基于局地气候分区的宏观尺度城市形态建模及城市微气候数值模拟方法研究

发布时间：2022-12-25 11:10

　　城市的建设产生了与自然气候不同的城市微气候（Microclimate）,而城市的大规模扩张对城市气候环境带来了诸多不良影响,并严重影响了城市居民的生活品质。城市形态对微气候的影响已成为共识,但对于城市整体形态来说,尚缺乏与微气候效应关联关系的量化分析。为探索宏观尺度下城市形态与微气候的关联关系,论文聚焦于基于局地气候分区（Local climate zones,LCZ）理论的城市形态建模和微气候数值模拟方法的研究。LCZ理论通过对下垫面的整体物理特征建立定性和定量的描述指标,进行表述城市冠层的结构与参数特征。LCZ理论的量化描述方法为宏观尺度下通过指标数据参数化构建总体城市形态隐式模型提供了方法基础。但是拥有众多指标参数量化进行描述的隐式模型,由于其抽象化和参数化,CFD数值模型并不能提供非常好的模拟平台支持。而在气象学科领域的开展气象研究使用的中尺度气象模式WRF（Weather Research and Forecasting Model）,同样是使用综合各类地表指标参数对模拟区域进行量化指标描述。因此,LCZ理论和WRF模拟平台为本文研究构建宏观尺度下城市形态数值模型以及微气候数... 

【文章页数】：182 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究对象
    1.3 研究目的和意义
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 研究意义
    1.4 研究内容
    1.5 研究方法
    1.6 研究框架
第二章 相关研究综述
    2.1 宏观尺度城市形态与城市微气候的关联性研究
    2.2 宏观尺度城市形态建模方法研究
    2.3 基于LCZ的城市形态量化及城市气候应用研究
        2.3.1 LCZ理论简介
        2.3.2 LCZ理论模型的构建方法及现有研究成果
        2.3.3 LCZ理论的城市气候应用研究
    2.4 城市微气候数值模拟方法研究
        2.4.1 城市微气候模拟平台研究
        2.4.2 城市冠层数值模式的研究进展
    2.5 小结
第三章 宏观尺度城市形态隐式模型构建
    3.1 宏观尺度城市形态数值模型构建
        3.1.1 研究案例区域概况
        3.1.2 LCZ原型构建
            3.1.2.1 LCZ理论城市形态量化指标
            3.1.2.2 LCZ原型采样
        3.1.3 LCZ理论模型构建
            3.1.3.1 卫星遥感影像数据前处理
            3.1.3.2 城市形态隐式模型建立
            3.1.3.3 验证城市形态数值模型
    3.2 宏观尺度城市形态特征分析
        3.2.1 宏观尺度城市形态量化统计分析
        3.2.2 宏观尺度城市形态空间分布特征分析
            3.2.2.1 空间分布聚集指数
            3.2.2.2 城市“蓝绿”生态系统
    3.3 小结
第四章 宏观尺度城市形态模型在WRF模拟平台的应用
    4.1 WRF模拟平台概述
    4.2 WRF数值模型参数化分析
        4.2.1 WRF前处理模型
        4.2.2 土地利用类型的参数化方案
        4.2.3 城市冠层参数化方案
        4.2.4 小结
    4.3 宏观尺度城市形态隐式模型转译
        4.3.1 地表覆盖属性量化指标转译
        4.3.2 城市几何形态量化指标转译
        4.3.3 LCZ理论模型转译
    4.4 WRF模式模拟设定
        4.4.1 模拟算例设置
        4.4.2 物理过程方案设置
        4.4.3 模拟结果数据分析
            4.4.3.1 地表0m高度温度场
            4.4.3.2 地表2m高度温度场
            4.4.3.3 地表2m高度相对湿度场
            4.4.3.4 地表10m高度风环境
            4.4.3.5 小结
    4.5 小结
第五章 宏观尺度城市典型形态空间分布模式微气候模拟研究
    5.1 宏观尺度城市典型形态建立
        5.1.1 高度主导型
        5.1.2 风向主导型
        5.1.3 朝向主导型
        5.1.4 单元体均质分布型
        5.1.5 典型模式小结
    5.2 不同城市典型形态空间布局模式的微气候模拟研究
        5.2.1 城市微气候WRF模拟平台设置
        5.2.2 高度引导型城市典型形态与微气候的关联性
            5.2.2.1 地表0m高度温度场
            5.2.2.2 地表2m高度温度场
            5.2.2.3 地表2m高度相对湿度场
            5.2.2.4 地表10m高度风环境
            5.2.2.5 高度引导型模式与城市微气候的关联性小结
        5.2.3 风向引导型城市典型形态与微气候的关联性
            5.2.3.1 地表0m高度温度场
            5.2.3.2 地表2m高度温度场
            5.2.3.3 地表2m高度相对湿度场
            5.2.3.4 地表10m高度风环境
            5.2.3.5 风向引导型模式与城市微气候的关联性小结
        5.2.4 朝向引导型城市典型形态与微气候的关联性
            5.2.4.1 地表0m高度温度场
            5.2.4.2 地表2m高度温度场
            5.2.4.3 地表2m高度相对湿度场
            5.2.4.4 地表10m高度风环境
            5.2.4.5 朝向引导型模式与城市微气候的关联性小结
        5.2.5 均质分布引导型城市典型形态与微气候的关联性
            5.2.5.1 地表0m高度温度场
            5.2.5.2 地表2m高度温度场
            5.2.5.3 地表2m高度相对湿度场
            5.2.5.4 地表10m高度风环境
            5.2.5.5 均质分布引导型模式与城市微气候的关联性小结
        5.2.6 典型模式与微气候的关联性汇总
            5.2.6.1 地表0m高度温度场
            5.2.6.2 地表2m高度温度场
            5.2.6.3 地表2m高度相对湿度场
            5.2.6.4 地表10m高度风环境
    5.3 小结
第六章 总结与展望
    本文研究主要成果
    本文研究不足与展望
致谢
主要参考文献
插图和附表清单
附录一 中尺度气象WRF数值模拟方法说明
    WRF模式架构
        A. WRF数值模型网格水平坐标系及嵌套方式
        B. WRF数值模型网格垂直坐标系
        C. WRF模式初始气象场数据资料
    WRF模式的模拟流程
        A. WRF模式预处理系统WPS
        B. WRF模拟初始化和运行
        C. 模拟模拟后处理模块
    WRF前处理、初始化、以及运行代码
        A. WRF预处理系统WPS
        B. WRF的初始化和运行
    本文研究WRF模拟运行参数代码设置
        A. WRF预处理系统WPS
        B. WRF的初始化和运行
附录二 WRF前处理模型参量说明
附录三 WRF城市冠层参数化方案说明
附录四 典型城市形态单时刻模拟结果呈现
附录五 典型城市形态24小时模拟结果呈现
    算例编号MODIS2001-15s
    算例编号LCZ Model
    算例编号HighModel_1
    算例编号HighModel_2
    算例编号HighModel_3
    算例编号HighModel_4
    算例编号WindModel_1
    算例编号WindModel_2
    算例编号WindModel_3
    算例编号WindModel_4
    算例编号NStoward_1
    算例编号NStoward_2
    算例编号HomoModel_1
    算例编号HomoModel_2
    算例编号HomoModel_3
附录六 攻读学位期间发表的学术论文目录


【参考文献】：
期刊论文
[1]WUDAPT项目:城市形式与功能信息的众包解决方案及其应用[J]. 黄媛,刘静怡,Jason Ching.  南方建筑. 2018(04)
[2]山地城市空间形态的地表热环境效应——基于LCZ的视角[J]. 蔡智,韩贵锋.  山地学报. 2018(04)
[3]基于WUDAPT方法的成都市局地气候分区地图构建及其规划应用研究[J]. 陈方丽,黄媛.  城市建筑. 2018(20)
[4]城市局部气候分区研究进展及其在城市规划中的应用[J]. 陈恺,唐燕.  南方建筑. 2017(02)
[5]城市高层化及高密度化发展模式对城市气候的影响研究[J]. 周雪帆,李保峰,陈宏.  城市建筑. 2017(01)
[6]城市局部气候分区及其参数化条件下风环境模拟[J]. 张云伟,顾兆林,周典.  地球环境学报. 2016(05)
[7]城市形态学中量化分析方法的涌现[J]. 叶宇,庄宇.  城市设计. 2016(04)
[8]空间句法的研究思考[J]. 杨滔.  城市设计. 2016(01)
[9]南京市通风廊道研究[J]. 翁清鹏,张慧,包洪新,刘久根,吴豪.  科学技术与工程. 2015(11)
[10]城市形态研究百年纵览[J]. 李泽,黄经南,张天洁.  新建筑. 2014(06)

博士论文
[1]城市空间形态对主城区气候影响研究[D]. 周雪帆.华中科技大学 2013
[2]城市绿地配置的量化方法研究[D]. 童滋雨.南京大学 2011

硕士论文
[1]基于街景照片与图像识别的街道日照时数研究[D]. 宫传佳.南京大学 2019
[2]街区尺度上的城市微气候数值模拟研究[D]. 秦文翠.西南大学 2015



本文编号：3726497