氣候響應(yīng)的高密度城區(qū)城市設(shè)計圖譜方法研究中文摘要

氣候響應(yīng)的城市設(shè)計研究是應(yīng)對現(xiàn)代高密度城區(qū)氣候惡化的重要途徑。項目針對城市設(shè)計和氣候?qū)W學科交叉中存在的障礙，提出建立基于實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)計師能借助GIS平臺方便快捷地進行氣候響應(yīng)的城市設(shè)計及策略研究。研究試圖回答如何既快速又準確地將關(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？這一問題，基于城市氣候?qū)W理論模型，應(yīng)用城市形態(tài)測量學和空間分析技術(shù)，計算關(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；進而依據(jù)實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)由驗證數(shù)據(jù)及數(shù)值模擬校驗的微氣候圖譜可快速計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)計師在設(shè)計中可根據(jù)既定熱舒適和節(jié)能目標，對方案進行調(diào)控。方法基于GIS平臺，便于設(shè)計師使用，將有力推動氣候響應(yīng)的城市設(shè)計研究。

本項目總體按計劃推進實施，部分實驗工作受不可控因素影響，計劃在結(jié)題后的1-2年內(nèi)繼續(xù)推進。項目首年度首先對較單一建筑功能類型和較簡單建筑集群形態(tài)室外微氣候和熱環(huán)境進行形態(tài)學研究，在理論模型建構(gòu)、研究方法選擇、實驗方案設(shè)計、儀器使用技巧等方面積累經(jīng)驗，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)為研究對象，開展了對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。在大量實測數(shù)據(jù)回歸分析和基于GIS平臺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)校驗的、基于實證模型和空間形態(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能有效地可視化評價城市形態(tài)對街區(qū)微氣候、熱環(huán)境和舒適度的影響，可為城市設(shè)計微氣候預(yù)測、評價、決策等提供有力支持。成果方面，共發(fā)表標注受項目資助論文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，參加國際學術(shù)會議發(fā)表會議論文2次，參加國內(nèi)學術(shù)會議發(fā)表論文3次，培養(yǎng)碩士研究生2名。

《建筑設(shè)計和城市設(shè)計中的氣候因素》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。吉沃尼作為這個領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，在《建筑設(shè)計和城市設(shè)計中的氣候因素》中用了清晰易懂、深入淺出的文字進行講解。

《建筑設(shè)計和城市設(shè)計中的氣候因素》視野開闊，研究了氣候因素及其對人、建筑和社會的影響。讀者群定位在建筑設(shè)計和城市規(guī)劃的專業(yè)人士和學生，《建筑設(shè)計和城市設(shè)計中的氣候因素》對氣候?qū)W視角的場地規(guī)劃和設(shè)計提供了實實在在的解決思路，幫助解決有關(guān)場地選址、場地組織和建筑材料組合的爭議。

樹輪-氣候響應(yīng)的生理機制是進行古氣候重建、分析不同時空尺度氣侯變化規(guī)律的基礎(chǔ)。截止目前，除歐美國家少量的研究外，國內(nèi)對樹輪-氣候響應(yīng)的樹木生理生態(tài)基礎(chǔ)研究較少。因此從生理生態(tài)學角度研究樹木徑向生長與氣候因子的響應(yīng)機制具有重要意義。通過樹輪學研究，對祁連山區(qū)年際尺度樹輪-氣候響應(yīng)的特點和規(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。本項目通過對祁連山區(qū)選擇祁連圓柏、青杄、油松等不同針葉樹種為研究對象，從2011年至2015年對樹木形成層活動、年內(nèi)徑向生長動態(tài)以及光合速率進行長期連續(xù)觀測，結(jié)合自動氣象站的觀測數(shù)據(jù)，分析樹木形成層活動規(guī)律，以及年內(nèi)及年際尺度的樹木徑向生長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樹種的徑向生長均發(fā)生在5-8月，其中5月底6月初的生長速率最快，5、6月徑向生長超過全年生長的2/3，并且年內(nèi)徑向生長與氣候要素的響應(yīng)關(guān)系與年際生長一致，即受到區(qū)域水分的限制。在連續(xù)觀測研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合植物生長模型Vaganov-Shashkin模擬了祁連圓柏徑生長的生理過程，并探討了樹木徑向生長的生理生態(tài)學機制，為樹輪氣候?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)境的保護提供科學依據(jù)。

樹輪-氣候響應(yīng)機制是進行古氣候重建、分析不同時間尺度氣侯變化規(guī)律的基礎(chǔ)，但目前對樹輪氣候響應(yīng)機制缺乏樹木生理生態(tài)學基礎(chǔ)研究，因此從生理生態(tài)學角度研究樹木徑向生長對氣候因子的響應(yīng)機制具有重要價值。本項目擬在祁連山東部選擇祁連圓柏、云杉、油松等不同針葉樹種為研究對象，對樹木徑向生長、樹干液流進行長期連續(xù)觀測；并在生長季內(nèi)，定期對樹木的光合作用進行監(jiān)測，同時制取不同樹種的形成層切片觀測形成層細胞變化規(guī)律；結(jié)合自動氣象站的觀測數(shù)據(jù)，分析樹木徑向生長和各項生理指標以及形成層細胞變化與氣候因子之間關(guān)系。在定點連續(xù)觀測研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合植物生長模型Vaganov-Shashkin模型的樹木生長過程模擬研究，綜合探討研究區(qū)不同樹木徑向生長的生理生態(tài)學機制，確定影響不同樹種樹木徑向生長的關(guān)鍵氣候因子，揭示不同樹種樹輪/氣候響應(yīng)機制，為樹輪氣候?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)境的保護提供科學依據(jù)。