基于微气候效应的郑州市城市公园空间布局优化研究

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随着我国城市化进程的加快,城市气候环境问题日益严峻。城市公园是现代城市的重要景观组成部分,是城市居民室外活动的主要聚集点,可通过改变城市公园设计要素参数,建立城市公园内部自然微观生态系统,改善城市微气候,提升人体热舒适,缓解城市化过程中出现的各种环境问题。当前主流的城市规划体系依然遵循理性功能主义原则,对气候与环境等核心问题缺乏关注,无法应对当下城市气候中的挑战。本研究从城市公园设计出发,结合城市气候学的实证研究方法,以系统性视角对郑州地区的城市公园气候适应性开展量化研究,对公园尺度要素、公园形态要素、景观环境要素在微气候上的协同影响进行探讨,为当下郑州市城市公园设计提供必要指引。基于此,研究主要分为四个部分:首先,结合文献资料调研、现场实测、遥感影像数据获取分析,明确郑州市城市公园气候适应性特征,并以典型案例天健湖公园开展实测验证。对郑州市124个城市公园尺度要素、形态要素、景观环境要素分类与取值进行整理收集,利用遥感影像提取城市公园地表温度,并在此基础上,将公园设计要素与地表温度开展相关性分析,提取相关度较高的城市公园要素,如公园面积、公园长宽比、绿地面积占比、不透水表面面积占比、水体面积占比以便后续研究。(第二章)其次,确定本研究数值模拟软件为ENVI-met,并根据模拟与实测校验结果再次验证此软件可行性,并选取郑州市典型气象日背景参数数据开展数值模拟。在城市设计逻辑的框架下,基于郑州市城市公园调研成果,筛选出各设计要素出现频率较高数值进行分类统计,对公园空间布局模型进行简化,构建了城市公园多要素的参数控制模型。利用可视化编程平台将参数控制模型生成、微气候模拟模型转化、数值模拟以及数据分析等工作流程进行整合,从而搭建气候设计与分析联动的研究工具(Grasshopper+Ladybug+Dragonfly+ENVI-met),实现专业工具的之间的数据交互。(第三章)第三,在实测数据与研究工具的基础上,对城市公园控制模型开展设计变量的数值模拟研究,展开公园面积(PA)、公园长宽比(CLW)、绿地面积占比(PGA)、不透水表面面积(PPA)、水体面积占比(PWA)五个设计变量对室外行人热舒适的协同影响综合评价,选用人体热舒适常用指标PET进行模拟结果评价。另外,开展各设计要素对PET值影响程度排序与量化分析,利用极差分析与贡献率计算方法。结果发现:不同长宽比数值中面积越大营造的热环境舒适度更高,当绿地面积占比为60%、不透水表面面积占比10%及水体面积占比30%时,均表现出最低PET值,可以在夏季营造出更舒适的热环境。对于郑州市城市公园热环境舒适度综合指标PET影响程度最大因素为不透水表面面积占比,其贡献率高达59.07%,水体面积占比因素对PET影响贡献率次之,约为35.80%,而绿地面积占比、公园面积和公园长宽比对城市公园PET的影响较小且差异不大,贡献率依次为2.61%、1.32%、1.20%。(第四章)最后,以寻找最低PET为目标开展方案寻优,确定最优郑州市城市公园简化模型方案,其参数为:公园面积15、公园长宽比1.5、绿地面积占比60%、不透水面积占比10%、水体面积占比30%,总结城市公园设计最优组合与策略。并选取郑州市典型城市公园开展项目验证,结果表明:项目改造起到了降低PET的作用,达到了寻优目标。(第五章)论文创新性的以系统性视角及定量性能分析方法探讨郑州市城市公园的气候适应性,搭建了基于可视化编程平台实现规划设计与性能分析的多工具数据交互方法;提出了满足夏季热舒适性的典型郑州市城市公园组合模式。为郑州地区景观微气候设计提供了便捷、有效的指导。对实现通过技术手段量化公园微气候设计、高效发挥公园设计在城市室外环境中的调节作用具有现实意义。
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