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城市地表形态与城市热岛关系研究:回顾与展望
Jaacute;nos Unger*
塞格德大学气候与景观生态学部,邮箱:6536701 Szeged,Hungary
摘要:本文提出了城市内景观因子(SVF)温度关系的综合评估,介绍了一种揭示SVF与整个城市空气温度之间真正联系的新方法。在文献中出现的结果是相当矛盾的,可能是因为以前的调查仅限于城市的中心或特定部分(例如市中心和城市峡谷),并且几乎没有使用太多的场地测量,通常基于在选定的地点测量元素对。在某些情况下,还讨论了使用面积平均的手段,但总是与其中一个所检查的变量不太吻合。为了方便比较,本研究在匈牙利的赛格得,对SVF和空气温度上运用了大量的平均面积手段。这些数值基于大量测量并且与整个城市都息息相关。结果表明,这些变量与城市内部变化之间有很强的关系,如果所选择的比例是适当的,则城市表面形状是城市内空气温度分布的重要决定因素。因此,需要对覆盖城市或整个城市最大部分的适当规模的地区进行调查,得出明确的结论。
关键词:天空景观因子,气温,地表温度,城市环境,规模,线性回归,匈牙利赛格德。
1.介绍
建筑区域显示为不均匀的人造地形,建筑材料与天然表面也有不同。此外,人为过程会释放出过量的热量以及污染环境空气。与相对自然的环境相比,它们一起导致了更高的城市温度,这就是所谓的城市热岛(UHI),或者如果空间结构是多窖,则是城市热群。一般来说,当夜间热量(白天储热)被释放时,是效应最强烈的时候。重要的是要注意城市冠层(UCL)和城市边界层(UBL)之间关于城市热岛的调查规模的区别(Oke 1976)。这种区别允许在微观尺度下,屋顶水平(UCL)下运行的过程和在中等尺度(通常高于屋顶水平(UBL))下运行的过程有区别。研究城市热岛的意义是基于其在城市环境中的社会经济,健康和气象影响(表1)。 在本研究中,重点在于在城市峡谷中屋顶水平以下的城市热岛。
给定城市地点的UHI强度(Delta;T),此强度定义为给定城市地点和精心挑选的附近非城市(参考)地点或非城市地点平均值的温度差(例:Lowry 1977, Oke 1997)。 Delta;T在很大程度上取决于测量场所的即时环境的土地利用和城市参数(如建成比率,绿地比率,天空因子等)(例:Oke 1987,Golany 1996,Unger etal.2004)。
表1.城市热岛(UHI)在寒冷和炎热的气候城市环境中的社会经济,健康和气象影响(2002年oke,城市热岛:研究的概况及其影响城市热岛峰会,多伦多,加拿大。 可查:www.city.toronto.on.ca/cleanairpartnership/uhis_summit.htm)
影响 |
寒冷区域 |
炎热区域 |
社会经济和健康影响 |
积极(冬天) 消极(夏天) |
消极(全季) |
人体舒适度和死亡率 |
积极(冬天) 消极(夏天) |
消极(全季) |
能源利用 |
消极 |
消极 |
空气污染扩散 |
不论正面负面 |
不论正面负面 |
水利用 |
消极 |
消极 |
生物活性 |
积极 |
大概中性,除了疾病 |
冰雪 |
积极 |
不适用 |
气候影响 UHI循环,微风,稳定性,湍流,收敛,隆起,混合深度,云,降水,相对湿度,排水,蒸发,雾,可见度,雪,长期温度记录为“污染”。 |
夜间冷却过程主要是通过输出的长波辐射来导致的。在城市,狭窄的街道和高层建筑形成了深的峡谷。这种3D几何配置在调节长波辐射热损失方面起着重要的作用。由于从表面只看到较小部分的天空(由于表面单元本身的部分水平,部分垂直的不均匀性),出射的长波辐射在这里比在农村地区更受限制。
城市内温度过度分布在很大程度上是因为于地表特征,如几何形状:建筑物高度(H),街道(峡谷)宽度或建筑物间距(W)。H / W比率描述了建筑物的密度相对于其高度的密集程度。随着H / W的增长,寒冷的天空受到相对温暖的建筑物的影响越来越大。给定地点的辐射几何的测量方法中最合适的是其天空观测因子(SVF),即根据天空占据的上半部分的分数(Oke 1981)。SVF是0到1之间的无量纲尺度,分别表示完全阻塞和完全自由(Oke 1988)。屋顶水平的SVF的降低会降低辐射损失,并且减少了平静的峡谷中空气中的紊流传热。因此,理论上认为它是城市热岛现象的主要组成部分。
因此,本文的第一个目标是提供对文献中发现的城市内表面几何(SVF,H / W),对温度关系的综合评估。第二个目标是为此作出结论:描述匈牙利东南部塞格德的相关调查,特别是介绍最近的发展情况,以及与以往研究相比获得的结果的重要性。
2.文献复习
这些文献有些部分涉及到冲水温度(Ts)和水平(空气)温度(Ta)和SVF(H / W)之间的关系。
根据英国雷丁在16个方向和12个月的固定电站观测角度的测量,Parry(1967)认识到,城市环境中的“开放式”和“封闭式”站点具有不同的日常最低温度(表2)。这里没有关于角度和Ta测量水平的报告。他向车站展示了一些圆形的数字,这些数字与最近使用的描绘天空障碍的数字非常相似(如用鱼眼镜头拍摄的照片)来确定SVF值。
根据Oke(1981)的广泛认知和参考的结果,屏幕上观察到的最大Delta;Ta与城镇中心地区计算的平均SVF和H / W值有关(表2)。在这种情况下,关于H和W的信息是基于地面和航空照片,以及建筑物和街道尺寸的数据集。Delta;Ta是给定城市的观测(可能)最大值,并且在有利(平静和无云)天气条件下通常在夜间发生,并且人为热对能量平衡的影响可忽略(Oke 1981)。城市几何是热岛强度的基本物理控制,因为得到的方程式表明:
Delta;Ta,max = 15.27 – 13.88 times; SVF (1)
Delta;Ta,max = 7.45 3.97 times; H/W (2)
Oke(1981)的此种基准是基于几个来自北美,欧洲和澳大利亚城市的数据,人口在1100-850万之间,由他自己和其他调查人员确定。然而,没有提到测量的数量和被检查的城市的数量。
约翰逊(1985)发现,在夏季,英国伯明翰城市横越路线的27个几乎等距离的地点,最高空气温度(1.4米处)和SVF之间存在“接近”负相关关系(表2)。虽然通过八次移动观察重复测量Ta,但是没有关于SVF测量级别的信息。
表2.天空观测因子(SVF)或高度/宽度(H / W)比(自变量)对空气温度(Ta)(因变量)的调查:研究区域(CBD:中央商务区)及其规模, 测量方法,自变量范围,元素对数,回归系数a和b(Y = a bX,其中Y为温度或冷却速率,X为SVF或H / W)和显着性水平( - :无信息)。 CC:中央城市,CP:中央公园,T:过渡
市区 |
规格 |
SVF(H / W)(方法) |
SVF范围 (H / W) |
Ta |
对数 |
a |
b |
意义 |
出自 |
主要城市的内部(英国雷丁) |
8–9 km2 |
网站测量技术 |
0.83–0.97 |
平均日最低 |
6 |
Parry (1967) |
|||
不同城市的中部地区 |
城市平均水平H / W |
0.30–0.86 |
观察值Ta,max |
31 |
15.27 |
–13.88 |
1% |
Oke (1981) |
|
城市均值H / W |
0.30–3.25 |
7.45 |
3.97 |
1% |
|||||
沿着城市横断面(英国伯明翰) |
20 km |
网站测量技术 |
0.73–0.99 |
8 d内移动测量的最大冷却速率 |
27 |
1% |
Johnson (1985) |
||
1times;8公里从农村到中心(马尔默,瑞典) |
~8 平方公里 |
鱼眼照片的网站 |
0.52–0.95 |
从1个移动测量 |
75 |
1% |
Bauml;rring etal.(1985) |
||
从5个移动测量平均 |
75 |
1% |
|||||||
5个日本城市(立川,府中,福萨,东原山,秋川) |
9-26 平方公里 |
鱼眼照片的网站 |
0.4–0.85 |
从1个移动测量 |
9–21 |
4.11 |
–1.00 |
1% |
Yamashita etal.(1986) |
鱼眼照片的网站按城市的最小值 |
0.40–0.72 |
从城市的2个移动测量 1天,1晚 |
5 |
0.93 |
–3.00 |
5% |
|||
CBD日本城市 |
鱼眼照片,36个网站 |
0.26–0.78 |
来自“很多”移动测量 |
13 |
10.15 |
–12.00 |
1% |
Park (1987) |
|
CBD韩国城市 |
0.36–0.84 |
来自“一些”移动测量 |
6 |
12.23 |
–14.00 |
1% |
|||
北美城市的中心部分 剩余内容已隐藏,支付完成后下载完整资料
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