文摘

城市气候的长期模拟使用容易长期气象数据从附近的天气站在一个热带海滨城市达累斯萨拉姆,坦桑尼亚。这项研究旨在确定建筑物的高度和街头取向的影响对人类在行人热条件水平。城市配置代表是一个典型的城市街道和附近的一个小城市公园海边。微尺度的模拟进行了雷曼的气候模型,应用和结果解释的意思是辐射的热舒适性参数()和生理等效(PET)温度。宠物值,高34°C,期间观察到获胜下午尤其是在东西向的街道和建筑物的高度5米对热舒适的影响较小。最优的减少和宠物值观察行人与增加近南北调整街道和建筑物的高度尤其是近100。同样,建筑接近公园在公园里提高舒适条件通过额外的影子。开放空间的研究提供了设计的影响和管理城市公园在城市为了提高行人热舒适条件。

1。介绍

达累斯萨拉姆是炎热的,潮湿的热带城市位于坦桑尼亚海岸在印度洋西部海岸。它喜欢陆微风系统观察更有组织在3个月,4月,9月和10月(1,2]。另一方面,闷热并不少见特别是在该型号(DJF)的季节。如此闷热的环境带来了不良的热不适尤其是行人和街头小贩。大多数biometeorological研究揭示了其他地方街道的影响方向和高度宽度比当地的热舒适的变化在一个城市峡谷水平(3- - - - - -6]。

虽然人体热舒适影响四个气象参数的空气温度、湿度、风速、和辐射通量(通常是量化的平均辐射温度)、风速和平均辐射温度,可以显著地变化通过改变街方向和高宽比(7]。过去的城市气候研究在达累斯萨拉姆建议观察到陆微风在高地效应可以改善热舒适的地方这样的城市达累斯萨拉姆大学的校园约12公里从城市中心向西1]。此外,各种方法已经被应用在其他地方为了加深理解街头几何和取向对城市热舒适的影响尤其在行人的水平。例如,实地测量的一个东西方城市峡谷2003年夏天万里无云的天气,发现热应力主要是由于太阳曝光,并进一步研究建议现场调查要做在其他位置和气候条件,以验证这种热的普遍性的观察在街道峡谷3]。

在土耳其毡帽、摩洛哥、测量进行了在炎热的夏天,凉爽的冬季深谷发现大大冷却器在天,而不是肤浅的峡谷(8]。城市配置对城市热气候的影响也通过一系列的实地测量最近研究在许多城市包括东京、日本(9雅典,希腊4康斯坦丁][5],科伦坡[10,11]。坐落在沿海的一些城市环境,海风对城市热气候的影响也被研究[10,12,13]。

同样,数值模拟还提供一个有价值的方法来理解城市几何和街头取向的影响。在阿尔及利亚Ghardaia,使用三维数值模型进行数值模拟,ENVI-met,典型的夏日,结果显示对比模式之间的热舒适浅和深之间的城市街道以及各种方向(6]。研究街道几何的影响对环境温度和白天行人舒适水平,两种方法涉及使用ENVI-met实地测量和城市气候模拟进行了市中心的库里提巴,巴西(14]。有注意到,最大程度上的每日街道峡谷内温度在科伦坡,斯里兰卡,宽度随高度增加而减小比和海风产生冷却效果,模拟在ENVI-met模型由数据从综观气象站获得位于机场(约24公里的测量位置)为目的的理解不同的城市设计选项的效果在空气和表面温度,以及室外热舒适(15]。同样,长期在台湾大学校园热舒适预测通过长期气象数据收集从附近的车站,和模拟进行在雷曼模型(7]。这表明,与现代城市气候学的进步特别是通过持续改进现有的微尺度模型,对城市热环境的评估可以充分研究地方模拟可以提供有用的结果。另外,大多数领域研究室外热舒适只是澄清特征测量某一天;因此,这样的研究可能不准确表示年度热的条件。

由于其沿海位置和接近赤道,达累斯萨拉姆似乎是一个完美的位置理解城市几何对人体热舒适的影响行人在低纬度地区水平。长期的分析城市热气候在达累斯萨拉姆因此具有至高无上的重要性理解热带城市的气候在一个典型的非洲城市。

当前的研究,因此旨在量化影响建筑物的高度和方向上的辐射通量在一个典型的城市峡谷和热带非洲城市的城市公园。为了优化通过修改城市热舒适配置,人类生理等效温度的热指数(PET)是用于可视化热舒适条件的变化在每次修改后的类。模拟进行使用雷曼的微尺度模型[16,17]。该模型认为是易于使用。最近的研究在一个中间纬度的城市发现,雷曼太阳甚至可以提供更准确的结果在高海拔地区(18],这支撑是一种理想的微尺度模型来研究城市气候纬度低城市包括达累斯萨拉姆,在世界其他地方,下午通常最热压力的时候(1,2]。模拟的最优配置在达累斯萨拉姆热舒适是非常重要的在推进城市气候的科学在低纬度地区和城市规划的城市在发展中国家。达累斯萨拉姆是一个重要的经济中心在东部非洲由于其港口服务,它最近观察到的快速扩张。更好的理解其气候意义重大,对其未来的城市规划和城市增长的人口的福祉。

2。方法

达累斯萨拉姆(图1(一))位于6°51′年代,39°18′E南西部海岸的印度洋,占地面积1350公里²²约1000公里的土地面积(19,20.]。达累斯萨拉姆通常是一个低地地区的海平面的高度从海岸大约250在西南沿Pugu山位于距市中心25公里(21]。气候炎热潮湿,被称为热带干/湿气候(Aw)根据Koppen分类系统(22,23]。气候主要受东北季风盛行从3月到10月,10月和3月之间的东南季风(19]。这是在回应的热带辐合带(ITCZ)。当地风一般高13米/秒在下午特别从8月到11月。

通常,相对湿度在达累斯萨拉姆范围每年96%至67之间,与年降雨量是1050毫米高峰在4月和12月。然而四月是最潮湿的月,雨季节通常被描述为短降雨(10赛季),平均75至100毫米和长时间的降雨(高于赛季),每月平均150 - 300毫米的降雨量(24]。年平均气温约30°C和轻微的季节性变化因为靠近赤道。平均每天日照时间大约是10 - 12小时。

研究区由两个城市度假的地方(图1 (b))。第一个区域(MP1)是典型的街(24.5米)的宽度在达累斯萨拉姆的市区。街的一边有一幢高楼的21层楼高(约93米),而另一边是寄宿的等候区公共交通。模拟的第二区域(MP2)是在一个小城市公园(当地称为Posta花园)俯瞰大海。它还充当等待公共汽车和娱乐的地方。街上是northwest-southeast方向(即最初面向。,about 45° from the north in an anticlockwise direction) while the park takes the triangle-like shape measuring 156 m × 140 m × 60 m with its hypotenuse facing the sea. There are few trees of mainly Ashoka type along the street whereas the park has many trees with different species, but notably the leaf trees of Neem species, grass, and a concrete floor at the centre. Although the park overlooks the sea, the presence of two lines of trees may act as an obstacle to the sea breezes at low levels or near the ground level. Simulations were therefore done by rotating the orientation every 15° and by increasing the buildings’ height by 5 m up to 50 m, and 100 m was taken as the maximum height of the current highest building in the city.

输入气象数据用于长期模拟是基于可用的气象数据收集在一个天气站位于朱利叶斯·尼雷尔国际机场(JNIA)(见图1(一))。这些数据来自2001年到2012年。机场站通常在每天气小时气象观测。然而,这项研究中使用的数据有三个小时的频率,观察乘以0 LST(当地标准时间),3 LST, 6 LST, 9 LST, 12 LST, 15 LST, 18 LST, 21 LST。包括空气温度、风速、相对湿度、云量。云层被用来估计辐射通量的只有每天测量辐射的天气。机场的数据集使用假设它们形成一个连续的长期数据集在长期气候分析的要求,与其他两个站的数据集。城市在MP1和MP2地点效应被认为是影响读数的风速估计当时在机场站使用方程中提供[25和应用于26]: 在哪里风速(女士吗¹)的高度(10米),是一个经验指数,取决于表面粗糙度,然后呢粗糙度长度。由于地形特征的微小差异MP1(人口组合的城市区域)和MP2(部分林区建筑和开放向大海),分别是1.5和1.3,虽然这两个领域是在市中心。

额外的气象数据集的空气温度(包括最大和最小)和相对湿度也从其他两个站位于港(港口)和基巴哈甘蔗研究所(基巴哈(见图)1(一)和表1)。两个站的气温数据集从2001年到2011年,而相对湿度数据跨越March-September 2005年在港车站只有收集。这些额外的数据集是与相应的数据集从机场站为了建立使用长期天气数据的原理来模拟城市生物气候条件。比较三个气象站的气象要素研究利用肯德尔秩相关τ相关在0.05显著性水平。肯德尔τ是衡量相关的二元/协会通常用于排序的数据(27]。

模拟生物气候条件在行人使用宠物和解释。宠物人类生理的方式热条件进行评估,并使用一个常见单位摄氏度。宠物被定义为人类能源的空气温度平衡的预算假设室内条件一样的皮肤温度和汗水率在实际复杂的室外条件下进行评估(28- - - - - -30.]。另一方面,平均辐射温度的均匀温度被定义为一个虚构的圈地的辐射传热从人体=实际非均匀的辐射传热外壳(31日]。的气象参数,控制人类的热能量平衡因此影响人体热舒适的(32]。

作为研究的目标是确定最优城市配置城市热舒适在达累斯萨拉姆行人水平,长期模拟将使可靠和全面的信息与实地测量。实地研究考察户外热舒适,仅仅阐述特征测量在某一天,不会准确地代表年度热条件。此外,缺乏城市气象监测站的连续测量在很多热带城市包括达累斯萨拉姆导致这些城市许多城市气候研究依赖容易长期气象数据从附近的车站7,15,33- - - - - -35]。例如,气候变化在温度条件下在内罗毕城市研究利用气象站收集的数据位于距市中心约4公里(33),在台湾,长期热环境模拟使用气象数据收集的10年间从附近的一个车站7]。然而,高度被公认为决定因素的空间天气和气候的变化,和大风有经验来减少在城市地区(36]。考虑这样的观察,天气在达累斯萨拉姆由于海拔的变化可以认为无关紧要的天气站位于海拔高度53米在市中心约11米。从理论上讲,空气温度变化了0.6°C每100米高。此外,平均气候条件达累斯萨拉姆定义使用数据从机场站。

假设引导使用可用的天气气象数据作为输入的模拟因此基地这一事实达累斯萨拉姆位于沿海低地地形、天气变化由于海拔在几个水平距离无关紧要。一个健壮的和可信的长期城市热特性可以实现通过使用长期、连续的气象数据。虽然差异存在于一些大气参数仿真分城市和天气之间的气象站,由于变化的热仿真模型生成的指数相对较小,可以忽略。因此,模拟结果提供的精确表示热条件在城市环境中。

3所示。结果与讨论

3.1。当地城市Micrometeorological变化

当地气象条件的intraurban变异在达累斯萨拉姆进行调查以确定在多大程度上是当地气象条件空间和时间尺度上的变化。分析了只有在相对湿度和空气温度由于可用性三个气象站的气象参数。空间变异性云量可以理解为在容许范围内的观测天气站被认为跨度近30公里的水平距离观测点的水平能见度因此云层。这种分析当然被认为是必要和至关重要的了解当地天气的变化,因此,如何可靠天气气象站的气象参数被认为是代表城市的气候。此外,可变性分析天气参数也被认为是一个重要的步骤来建立一个基本原理的使用从天气站气象数据作为输入参数代表长期城市气候模拟。

结果,因此,建议当地micrometeorological条件的变化在达累斯萨拉姆可以高度受到靠近大海。靠近大海的地方可能会稍微比远离温暖的大海所显示的分析空气温度的三站。图2描述了长期的月平均气温差异(),平均气温在港站可以1.5°C或高于读数在机场和基巴哈电台。每月平均空气温度之间的差异JNIA和端口不同从−0.4°C−1.7°C 6月和2月之间的端口和基巴哈范围从10月份的0.3°C到1.8°C。JNIA和基巴哈intraurban每月平均气温差异0.6°C从12月到5月,在JNIA温暖和寒冷在June-November季节近0.5°C。intraurban气温差异观察更一致的意思是每日气温在某种意义上,它是温暖的海滨(比内陆港站)附近的海岸(见图2)。

演进之间的关系三个测量站的温度资料由肯德尔τ系数被发现低至0.25和0.27之间的最大港口的空气温度和其他站,分别(表2)。相反,相关系数的均值和最低空气温度之间的三站高0.6表明类似的进化的温度。通常,达到最高温度在15 LST表面接收的太阳日晒。海边站之间的相关系数低和内陆站在最高温度的差异可以解释在地形测量站。虽然港是靠近大海,地形特征在内陆站主要是由绿色植被,通常短草在机场(JNIA)和分散在基巴哈树。这也暗示热能力之间的差异主要是植被地带站和火车站附近的大型水体明显在白天。其他研究也发现更大的趋势差异日常最大和最小的年平均气温从沿海到内陆站(37]。

相对湿度总是高东非海岸,但我们的分析相对湿度是有限的可用性在达累斯萨拉姆区域的数据。虽然两个站(JNIA和端口)能做的相对湿度的观察,可用数据港站仅限于2005年6个月。这不能给一个结论性的空间分布的相对湿度在达累斯萨拉姆。这样的缺点,目前的分析,然而,令人惊讶的是表明,相对湿度在机场站略高于在海边站尤其是从4月到7月(图3)。读数之间的显著相关性系数相对湿度在港口和机场站的月平均在15 LST(时间的最低相对湿度)给出了表2。达累斯萨拉姆的相对湿度气候学观察从先前的研究表明,相对湿度沿着海岸通常达到每天夜里最大在90 - 95%,和更大的变化是有经验的每日最低时期15岁LST (37]。在海边站很近,尽管大型水体的存在,相对湿度读数也可以影响城市不透水表面在另一边。机场站内的矮草植被区。此外,4月和5月的月通常是在达累斯萨拉姆雨季,也许比例不同地形和降雨事件会影响高湿度在许多地方不一定是靠近大海。然而,一个好的图片在达累斯萨拉姆intraurban相对湿度的变化可以用更全面的数据集具有良好的空间分辨率。

3.2。仿真结果在街上

模拟不同的街方向和高度的建筑物被完成在两个受欢迎的城市的地方在达累斯萨拉姆的目的量化街方向和建筑物高度的影响在行人的人体热舒适水平。因此本节描述了模拟的结果表现在街道和城市公园。

在northwest-southeast原来取向方向和设置的一边高楼大厦,行人在街上可以体验热应力在下午。的时间分布如图4表明高约45°C的值发生在12 LST从11月底到一月在三月的开始。当西方向的调整,最高的值45°C以上成为流行在10月15 LST和从一月底到3月初在南北重新定位,高的值超过45°C盛行中午时间从11月下旬到3月初。

相应的情况分析了人体热舒适使用宠物指数和图中描述5。然后时间分布表明,高价值的宠物34°C是普遍的12至15 LST在2月,3月,11月,12月。进一步,东西再定位、高宠物值约34°C可以经常发生在3月和11月12至15 LST而在南北重新定位类似的高度值将在2月,经历了3月,11月,12月在同一个小时的一天。同期在早期研究也发现最热应力在达累斯萨拉姆即使没有考虑城市障碍在计算热指数(1,2]。因此,为了想象热舒适性特征在达累斯萨拉姆,一个理想化的城市峡谷被认为是进一步分析。

一个理想化的城市峡谷两边相同高度的建筑当时设置的基础上制定最初的街道,和模拟是由不同方向和高度的建筑物。重要的是要注意,新的城市总体规划战略在中央商务区(CBD)的致密化达累斯萨拉姆通过安装超过10层楼的建筑,同时也使得大多数街道的宽度不变。结果在此设置中所描述的人物6和7的年度和昼夜周期的进化和相应的热舒适条件的宠物指数。

从图6,影响建筑物的高度描述的年度和昼夜分布((a)和(b))及其相应的宠物指数((c)和(d))。它可以明显观察到显著减少和宠物值在20米的建筑物的高度可以达到和更多的减少在100米的高度。而街方向所示效果保持建筑物的高度5米(数字7(一)和7 (b)),在25米的高度。虽然显著差异可能不容易分辨5米的建筑物的高度数据7(一)和7 (b)),很明显,街道取向尤其是在东西方向(即。,45° in the figure) influences the calculated thermal comfort parameters as it can be observed in Figures7 (c)和7 (d)。对于这种情况,在达累斯萨拉姆,东西向的街道可能是一个不受欢迎的街头方向行人热舒适条件。其他研究认为这种取向倾向于太阳能访问(3,6]。否则,南北(即面向街道。,120–135° in the figure) could present a good scenario for pedestrian thermal comfort in Dar es Salaam based on both annual and diurnal temporal distributions of。

3.3。仿真结果在城市花园

也许做仿真的原因之一在城市公园的理解,许多城市公园在坦桑尼亚达累斯萨拉姆等城市规模相对较小但也非常接近周围的建筑。等建筑物接近公园可能实施一些重要对热舒适的影响在一个花园或公园(见MP2图1)尤其是当建筑物的高度太高了。图8因此,描述了影响建筑物的高度在一个小城市花园而方向如图的效果9。

模拟结果表明,建筑物的城市公园靠近公园可以显著影响(即在行人热舒适水平。城市公园里,人类休息),和影响变得清晰随着建筑物的高度增加。例如,在建筑高度100米,两者兼而有之观察和宠物值显著降低(图8)。为了可视化建筑热舒适影响公园,公园设置每15°也理想化和旋转。应该指出的是,城市公园周围的建筑物通常不均匀坐落在公园的情况。在这个模拟结果见图9。

在数据9(一个)和9 (b),公园周围的建筑都保持在5米高,而且很明显,显著减少值可以达到当的大部分建筑都位于公园的西南侧(图中60°、105°)。在昼夜分布,这可能显示明显减少9 LST。当建筑高度增加到100米,仍然情况,其中大部分位于西南侧偏好的显著减少(数据9(一个)和9 (b))。由于建筑物的高度增加,效果还可以观察到15 LST昼夜循环。

模拟不同周围建筑物的高度和旋转的城市公园为了确定对热舒适的影响在行人水平似乎是新奇的城市气候模拟研究。许多研究都集中在模拟城市峡谷(3,6,11,15,38),和大多数的研究表明,在行人的层面上,极端情况下的热舒适性参数可以观察到东西和南北方向3,6,38]。这种情况也观察到在这项研究中虽然有一些轻微的差异可以归因于纬度的位置稍微影响太阳能的城市道路的一个特定的地方。

模拟热舒适的开放空间是非常重要的,尤其是在实现热舒适和娱乐公园。信息这样的潜在影响对设计的影响在城市特别是在发展中国家,城市开放空间可能相当少。它还可以帮助管理城市公园的最佳舒适条件在城市公园内的植物可以通过阴影效果达到公园本身和附近建筑的影响。在这项研究中,建筑物的高度是特别观察到发挥了决定性的作用改变热舒适性参数值。虽然,一般增加建筑物的高度观察有利于减少热舒适性参数主要是通过改变太阳能访问,这也可以影响中已经讨论过的风流(15]。在达累斯萨拉姆的例子中,影响城市开放空间的任何设计应该考虑利用海洋的微风。

4所示。结论

由于其在非洲东部和中部经济重要性,达累斯萨拉姆城市快速增长。有越来越多高层建筑特别是在中央商务区。虽然没有城市气候的连续测量,模拟城市气候特别是量化的影响建筑和街道方向行人级别使用容易天气数据是重要的,可以提供适用的信息而言,城市规划在发展中国家。模拟城市气候在行人水平也是在热带城市至关重要的影响,因为大多数的户外活动。例如,在达累斯萨拉姆,有很多街头小贩白天大部分时间在外面的街道。因此,本研究结果有助于重新设计确保热舒适的街道上行人水平通过建筑物的高度和方向的变化。

模拟执行在这个研究表明,热舒适性参数(和宠物)在城市街道和公园可以显著影响城市配置。最优的减少和宠物值特别可以获得南北调整街道和增加建筑的高度。此外,模拟的结果进行小城市公园提供了一个新颖的设计影响和管理开放空间在许多城市发展中国家包括达累斯萨拉姆。这些也应该帮助规划者了解潜在的开放空间改善城市小气候。这项研究的结果也可能最终帮助规划者决定适当配置坦桑尼亚和城市增长地区的其他地方。进一步在达累斯萨拉姆城市开放空间的空间造型也建议涉及微尺度模型为了拥有健壮和公司生物气候信息协助城市规划和管理的开放空间。

确认

中使用的气象数据研究从坦桑尼亚气象局和获得http://www.ogimet.com/。伊曼纽尔·l·Ndetto愿意承认金融支持联合奖学金项目授予的坦桑尼亚和德国通过德国学术交流服务和教育和职业培训(DAAD-MOEVT)他在弗莱堡,德国。