河南农业大学校园绿色空间布局微气候效应模拟研究

发布时间：2020-05-19 21:05

【摘要】：快速的城市化进程极大的改变了城市冠层(Urban canopy Layer,UCL)和城市下垫面的粗糙度,影响了城市局部绿色空间的微气候。高校校园是高校师生工作和学习的主要场所,校园绿色空间微气候的好坏影响着高校师生的使用体验。如何让有限的的校园绿色空间发挥最大的生态效应,改善和优化校园绿色空间的微气候效应成为众多学者关注的热点问题。本研究选择具有典型性的高校校园河南农业大学文化路校区的校园作为研究对象,以城市气候学、城市微气候、绿色空间和ENVI-met微气候数值模拟软件等方面的相关理论和概念为主要参考依据,对河南农业大学不同绿色空间布局的微气候效应展开研究。研究主要分为三个部分:(1)对相关理论和概念的梳理;(2)对校园绿色空间进行微气候现场实测实验,并验证ENVI-met微气候数值模拟软件的可行性和准确性;(3)在边界条件一致的前提下,对ENVI-met微气候数值模拟软件中的绿色空间布局中的相关植物参数进行修改,模拟出不同绿色空间布局的微气候效应。对不同的校园绿色空间布局与其微气候效应之间的关系进行分析,以期得到不同的校园绿色空间布局微气候效应的优化策略。对于校园绿色空间布局微气候效应现场实测、ENVI-met微气候数值模拟软件验证和校园绿色空间布局微气候效应的模拟。主要工作和研究结论如下:(1)实测研究方面:气象台预报为晴朗静风天气状态下,建筑布局形式在改变测量样点的风速、风向上有显著作用;植物群落的配置形式对测量样点的温度、湿度和辐射水平有显著作用;风速最大的开敞空间布局的风速要比风速最小的半围合式绿色空间布局的大0.31m·s~(-1);风速的极大值出现在行列式绿色空间布局布局中为1.41 m·s~(-1),极小值出现在半围合式绿色空间布局为0 m·s~(-1);半围合式绿色空间布局能够降低温度1.41℃、增加湿度4.08%RH、降低热辐射119.25 W·m~(-2),对微气候的改善有明显效果。(2)ENVI-met微气候数值模拟软件验证方面:采用(Root Mean Square Error,RMSE)误差平方根和平均绝对百分比误差(Mean Absolute Percentage Error,MAPE)数值模拟软件的各指标模型进行精度评价。微气候的各项指标的误差平方根(RMSE)分别是,风速指标0.19 m·s~(-2)、空气温度指标0.64℃、相对湿度指标2.03%RH、热辐射指标11.35 W·m~(-2);微气候各项指标的平均百分比误差(MAPE)分别是,风速指标18.3%、空气温度指标3.4%、相对湿度指标4.4%、热辐射指标6.2%。综合这些指标的验证结果,可以得出ENVI-met微气候数值模拟软件在校园绿色空间布局的微气候模拟研究中的操作具有可行性,结果具有可靠性。(3)不同校园绿色空间布局的微气候效应ENVI-met数值模拟方面:综合比较不同绿色空间布局微气候效应的数值模拟结果(模拟结果以2016年9月29日为参考),相较于全硬质空间布局形式,全乔木绿色空间布局的风环境最优风速增大了0.98 m·s~(-1),能够有效的降低温度3.8℃、增加湿度21.68%RH、降低热辐射19.67 W·m~(-2);相较于全硬质空间布局形式,全灌木绿色空间布局风速减小了0.06 m·s~(-1),降低温度1.3℃、增加湿度26.26%RH、降低热辐射15.41 W·m~(-2);同样地,相较于全硬质空间布局形式,全草坪绿色空间布局风速增大了0.45 m·s~(-1),降低温度0.8℃、增加湿度5.51%RH、降低热辐射8.85 W·m~(-2)。
【图文】：

对比图,乡村人口,城镇人口,对比图

1.引言1.1 研究背景快速的城市化改变了气候的下垫面的粗糙度，影响了城市局部绿色空间的微气候。如何通过规划控制城市规模和城市冠层的几何特征成为亟需研究的问题。为进一步研究绿色空间布局对微气候的效应，探究小尺度的绿色空间布局微气候的特征，寻找出小尺度绿色空间布局微气候的优化途径，，成为当前研究的一个热点问题。高校校园是高校师生工作、学习和生活的场所，高校校园环境的优劣给学习和工作在其中的师生带来了不容忽视的影响。高校校园的绿色空间作为城市中小尺度绿色空间的一种存在和体现形式，它的布局及微气候特征受到广泛关注。1.1.1 城市化带来的环境变化问题近年来快速的城市化使得人口结构发生了里程碑式的变化。来自国家统计局的数字显示，截止到 2015 年末我国城镇人口占总人口比重达到 56.1%[1]。

微气候,气候因子,气候,小尺度

图 1.2 城市边界层的水平气候尺度及其气候相互作用Fig 1.2 Horizontal climatic urban scales and climatic interactions within the urban boundary layer微气候是指在小尺度范围内的气候状况，包括风环境、温度、相对湿度和太阳辐射等气候因子，这些气候因子通常会受到大气与下垫面之间的热过程变化的影响[24-27]。研究城市气候学对于小尺度的绿色空间布局的微气候改善具有一定的指导意义，通过研究在充分厘清微气候的定义、特征和相关效应的产生机制，为进一步探索小尺度城市绿色空间的微气候效应和城市绿色空间布局之间的关系和相互影响机制打下基础。1.2.2 城市绿色空间对于城市绿色空间的概念，不同国家对绿色空间有不同的定义和理解。一般认为城市绿色空间作为城市生态系统的重要组分, 具有净化空气、调节小气候、消减噪音、水土保持、游憩与文化等多重功能[28]。城市绿色空间提供了许多有利于提高城市的生活质量的环境和社会服务，如微气候调节、降噪、雨洪管控和空气污染物吸附[29-30]。因为地球的一半以上人口居住在城市，需要去开发更加宜居的可持续城市结构。从城市规划实践的开始，保护和发展
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU984.14;TU119

【参考文献】