氣候響應(yīng)的高密度城區(qū)城市設(shè)計(jì)圖譜方法研究

本項(xiàng)目總體按計(jì)劃推進(jìn)實(shí)施，部分實(shí)驗(yàn)工作受不可控因素影響，計(jì)劃在結(jié)題后的1-2年內(nèi)繼續(xù)推進(jìn)。項(xiàng)目首年度首先對(duì)較單一建筑功能類(lèi)型和較簡(jiǎn)單建筑集群形態(tài)室外微氣候和熱環(huán)境進(jìn)行形態(tài)學(xué)研究，在理論模型建構(gòu)、研究方法選擇、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、儀器使用技巧等方面積累經(jīng)驗(yàn)，為下一步的城市復(fù)合功能街區(qū)和建筑集群的復(fù)雜城市形態(tài)和微氣候研究奠定理論和方法基礎(chǔ)。在2014年夏季，以小陸家嘴CBD地區(qū)為研究對(duì)象，開(kāi)展了對(duì)上海典型高層高密度城區(qū)的微氣候及熱環(huán)境調(diào)研工作。在大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)回歸分析和基于GIS平臺(tái)拓展模塊的城市形態(tài)參數(shù)分析基礎(chǔ)上，發(fā)展了可經(jīng)校驗(yàn)的、基于實(shí)證模型和空間形態(tài)分析的微氣候圖譜方法，獲得了80%解釋效力的該地區(qū)夏季典型日的氣溫和熱舒適分布圖譜。該微氣候圖譜方法證實(shí)能有效地可視化評(píng)價(jià)城市形態(tài)對(duì)街區(qū)微氣候、熱環(huán)境和舒適度的影響，可為城市設(shè)計(jì)微氣候預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)、決策等提供有力支持。成果方面，共發(fā)表標(biāo)注受項(xiàng)目資助論文11篇，其中期刊論文6篇，SCI索引3篇次，EI索引1篇次，中文核心2篇次。軟件著作權(quán)1項(xiàng)，參加國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議發(fā)表會(huì)議論文2次，參加國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議發(fā)表論文3次，培養(yǎng)碩士研究生2名。

氣候響應(yīng)的城市設(shè)計(jì)研究是應(yīng)對(duì)現(xiàn)代高密度城區(qū)氣候惡化的重要途徑。項(xiàng)目針對(duì)城市設(shè)計(jì)和氣候?qū)W學(xué)科交叉中存在的障礙，提出建立基于實(shí)證模型和空間分析技術(shù)的高密度城區(qū)微氣候圖譜方法，使設(shè)計(jì)師能借助GIS平臺(tái)方便快捷地進(jìn)行氣候響應(yīng)的城市設(shè)計(jì)及策略研究。研究試圖回答如何既快速又準(zhǔn)確地將關(guān)鍵城市形態(tài)參數(shù)，以及受其影響的微氣候參數(shù)在數(shù)字空間中圖譜化？這一問(wèn)題，基于城市氣候?qū)W理論模型，應(yīng)用城市形態(tài)測(cè)量學(xué)和空間分析技術(shù)，計(jì)算關(guān)鍵的城市形態(tài)參數(shù)并以此為虛擬城市平面的柵格圖像賦值，生成形態(tài)參數(shù)圖譜；進(jìn)而依據(jù)實(shí)證分析確立的多變量回歸方程，結(jié)合控制變量，基于形態(tài)圖譜疊合生成微氣候參數(shù)圖譜。經(jīng)由驗(yàn)證數(shù)據(jù)及數(shù)值模擬校驗(yàn)的微氣候圖譜可快速計(jì)算并可視化城市形態(tài)調(diào)整所產(chǎn)生的城區(qū)微氣候參數(shù)變化，使設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)中可根據(jù)既定熱舒適和節(jié)能目標(biāo)，對(duì)方案進(jìn)行調(diào)控。方法基于GIS平臺(tái)，便于設(shè)計(jì)師使用，將有力推動(dòng)氣候響應(yīng)的城市設(shè)計(jì)研究。

《建筑設(shè)計(jì)和城市設(shè)計(jì)中的氣候因素》是一本最全面、最新的有關(guān)建筑和城市氣候?qū)W的參考書(shū)。吉沃尼作為這個(gè)領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，在《建筑設(shè)計(jì)和城市設(shè)計(jì)中的氣候因素》中用了清晰易懂、深入淺出的文字進(jìn)行講解。

《建筑設(shè)計(jì)和城市設(shè)計(jì)中的氣候因素》視野開(kāi)闊，研究了氣候因素及其對(duì)人、建筑和社會(huì)的影響。讀者群定位在建筑設(shè)計(jì)和城市規(guī)劃的專(zhuān)業(yè)人士和學(xué)生，《建筑設(shè)計(jì)和城市設(shè)計(jì)中的氣候因素》對(duì)氣候?qū)W視角的場(chǎng)地規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供了實(shí)實(shí)在在的解決思路，幫助解決有關(guān)場(chǎng)地選址、場(chǎng)地組織和建筑材料組合的爭(zhēng)議。

樹(shù)輪-氣候響應(yīng)的生理機(jī)制是進(jìn)行古氣候重建、分析不同時(shí)空尺度氣侯變化規(guī)律的基礎(chǔ)。截止目前，除歐美國(guó)家少量的研究外，國(guó)內(nèi)對(duì)樹(shù)輪-氣候響應(yīng)的樹(shù)木生理生態(tài)基礎(chǔ)研究較少。因此從生理生態(tài)學(xué)角度研究樹(shù)木徑向生長(zhǎng)與氣候因子的響應(yīng)機(jī)制具有重要意義。通過(guò)樹(shù)輪學(xué)研究，對(duì)祁連山區(qū)年際尺度樹(shù)輪-氣候響應(yīng)的特點(diǎn)和規(guī)律已有較為明確的結(jié)論，即水分是限制年輪寬度的主要限制因子。本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)祁連山區(qū)選擇祁連圓柏、青杄、油松等不同針葉樹(shù)種為研究對(duì)象，從2011年至2015年對(duì)樹(shù)木形成層活動(dòng)、年內(nèi)徑向生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)以及光合速率進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)，結(jié)合自動(dòng)氣象站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析樹(shù)木形成層活動(dòng)規(guī)律，以及年內(nèi)及年際尺度的樹(shù)木徑向生長(zhǎng)與氣候因子之間的響應(yīng)關(guān)系。結(jié)果表明祁連山東部三個(gè)樹(shù)種的徑向生長(zhǎng)均發(fā)生在5-8月，其中5月底6月初的生長(zhǎng)速率最快，5、6月徑向生長(zhǎng)超過(guò)全年生長(zhǎng)的2/3，并且年內(nèi)徑向生長(zhǎng)與氣候要素的響應(yīng)關(guān)系與年際生長(zhǎng)一致，即受到區(qū)域水分的限制。在連續(xù)觀測(cè)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合植物生長(zhǎng)模型Vaganov-Shashkin模擬了祁連圓柏徑生長(zhǎng)的生理過(guò)程，并探討了樹(shù)木徑向生長(zhǎng)的生理生態(tài)學(xué)機(jī)制，為樹(shù)輪氣候?qū)W研究奠定基礎(chǔ)。研究結(jié)果還將為研究區(qū)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

樹(shù)輪-氣候響應(yīng)機(jī)制是進(jìn)行古氣候重建、分析不同時(shí)間尺度氣侯變化規(guī)律的基礎(chǔ)，但目前對(duì)樹(shù)輪氣候響應(yīng)機(jī)制缺乏樹(shù)木生理生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)研究，因此從生理生態(tài)學(xué)角度研究樹(shù)木徑向生長(zhǎng)對(duì)氣候因子的響應(yīng)機(jī)制具有重要價(jià)值。本項(xiàng)目擬在祁連山東部選擇祁連圓柏、云杉、油松等不同針葉樹(shù)種為研究對(duì)象，對(duì)樹(shù)木徑向生長(zhǎng)、樹(shù)干液流進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)；并在生長(zhǎng)季內(nèi)，定期對(duì)樹(shù)木的光合作用進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)制取不同樹(shù)種的形成層切片觀測(cè)形成層細(xì)胞變化規(guī)律；結(jié)合自動(dòng)氣象站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析樹(shù)木徑向生長(zhǎng)和各項(xiàng)生理指標(biāo)以及形成層細(xì)胞變化與氣候因子之間關(guān)系。在定點(diǎn)連續(xù)觀測(cè)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合植物生長(zhǎng)模型Vaganov-Shashkin模型的樹(shù)木生長(zhǎng)過(guò)程模擬研究，綜合探討研究區(qū)不同樹(shù)木徑向生長(zhǎng)的生理生態(tài)學(xué)機(jī)制，確定影響不同樹(shù)種樹(shù)木徑向生長(zhǎng)的關(guān)鍵氣候因子，揭示不同樹(shù)種樹(shù)輪/氣候響應(yīng)機(jī)制，為樹(shù)輪氣候?qū)W研究奠定基礎(chǔ)；研究結(jié)果還將為研究區(qū)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。