,城镇用地面积紧张,致使城市向更高、更密的模式发展。这在一定程度上改变了城市空间形态及下垫面属性格局,从而影响城市热环境,引起城市热岛等一系列区域热环境问题。区域热环境与城市规划密切相关,城市规划与设计能够控制城市下垫面结构,因此有效的城市规划政策和设计可以改变区域热环境并提升人居舒适度。如何在满足城市扩张需求的前提下,缓解甚至避免规划建设引发的城市热环境恶化问题,是我国城市规划研究面临的“关键问题,因此开展城市规划对区域热环境影响的研究工作具有重要社会需求价值和科学意义。本文以江苏省南京江北新区作为试验研究区,首先应用中尺度数值模型WRF(Weather Research and Forecasting Model,WRF)基于土地利用现状以及城市规划方案,控制除土地利用类型外其他初始场保持不变,设计三组对比实验,分别验证真实下垫面输入和城市冠层模式加入是否可以提高模拟精度,进而探究区域热环境对城市规划中下垫面类型改变的响应;其次,针对江北新区规划前后变化较大的顶山街道部分区域进行ENVI-met现状模拟,并利用顶山自动气象站实测数据验证对比WRF与ENVI-met模拟气温精度;进一步地,在规划方案中选择顶山街道区域某二类居住用地,通过设计不同规划方案,分别探究建筑高度与间距之比(H/W)、建筑布局变化对居住小区热环境的影响,以期为城市规划提供参考。研究得到主要结论如下:(1)高时空分辨率土地利用数据的输入以及城市冠层模式的加入显著提高了WRF模拟近地表气温精度,模拟结果更准确地反映了城市内部气温变化情况。土地利用类型改变是推动区域热环境变化的重要因素,城镇用地增加区域日平均气温上升0.9℃,相比于自然地表,城镇用地呈现出升温快和降温慢的特点;与2013年相比,2030年热岛范围扩大、等级增强。建议在城市规划时,除有效控制城镇用地增长外,需考虑该用地的分散布局,根据城市用地条件灵活布置,将其对热环境造成的影响降到最低,更有利于江北新区生态规划建设。(2)利用顶山自动气象站实测数据验证ENVI-met与WRF在该区域模拟气温准确度,发现二者模拟值与实测值相关系数均达到0.96,其中ENVI-met模拟精度更高,RMSE较WRF模拟结果低0.33℃。(3)开展了不同建筑H/W与建筑布局对热环境影响的ENVI-met模拟研究,探讨居住小区规划中建筑要素改变对区域热环境的影响。研究发现该区域模拟气温在H/W=0.7时最高,在H/W=2.8时最低,模拟风速在H/W=1.4时达到最大。由此可以看出,H/W在一定程度上影响城市热环境。建筑布局形式变化对区域热环境也具有一定影响:片块式布局各组团建筑相互独立,热环境变化与各组团布局形式有关;围合式布局白天气温较低,其布局形式对风速的阻碍作用强于片块式;轴线式布局夜间整体气温偏高,热岛效应显著。在模拟实验及其分析基础上,因地制宜地提出居住小区合理规划意见,为加强通风效果,需使道路向主导风向倾斜一定角度,并在其附近设置低矮建筑;在满足建筑间距规范要求的前提下,适当增加建筑高度;多开展绿化建设,大力提倡多维绿化,提高居住区植被指数与绿地率指标,以达到降低温度的目的。