A microclimatic impact analysis on multi-dimensional indicators of urban road fabric: Empirical research on Shanghai
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摘要: 不同历史背景和规划理念下形成一个城市的不同道路肌理形态, 不同的道路肌理形态又影响作用于城市微气候因子而形成了独特的局地微气候. 以上海老城厢、古北社区、安亭新镇和新江湾城4个城市肌理为研究对象, 利用ENVI-met4.3模拟软件对4个区域的微气候进行模拟, 进而从中观与微观方面对比分析城市道路肌理的微气候状况. 在中观层面分析了路幅宽度、走向、间距和连通性与气候环境的关联性; 在微观尺度分析了道路的贴线率、高宽比(H/W)和天空开阔度(SVF)指标对道路的微气候因子分布特征的影响. 这一尺度的微气候特征比较分析研究对城市设计及空间形态优化方面将提供气候适应性发展的有益建议.Abstract: Different historical backgrounds and planning ideas result in different road fabrics for a city. Road fabric patterns affect urban microclimate factors and form a unique local microclimate. In this paper, we studied the road fabric of four “city” areas in Shanghai (i.e., the old downtown area, Gubei international community, Anting new town, and new Jiangwan town) by simulating the microclimate of the four research areas using ENVI-met4.3 software; we then used the data to compare the microclimate status of urban fabric at the medium and micro levels. At the medium level, the relationship between width, orientation, spacing, connectivity, and the climate environment was analyzed. At the micro level, the effects of Near-line Rate, Height to Wide ratio (H/W) and Sky View Factor (SVF) on the distribution characteristics of microclimate factors in roads were analyzed. The comparative analysis of microclimate characteristics at the “city” scale provides useful insights for urban climate adaptability in urban design projects and spatial morphology optimization in future urbanization development.
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Key words:
- urban road fabric /
- microclimate /
- road morphological index /
- ENVI-met
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表 1 4个研究区域面积、道路网指标、绿地率等基本情况表
Tab. 1 The road network, floor space, and green coverage of the four areas studied
形成时期 面积/km2 道路密度/(km·km–2) 连接度 绿地率/% 老城厢 17世纪 2.00 18.17 4.70 6.5 古北社区 20世纪90年代 1.34 8.69 3.23 31 安亭新镇 21世纪00年代 1.05 7.80 3.09 20 新江湾城 21世纪10年代 1.31 6.42 2.83 33 注: 4个研究区域的面积、道路密度、连接度和绿地率等数据是通过卫星影像地图, 结合现场勘测数据和收集到的网络数据, 经过地图校正获取 表 2 初始输入的气象参数值
Tab. 2 Initial input values for weather parameters in the simulation model
温度 风向 风速 湿度 粗糙度 初始值 34.79 ℃ 135° (东南方向) 3 m/s 75% 0.01 表 3 参数设置
Tab. 3 Parameter settings for the spatial models in the four zones studied
区域 网格数量(x,y,z) 网格大小(dx,dy,dz) 嵌套网格数量 嵌套网格属性 默认墙面属性 默认屋顶属性 老城厢 525,563,16 3,3,渐变的高度 3 Soil A: 沥青 Soil B: 水泥 混凝土 瓦片 古北社区 375,306,15 5.5,5,渐变的高度 3 Soil A: 沥青 Soil B: 水泥 混凝土 混凝土 安亭新镇 267,246,35 5,5,3 3 Soil A: 沥青 Soil B: 水泥 混凝土 混凝土 新江湾城 313,265,13 5,5,渐变的高度 3 Soil A: 沥青 Soil B: 水泥 混凝土 混凝土 表 4 4个区域不同道路等级和走向的空气温度
Tab. 4 Temperature of different road grades and orientation for the four areas studied
区域 走向 道路等级 空气温度/℃ 老城厢 东西走向 干道 35.60 支路 35.59 南北走向 干道 35.56 支路 35.56 古北社区 东西走向 干道 35.61 支路 35.45 南北走向 干道 35.51 支路 35.43 安亭新镇 东西走向 支路 35.47 南北走向 支路 35.58 新江湾城 东西走向 干道 35.85 支路 35.23 南北走向 干道 35.76 支路 35.15 表 5 4个区域不同间距的道路温度与区域温度差值
Tab. 5 Difference between road temperature values and zone temperature values at different distances in the four areas studied
区域 间距/m 温度差值Δt/℃ 老城厢 100以下 0.06 100~200 0.09 古北社区 100~200 0.05 200~300 0.18 安亭新镇 300~400 0.14 400~500 0.24 新江湾城 400~450 0.09 450~500 0.78 表 6 4个区域不同连接度的温度变异系数
Tab. 6 Temperature coefficient of variation in different connectivity of the four areas studied
老城厢 古北社区 安亭新镇 新江湾城 连接度 4.70 3.23 3.09 2.83 温度变异系数 0.010 0.012 0.014 0.037 表 7 4个区域不同道路等级和走向的风速
Tab. 7 Wind speed values of different road grades and orientation for the four areas studied
区域 走向 道路等级 风速/(m·s–1) 老城厢 东西走向 干道 1.64 支路 0.77 南北走向 干道 1.71 支路 1.01 古北社区 东西走向 干道 1.56 支路 1.37 南北走向 干道 1.74 支路 1.20 安亭新镇 东西走向 支路 1.16 南北走向 支路 0.97 新江湾城 东西走向 干道 1.37 支路 1.41 南北走向 干道 1.42 支路 1.14 表 8 4个区域不同间距的道路风速与区域风速差值
Tab. 8 Difference between the road wind speed and zone wind speed at different distances for the four areas studied
区域 间距/m 风速变化ΔW/(m·s–1) 老城厢 100以下 0.07 100~200 0.74 古北社区 100~200 0.54 200~300 0.58 安亭新镇 300~400 0.07 400~500 0.13 新江湾城 400~450 0.34 450~500 0.42 表 9 4个区域连接度的风速变异系数
Tab. 9 Wind coefficient of variation in different connectivity of the four areas studied
老城厢 古北社区 安亭新镇 新江湾城 连接度 4.70 3.23 3.09 2.83 风速变异系数 0.47 0.40 0.38 0.37 表 10 4个区域不同道路等级和走向的PMV值
Tab. 10 PMV values of different road grades and orientation for the four areas studied
区域 走向 道路等级 PMV 老城镇 东西走向 干道 5.28 支路 5.09 南北走向 干道 4.94 支路 4.65 古北社区 东西走向 干道 4.94 支路 4.88 南北走向 干道 4.69 支路 4.40 安亭新镇 东西走向 支路 4.70 南北走向 支路 4.70 新江湾城 东西走向 干道 4.89 支路 4.59 南北走向 干道 4.53 支路 4.39 表 11 4个区域不同间距的道路PMV值与区域PMV的差值
Tab. 11 Difference between the road PMV values and zone PMV values at different distances for the four areas studied
区域 间距/m ΔPMV 老城厢 100以下 0.06 100~200 0.30 古北社区 100~200 0.13 200~300 0.27 安亭新镇 300~400 0.13 400~500 0.28 新江湾城 400~450 0.13 450~500 0.41 表 12 4个区域连接度的PMV变异系数
Tab. 12 PMV coefficient of variation in different connectivity of the four areas studied
老城厢 古北社区 安亭新镇 新江湾城 连接度 4.70 3.23 3.09 2.83 PMV变异系数 0.12 0.14 0.16 0.17 表 13 道路形态指标与空气温度相关性
Tab. 13 Correlation between morphological indexes and air temperature at the street-site level for the four areas studied
区域 道路指标 p值 R2 相关系数r 老城厢 贴线率 0.02** 0.570 –0.755 H/W 0.25 0.846 –0.920 SVF 0.06* 0.539 0.734 古北社区 贴线率 -- -- -- H/W 0.1* 0.630 –0.794 SVF 0.02** 0.849 0.921 安亭新镇 贴线率 0.06* 0.878 –0.937 H/W 0.008*** 0.983 –0.991 SVF 0.1* 0.807 0.898 新江湾城 贴线率 0.2 0.374 –0.612 H/W 0.03*** 0.717 –0.847 SVF 0.1* 0.510 0.714 注: ***、**和*分别表示在1%、5%和10%的水平下的显著性检验 表 14 道路形态指标与风速的相关性
Tab. 14 Correlation between morphological indexes and wind-speed at the street-site level for the four areas studied
区域 道路指标 p值 R2 相关系数r 老城厢 贴线率 0.002*** 0.823 –0.908 H/W 0.01*** 0.894 –0.945 SVF 0.01*** 0.694 0.833 古北社区 贴线率 -- -- -- H/W 0.15 0.549 –0.741 SVF 0.001*** 0.881 0.934 安亭新镇 贴线率 0.41 0.262 –0.512 H/W 0.13 0.511 –0.474 SVF 0.01*** 0.979 0.989 新江湾城 贴线率 0.1* 0.316 –0.562 H/W 0.006*** 0.717 0.847 SVF 0.003*** 0.772 0.879 注: ***、**和*分别表示在1%、5%和10%的水平下的显著性检验 表 15 道路形态指标与PMV的相关性
Tab. 15 Correlation between morphological indexes and PMV at the street-site level of the four areas studied
区域 道路指标 p值 R2 相关系数r 老城厢 贴线率 0.02** 0.840 –0.916 H/W 0.21 0.456 –0.675 SVF 0.03** 0.824 0.908 古北社区 贴线率 -- -- -- H/W 0.20 0.778 –0.882 SVF 0.005*** 0.835 0.914 安亭新镇 贴线率 0.25 0.550 –0.741 H/W 0.1* 0.788 –0.887 SVF 0.05** 0.829 0.910 新江湾城 贴线率 0.09* 0.535 –0.731 H/W 0.01*** 0.965 –0.982 SVF 0.03** 0.911 0.954 注: ***、**和*分别表示在1%、5%和10%的水平下的显著性检验 -
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