@ 2017.04.03 , 12:00
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城市建筑对气象的影响

热岛效应是最近若干年城市化带给我们的气候影响之一,而其它情况下的气候所受到的城市影响并不为普通人所知。随着欧洲绿色可再生能源的发展计划,相关的城市计算和城市建模技术得到了推进。国内恐怕除了雾霾现象比较受重视之外,类似的研究十分罕见,而google在去年就提供了一项,通过结合地图计算屋顶安装太阳能发电板可能带来的收益模型。

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瑞士联邦理工的最新研究为工程师和气象学家带来了一款能够快速对城市进行建模的方案,用来分析城市建筑对局部天气和气候的影响模式。目前已经有一家百叶窗制造商对此项目表示相关的兴趣,不久的将来气象学家应该会考虑使用该模型。

城市建筑的造型、成落的方式,以及它们所产生的热量都对局部天气有着至关重要的影响。通过相关的可计算化建模,能够提高城市局部天气预测的精确度,也能为(土木)工程师们进行建筑设计提供相关能耗优化依据。

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通常情况下,这种规模的建模和计算任务是十分复杂,又耗时耗力的,很少有足够的经费预算进行支撑。CRYOS实验室在去年展开的一项研究也表明了相关方案的计算复杂性和研究重要性。该校的太阳能和建筑物理力学实验室的Dasaraden Mauree博后通过简化计算和建模方案,提供了一种使用便捷的建模方式。利用这种流水线式的建模方案,他对巴塞尔市的数据进行了处理,获得了与传统建模方案类似的结果,相关的成果发表在《Frontiers in Earth Science》

在之前的建筑设计中,很少有设计师考虑建筑对城市气象的影响,而他们的项目计划考虑城市建筑所释放的热量对现代天气预报模型的相关影响,提出改进的新型方案。

通过建立一个能够代替原巴塞尔城的建筑群模型,Mauree计算一些能够反馈建筑信息的密度特征,如建筑的平均长、宽、高等信息,创建了一批"标准化建筑模型"——brick。然后想乐高积木一样,通过堆叠的方式去构建更加复杂的建筑。而这种解耦的方式,正是理解城市建筑对天气影响的关键,因为这种影响过程很大程度上受到建筑高度的影响。

接着,他还需要将气象信息融入到模型中,比如巴塞尔的风速风向,温度和湿度等。以brick为基本计算单元,你可以估算得到每个brick附近的气象信息。而建筑师们则可以通过这种建模方式,以城市局部为对象,估算不同形状的建筑外观带来的能源消耗,从而确定出一个建筑能耗更低,更科学的建筑外观。在较低的楼层一般风力不大,但是湿度很大,特别是周边绿化很好湿度更大。随着楼层增加,风力影响逐渐增强,这将导致更严重的能源丢失。而在炎热的天气,对流尤为明显,建筑的表面和周围的地面都会显著的升温。这些炎热而稀薄的空气向着高层流动与上层的冷空气接触。与其这样解释,不如说冷空气的密度更大,他们压向地面的热空气,将低密度的热空气挤入上层,并且进行融合。此外,建筑师还需要考虑周边建筑对光照的影响,从而设计新楼的采光和遮光。

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而这种模型除了能在建筑领域大放光彩之外,气象学家和气候学家,以及建筑制造商均能够利用这种建模方式进行相关的探索性研究,以便从新的视角来了解我们所创造的都市。比如建筑表面对风速和气流在城市的流动对气候学家和气象预测的作用,以及前面提到的百叶窗制造商在进行产品测试和推广对象选择。说不定军事专家也能够利用该模型构建不同的打击方案。

也希望国内专家能够引入此建模方案,设计雾霾疏导友好型新型现代都市做好准备。

煎蛋建筑研究院为你报道。

相关论文
Dasaraden Mauree, Nadege Blond, Manon Kohler, Alain Clappier, On the Coherence in the Boundary Layer: Development of a Canopy Interface Model, Frontiers in Earth Science, January 2017.

本文译自 epfl,由译者 邻家乖蜀黍 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 6+1

  1. bestwood
    @7 months ago
    3416280

    这东西就像日照分析,除非规范强推,否则国内很难普及利用

  2. 苦力怕
    @7 months ago
    3416302

    许了个源

  3. 3416581

    这个在我国应该属于规划部门做的事情,大概再有个几十年,能合并成大建筑吧~

  4. 3416592

    现今国内最多也就在绿色建筑评定时会用到房屋外形的气流,日照模拟,若要做到文中城市这一级别的话,和上面蛋友说的一样,改规范和让规划部门重新开工。

  5. sheryun
    @7 months ago
    3417073

    硕士做的相关工作,我觉得文中重点在于快速建模和降低计算量吧,传统建模方案计算量太大缺乏实用性,如果能在保证结果的基础上建立快速计算的新模型,应该很有价值

  6. 工作四小时
    @7 months ago
    3417228

    规划局那帮管院的只管拿钱会规划这个?

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