湿热城市中典型居住小区形态对气候改变的适应性研究

Urban spatial structure, urban coverage, urban fabric and urban metabolism are main components of urban morphology, which has significant impacts on local microclimate in urban areas. It becomes more and more worse due to global warming and urban heat island. By the strategic design of urban morphology, the local climate within an urban area can be improved as well as its climate change adaptation.This will be also effective in reducing heat-related health problems and excess deaths, especially the vulnerable elderly and infants.The proposed project will focus on the climate change adaptation of the typical urban morphology of residential districts in hot-humid cities. By combinating the theory of Urban Climatology, monitoring study and numerical simulation (Computational Fluid Dynamics -CFD), the mechanics and laws of the effects of morphologic components in residential districts, including buildings, pavement, green coverage, water pond and so on, on local climate will be investigated systematically. Based on this proposed approach, the climate-adaptiveness of each specified urban morphology for typical residential districts will be analysized and evaluated. From this study, it is expected that an optimal morphology can be identified for residential districts, which can improve local climate in hot-humid cities. The results can be used to guide sustainable urban planning, construction and management.In particular, it will be very useful for urban planning and retrofitting in southern China for the next 50 to 100 years.

城市空间形态、城市覆盖、城市质地和城市代谢等是城市形态的主要组成部分，严重影响城区的局部气候。全球气候变暖加上城区热岛现象，使得这一问题更为突出。改进城市形态可以有效地改善城市局部气候从而降低极端气候（如热浪）对其居民（特别是老幼人群）的健康影响和生命威胁，提高应对气候变化能力。本项目以湿热地区典型城市小区的气候适应性为研究对象，结合城市气候学基本理论，实际检测与计算流体力学（ＣＦＤ）模拟技术系统地研究城市居住小区的物质形态特征（建筑物的空间分布形态、道路铺面、植被、绿化草坪、小水面等）对局地气候的影响机理及影响规律，在此基础上结合湿热气候的背景对典型城市小区的形态结构对气候的适应性进行分析评估，以探索能够有效改善湿热气候负面影响的最佳居住小区形态。本项目的研究成果可用于指导适应气候变化的城镇规划设计和建设，为我国南方特别是华南地区今后50到100年的城市规划和改造提供理论依据和指导。

城市空间形态、城市覆盖、城市质地和城市代谢等是城市形态的主要组成部分，严重影响城区的局地气候。全球气候变暖加上城区热岛现象，使这一问题更为突出。改进城市形态可以有效地改善城市局地气候从而降低极端气候（如热浪）对居民（特别是老幼人群）的健康影响和生命威胁，提高应对气候变化能力。本项目以湿热地区典型城市住宅小区气候适应性为研究对象，结合城市气候学基本理论，现场实测与计算流体力学（ＣＦＤ）模拟技术系统地研究了城市居住小区的形态特征（建筑物的空间分布形态、道路铺面、植被、绿化草坪、小水面等）对局地气候的影响机理及影响规律，在此基础上结合湿热气候的背景对典型城市小区的形态特征对气候的适应性的影响进行了分析评估，建立了城市居住小区气候适应性设计的方法。研究中，首次提出按相似理论构建虚拟流动介质用于城市微气候CFD缩尺模拟，研究已经证实该方法可以有效地保证缩尺模拟的相似性，有效地减少了CFD模拟对计算硬件条件的依赖性。针对城市形态特征对局地气候影响规律的研究发现：建筑组团的迎风阻塞率是控制水平对流换热的关键因素，而竖向对流换热则主要由建筑组团的平面密度和平均高度所控制；辐射换热由见空率所控制，增加铺面材料的反照率可以有效地减少辐射换热；建筑组团区域内微气候可以通过小水体和植被所产生的湿热交换加以有效地调节。在对以上影响规律进行量化的基础上，首次提出了一个基于城市居住小区形态特征的微气候预测半经验模式，并建立了一个以人体舒适度和建筑能耗为指标的气候适应性评价体系。首次建立了一个以气候适应性评价指标为目标、以微气候预测模式为核心的气候适应性设计的完整框架体系。个案验证分析已经证实了该方法的可行性。本项目的研究成果可用于指导适应气候变化的城镇规划设计和建设，为我国南方特别是华南地区今后50到100年的城市规划和改造提供理论依据和指导。