气候响应的高密度城区城市设计图谱方法研究

Climate-responsive urban design strategies are important in lowering building cooling energy consumption, improving thermal comfort and thus creating dynamic and user-friendly urban spaces. Based on previous work, the project aims at establishing a microclimate atlas method basing on empirical modeling and spatial analysis techniques. The key question is: How to compute and map the critical urban morphological parameters and the microclimate parameters that are influenced by them, in dense and complex urban area? The study first choose the key morphological parameters based on previous work and a review on advances in urban climatology research, then compute and map the parameters in digital urban spaces using urban morphometric and GIS Spatial Analyst extension tools. The resultant morphology maps are then overlaid based on coefficients determined by the empirical models, to generate the microclimate atlas. The empirical models and the atlas are cross-compared and validated by field-measured dataset and numerical modeling. The finalized atlas system can rapidly calculate and visualize thermal variation caused by urban design variations, thus can be an useful method and tool in climate-responsive urban design.

气候响应的城市设计研究是应对现代高密度城区气候恶化的重要途径。项目针对城市设计和气候学学科交叉中存在的障碍，提出建立基于实证模型和空间分析技术的高密度城区微气候图谱方法，使设计师能借助GIS平台方便快捷地进行气候响应的城市设计及策略研究。研究试图回答"如何既快速又准确地将关键城市形态参数，以及受其影响的微气候参数在数字空间中图谱化？"这一问题，基于城市气候学理论模型，应用城市形态测量学和空间分析技术，计算关键的城市形态参数并以此为虚拟城市平面的栅格图像赋值，生成形态参数图谱；进而依据实证分析确立的多变量回归方程，结合控制变量，基于形态图谱叠合生成微气候参数图谱。经由验证数据及数值模拟校验的微气候图谱可快速计算并可视化城市形态调整所产生的城区微气候参数变化，使设计师在设计中可根据既定热舒适和节能目标，对方案进行调控。方法基于GIS平台，便于设计师使用，将有力推动气候响应的城市设计研究。

本项目总体按计划推进实施，部分实验工作受不可控因素影响，计划在结题后的1-2年内继续推进。项目首年度首先对较单一建筑功能类型和较简单建筑集群形态室外微气候和热环境进行形态学研究，在理论模型建构、研究方法选择、实验方案设计、仪器使用技巧等方面积累经验，为下一步的城市复合功能街区和建筑集群的复杂城市形态和微气候研究奠定理论和方法基础。在2014年夏季，以小陆家嘴CBD地区为研究对象，开展了对上海典型高层高密度城区的微气候及热环境调研工作。在大量实测数据回归分析和基于GIS平台拓展模块的城市形态参数分析基础上，发展了可经校验的、基于实证模型和空间形态分析的微气候图谱方法，获得了80%解释效力的该地区夏季典型日的气温和热舒适分布图谱。该微气候图谱方法证实能有效地可视化评价城市形态对街区微气候、热环境和舒适度的影响，可为城市设计微气候预测、评价、决策等提供有力支持。成果方面，共发表标注受项目资助论文11篇，其中期刊论文6篇，SCI索引3篇次，EI索引1篇次，中文核心2篇次。软件著作权1项，参加国际学术会议发表会议论文2次，参加国内学术会议发表论文3次，培养硕士研究生2名。