文摘
研究显示城市结构对人体热舒适的影响指数在俄罗斯远东地区的极端气候地区,每年温度范围。研究了不同城市区域在此地,犹太人自治区的省会城市(JAR)。这个地区的气候特征为大陆性季风气候。热的差异值三个地区不同植被和堆积密度显示城市规划对当地小气候的影响。密集的缓和效果累积和内陆城市植被在极端热条件变得清晰比较所有的区域。通过分析日常和月度的时间可以确定最好的天市内户外活动。从结果来自宠物每年共有170天与宠物值以下比罗比詹可以被认为是一个地区的极端寒冷的压力。这意味着一个适应完全基于行为和服装是不够的,但城市环境的一种适应性,因此比城市结构的识别和选择是必要的。
1。介绍
自20世纪最后的几十年,由于气候变化的挑战,气候和气象参数已经在城市规划的重点。大部分的研究评估标准气象参数与人体热舒适如空气温度、全球辐射、风速、相对湿度、降水。只是自己,然而,如果他们评估结果的人类环境和失去他们的最初目的。放在上下文中,应用程序复杂和有区别的人类生物气候指标是必要的。为本研究的目的两种指数还被应用到比罗比詹市的气象条件和城市结构的首都犹太人自治区(JAR),在俄罗斯远东地区。这个地区在一年的时间里经历所有方面的极端气象条件从干旱寒冷潮湿温暖的(图1)。这使得该地区的JAR极其适合的目的分析城市结构对人体热舒适的影响假设极端气象条件的强化目前气候温和地区,由于全球气候变化。在过去20年的兴趣由于伟大的人类热生物气候一直在增加对气候的影响对我们的生活紧密连接到公共讨论气候变化及其对日常生活的影响。由于这种发展区域已经在恶劣的气候的影响下对气候变化的分析结果非常有趣。
在这项研究中使用的指标是生理等效温度(PET)基于个人的慕尼黑检测模型(MEMI) [1- - - - - -3),显示在摄氏度(°C)这使得它很容易理解和容易与其他指标或测量相比,和通用热气候指数(UTCI),也显示在°C,这是人类基于多节点能量平衡模型更适应极端气候条件(方法4,5]。选择JAR的研究,人类生物气象学等有关的主题,显示显示到目前为止已经完成。关于这一主题的研究已经出版年代末以来[1,6]。他们表现出宠物的开发和应用基于人类的能量平衡模型MEMI [1- - - - - -3,7,8)和雷曼模型(9,10)和阴影对室外舒适度的影响(11,12)以及UTCI的发展(5,13,14和底层多节点模型4,15- - - - - -17]。在接下来的几年里,报纸有关的生物气候JAR,注重效率的农业作物种植和户外休闲和旅游、发表(18- - - - - -22]。这些作品是为了找到更好的户外活动或量化的影响区域气候对作物季节和通常基于每日和每月的气候数据。本研究旨在给出一个实际和准确评估人类热生物气候和找到最好的城市结构或至少比市中心的位置在一天中的任何时间在此地的使用高时间分辨率的气象数据。
2。地区的调查
此地位于中国北部边境接近48°N和132°E(图2),平均海拔76米a.sl。,大约有75000人居住在一个面积169 km²。尽管纬度正值气候温和气候的犹太人自治区(JAR),此地是首都,远非温和。其大陆博览会导致寒冷的冬季和夏季温暖。这种影响是加剧了夏季季风的影响及其毗邻西伯利亚高压领域每年导致空气温度高达75°C的变化过程中六个月在极端情况下。由于这种变化每年的这个地区的气象因素显示了巨大的变化。从平均最高气温26°C−29°C在1月和7月8月每月154毫米的降水,5毫米2月所有方面的一个极端的气候可以有经验。
3所示。方法
为评估人类热生物气候的几个指标已经发展在过去的50年。两个热指标被用于这项研究中,即生理等效温度(PET)和通用热气候指数(UTCI) [4,15- - - - - -17),这两个使用单位摄氏度和基于模型的人体热平衡。比罗比詹WMO站的气象资料(WMO指数31713)已被用作计算的热输入指标,特别是空气温度的数据,风速,风向,相对湿度、云量代理全球辐射值。这些参数已被记录在气候站在一个三个小时的间隔,导致每天8点测量,11年期间从2000年到2010年。
使用这个数据和雷曼模型可以计算热指数(9,10]。另外城市内的障碍参数在三个不同的地点被投入模型来确定热生物气候对人类的影响。这三个位置高度当地居民经常光顾的,但他们是非常不同的结构规范。为所有三个地方都总结在表信息1。术语用于描述“积累”和“植物”是相对而言意味着相互比较的区域。所选地区的照片以及鱼眼照片可以在附录中找到。
免费通过气象数据http://www.ogimet.com/和下载时期从2000年到2010年,每隔3小时(01:00,内,07:00,10点,下午16:00时,晚7:00,和当地时间22:00)。这些气象测量的可用性在8点的时候每天保证一个好的时间分辨率的数据。中可用的数据最初SYNOP和必须解码标准气象单位。这是通过使用Microsoft Excel。所有的计算和模拟在这项研究是基于获得的气象数据从这个天气站,被周围的结构通过障碍文件修改只有在雷曼是基于城市的地图和当地建筑的观察。的一般假设数据的传输是空气温度和空气湿度保持不变的城市和农村,只有风速、改变根据粗糙度,辐射通量,可以调整与雷曼模型,修改指标。
4所示。结果
4.1。生理等效温度
以下部分提供宠物的结果在不同的上下文中构建的情况。它还包括日常课程选择个月的夏季和冬季。宠物的总体结果显示一个伟大的范围值是在夏季和冬季之间以及不同区域之间的。建筑的一般作用情况宠物可视化在桌子上2。具体每个区动力学中讨论部分5这篇论文。
图3显示了平均年代际分配宠物值区1。值可以找到最低的时间从11月到3月的开始。最高的频率极低的值(宠物<−30.0°C)在第二个十年的1月发生频率为27.7%。从11月底到2月的宠物中值也不是0.0°C,这是一段持续的霜。最高的宠物值发生从6月到8月底。29.1°C和41.0°C之间的值可以被认为是一个相当普遍的现象(大约14%)。约1%的发生频率值在41.1°C和45.0°C之间,而很少发生。约有30.9%的第一个十年8月显示出现频率最高的舒适的宠物值介于18.1°C和23.0°C。春天和秋天一般由宠物值范围内的微小的应力和热应力在极度寒冷需要最热适应的灵活性。在夏季7月、6月和8月的宠物不下降值低于0.0°C。
图4显示了二维每日和每月课程的宠物值在1月和7月分别作为冬季和夏季的例子。的设在显示7月和天根据传说设在显示的时间步骤。最高的宠物值年底预计会在7月26日的一天,在一般时间13:00至16:00时。在此期间宠物达到值的范围35.0°C到41.0°C。最酷的次一天的清晨4点到7点之间。这里的宠物值介于13.0°C和18.0°C。冬天(1)宠物下降值低于−30.0°C,在极端情况下甚至低于−40.0°C创建人类生物气候极端冷应激。这些极低的值可以预计在1月(冬季模范)在凌晨4点到7点之间。冬天一般最高的宠物值没有达到0.0°C标记,而是保持低很多。他们可以预期时间13:00至16:00时。从在16:00时,宠物滴,直到它达到最小值的时间7点左右。 During January PET does not vary much, but there is an accumulation of very low values in the time from the 10th to the 17th of January.
区域2是保护从太阳辐射低于区域1,因此显示了一个有更极端的宠物值的趋势。由于气候数据已经记录在同一车站年度变化区域1中是一样的,但是它的振幅是不同的。29.4%的宠物的频率值低于−30.0°C高出2%,在区域1(图5)。还是冬天从11月底到2月底consistenty低于0.0°C,但宠物值那么极端。在夏季舒适的宠物的出现频率值介于18.1°C和23.0°C下降29.8%,也就是说,带1相比低1%。极高的价值,导致中度到比较极端的热应力增加。的频率值高于35.1°C不会增加多少十年几十年,而是发生在比它在区域1中。在夏季区2显示相同的动态区域1,但有天极端宠物值。仍然导致了范围约41.0°C之间的时间13:00 16:00时,但现在这些值可以找到整个月。最冷的时间在7月,作为一个例子,用于夏天是4点宠物下降值大约10.0°C。每日课程遵循经典的模式和最高的宠物值发生后不久,太阳到达顶峰。每月的课程没有显示一个特定的模式,而是有均匀分布的值在整个下午一点时间和一些热点地区尤其是。 Winter in zone 2 displays a similar pattern as it does in zone 1, but as in summer the values are more extreme and there are more days with extremely low PET values. The time of the day they occur remains the same at 7:00. The warmest times of day are still the hours after the suns zenith between 13:00 and 16:00. Then the maximum values lie at about −5.0°C. At 22:00 PET starts to drop to values below −30.0°C and reaches its minimum around 4:00 with values close to −40.0°C. A significant monthly pattern is not visible, but there is a cold spot in the second decade of January as it was observed before in the yearly course of PET for zone 2. Since zone 3 is the one with the lowest building density, it has the highest occurrence frequencies of extreme PET values. In Figure6未来的第二个十年1月76.1%的所有值低于−20.0°C。在7月的第一个十年对比17.8%的所有宠物值高于29.1°C。26.1%的所有值的第二个十年8月位于18.1°C和23.0°C之间舒适的宠物的最大频率值是最低的相比其他两个区。最极端的时代结束的春季和秋季的开始。他们仍然不舒适的最高频率的值。
相反,他们倾向于冷应激与大多数的舒适和强冷应激之间的值。最大和最小值的模式是相同的在区域3自相似的气象输入数据。然而这些值的振幅达到最大值。最热的时间是下午一点与宠物价值甚至高于41.0°C。大约4点宠物达到最低8.0°C的一些日子。通常甚至宠物不降至个位数值但保持在13.0°C和18.0°C之间。7月最热的时间似乎是第一个十年的结束和第二的开始。一天中最舒服的是小时从22:00到一点。当时大多数宠物值位于18.0°C到23.0°C。1月最冷的时候在区域3大约7点左右在区域1和2的同时。 The PET values drop below −40.0°C at that time, especially in the ten days from the 8th of January to the 18th of January. The warmest times of the day are still occur between 13:00 and 16:00 making the afternoon and early evening the most pleasant times of the day to be outside on the city square. Still the PET values at that time of day result in extreme cold stress and remain below 0.0°C. Even around 13:00 PET values are closer to −15.0°C than they are to 0.0°C. A day with PET values of single digits below 0.0°C could therefore be considered a comparatively warm day.
4.2。通用热气候指数
一般UTCI值遵循相同的模式作为宠物值,也会因为这两个指标是基于人类能源预算和计算使用相同的数据集(表3)。
然而UTCI指数的自适应特性结果不那么极端,因为服装和活动更为温和的值适应周围热环境(13]。这提供了更详细的和多样化的机会看看热舒适。
区1仍然是最受保护的,因此最舒适区。等效温度计算与UTCI实际上显示比这更舒适的条件的宠物。服装的适应绝缘结合nonstressful值的范围从9.0°C到23.0°C的结果在一个广泛的无压力UTCI值从春天到夏天秋天的最大安慰。仍然夏季持有超过30%的中度到很强的热应力条件和冬天仍然冷应激的不同从极端温和冷应激使冬季最紧张的人体热生物气候。后UTCI规模图7代表每月和每日课程的热条件区域1中1月和7月。天最热的时间是时间13:00至16:00,而最低的值发生4点和7点之间尽管冷应激不发生。在一天最热的时间,UTCI达到中度热应力值在一些场合。但总的来说7月可以被认为是一个舒适的月。每月课程显示三个阶段的高UTCI值与第一个在第一个十年的开始,第二个第一个十年结束时,第三个中间的第三个十年。冬天在区域1(1月为例,在这种情况下)礼物本身比夏天更舒适。每天的课程是相同的最热的时间13:00至16:00和最冷的7点左右。相比夏天没有一段时间没有热应力。在整个月身体患有中度到很强的冷应激。最高的值介于0.0°C和−13.0°C而最冷的接近−40.0°C。 The coldest time of January is in the middle of the second decade from the 12th until the 17th of January, while the highest values occurred at 13:00 between the 23rd and the 27th (Figure7)。
热动力学区域2中被观察到在区域1类似,但更热应力在夏季约5%。舒适值发生在3月到10月底的中间。7月最热应力是与它的第二个十年是一个几乎30%的热应力值。冬天仍然提出了时间常数冷应力变化从极端到中度和强度的第二个十年,1月是一年中最冷的时期。大约42.1%的所有值低于−27.0°C这十年显示出很强的冷应激的最高频率值。第二个十年12月显示92.4%的所有值低于−13.0°C导致至少强冷应激条件。在区域1,夏季是最舒适的户外条件但也最热应力。区域2的热动力学在7月被用作在夏天热动力学的一个例子。时间最高的热应力之间的时间是下午一点和16:00时UTCI值高于32.0°C。7点10点左右,人体也可以体验小暑强调一些日子。 The coldest time of the day is the time between 4:00 and 7:00. During this time the values drop almost to the range of cold stress. In the course of July there are three hot spots. The first two occurr in the first decade while the last hotspot lies in the middle of the third decade. Winter in zone 2 presents itself with constant cold stress. In January the highest values for UTCI occur in the afternoon between 13:00 and 16:00. During this time UTCI lies between 0.0°C and −13.0°C causing moderate to strong cold stress. In the course of the night the values start to drop to reach their minimum values below −27.0°C around 4:00 to 7:00. At this time the human body experiences very strong cold stress. The coldest time of January is between the 10th and the 16th, while the, least cold days are closer to the end of the month.
因为它有最开放的空间,3区出现最少的舒适的热环境。夏季热应力值的最高频率,在冬天,强大和很强的冷应激的频率增加。夏天仍然显示了最舒适的设置与多达70%的值是在一个十年的类9.0°C到27.0°C。最高的热应力发生在夏季大约在同一时间在7月和8月的开始。冬天人体的经历完全冷应激和43.9%的所有值之间−27.0°C和39.9°C;第二个十年1月显示了最极端的条件;而第二个十年的12月可以被认为是最冷的一般有92.6%的所有值低于−13.0°C。没有热应力发生的时候从3月至11月的中间即使他们在那些时间是非常罕见的。在春天和秋天UTCI的范围涵盖了从热应力强冷压力,甚至在极少数情况下热应力。一天最温暖的时候带3在夏天仍是时间从下午一点到16:00时,但UTCI值的范围以外的发生不增加热应力在10点和晚7:00。 Also the three hotspots in the monthly course that could be observed in zones 1 and 2 are not as prominent because they are closer together and cover more days. From 22:00 to 7:00 the values are the lowest with a minimum around 4:00. Still they do not present any cold stress since they stay quite far above 9°C. In zone 3 the winter season presents itself with the same dynamics as those in the other zones. It shows its coldest period in January from the 8th to the 17th in the monthly course and in general from 4:00 to 7:00 in the daily course. The warmest time of the day is the time between 13:00 and 16:00 but even then the UTCI values do not exceed the range of cold stress. In the coldest hours UTCI values drop far below −27.0°C and get close to −40.0°C.
5。讨论
计算和模拟的结果以及气象参数的测量显示一个明确的热条件而言,人类的生物气候在罐子里。一般可以得出的结论是,罐子里有一个非常大的梯度热条件全年不仅直接热参数等和(23,24),但也在二级副总裁和RH等参数。风与其说是绑定到一个年度周期,因此影响热条件类似的模式。热舒适已经决定宠物和UTCI他们表现出相似的动力学在年度课程。然而他们显示一个伟大的差异值。虽然宠物展示了很多非常极端值,只有小全年热舒适,UTCI显示很多nonstressful条件特别是在夏天的几个月里。宠物以来这种差异是会使用相同的基本参数计算全年UTCI则是一种自适应指数结果在那么极端环境。因为它可以认为没有人穿西装(clo = 0.9)光在冬天在俄罗斯远东地区的适应这个参数似乎导致一个更加现实的评估。还是冬季持有大量的冷应激和夏天相比没有舒适的值。
冬天的冷应激不管是否与宠物或UTCI计算。在这两种情况下冬天是不舒服。唯一的区别是值的范围。在计算宠物有更多的极端寒冷的压力值,UTCI结果强劲,而不是极端的冷应激。然而,夏天热条件有很大的不同取决于应用的指数。虽然宠物描绘了一个夏天,而恶劣的热环境,UTCI显示很多nonstressful值。这种差异是由于不同程序的计算指数以及不同的指数类应用于热舒适的定义。虽然宠物只提供了一个狭窄的窗户热舒适(18.0°C到23.0°C), UTCI认为更大范围(9.0°C到27.0°C)舒适或者至少不是人体的压力(2,3,5]。这个计算的结果是一个非常舒适的夏天热的情况大约30%的值导致轻微的强有力的热应力和剩下的70%是舒适。宠物显示大部分的变化在其分类值在夏季。它显示了从热舒适但宽,而极端的热应力缓和冷压力。有多宽范围的宠物或UTCI和狭窄的窗户舒适值取决于周围的结构。建筑密度越高的区域,植被,更加舒适的户外环境。在夏天这是阴影效果和由此产生的减少的结果和冬天的城市密度高的结果由于长波辐射减少热损失。因此居住区的室外区域(区域1)可以被认为是全年最舒适而城市广场(带3)是最不舒服由于其高暴露在外。结果也显示所有参数的影响,计算的一部分宠物。相对湿度越高更极端的热影响和是多少。风总是有一个冷却效果(除了当空气温度高于人类的表面温度),但是它的角色在这个地区是非常重要的因为大风的发生速度是相当罕见的。主要对这个地区的人类热生物气候的影响在于空气温度和平均辐射温度。因此最好的人类干预的可能性在于减少辐射。使用风力将减少在夏天似乎过早因为相同的操作将导致更多的极端冷压力在冬季。另一种方式来减少热应力在城市地区的JAR将植被的增加。
根据热应变的一篇论文由于位置的变化在俄罗斯远东地区(25]在冬季热舒适的差异是可以忽略的,由于整个极端冷应激使这项研究的结果适用于整个地区在冬季。然而,在夏天,热条件在远东地区有很大区别制造更多本地化的调查需要一个彻底的评估比城市室外结构在夏天。
的主题变化的极端气候地区由于全球气候变化可以认为极度寒冷天的总体频率降低的热应力的增加天会导致总体增加的热舒适区域的高冷应激(26]。在高梯度区域的热舒适像JAR,然而,结果宁愿是转变类型的热不适比增加舒适的日子。
相比之下,弗莱堡在德国西部南部位于同一纬度(48°N),但在一个非常不同于此地的经度(9°E) (127°E)有一个非常不同的气候环境。在此地的年度气候变化是高得多,是基于夏季季风或西伯利亚高压区域。在弗莱堡气候更依赖于压力系统在大西洋北部大西洋北部尤其是振荡(NAO)和与高山气候系统的交互。由于弗莱堡的气候极端要少得多。特别是在冬天热参数显示一个更温和的情况(22,27,28]。在夏天是位于一个敞开的空间接近没有植被弗莱堡,比罗比詹现在类似的热应力条件(27- - - - - -29日]。这种差异在气候情况下显示了一个纵向的依赖的地区气候不与经典的气候区,取决于纬度而是靠近压力系统和它的位置在气象现象的路径如季风或厄尔尼诺现象。
6。结论
之后分析测量和计算的结果可以得出结论,JAR是一个极端气候的地区大规模的梯度热舒适条件。然而有各种可能性适应这一现象。最简单的当然是跟着说“没有坏天气,只有一个坏选择的衣服”,并选择正确的服装的气象情况。这个动作是考虑在应用程序中UTCI,它显示了一个重要的适度春末,否则并不令人愉快的环境里的夏季和初秋。在寒冷的季节,然而,即使衣服没有多大帮助。温和派的极端冷压力但这并不足以完全缓解人体。获得最多冷减压因此必须确保一个保持尽可能少外如果明智地一个人呆在外面选择位置。根据这项研究的结果将是最明智的决定,以避免开放空间和保持在城市密度高的地区。另一个重要因素当然是一天的时间。虽然是明智的选择一天的早上和下午晚些时候小时,避免中午和下午早些时候在夏天家务外,相反可以冬天。 The least thermal stress in winter occurs for all zones in the time between 13:00 and 16:00 which makes it the most pleasant time to be outside. Staying outside at night especially in the hours of early morning around 4:00 would be ill advised since those are the hours of the strongest cold stress.
为达成计划的目的在这个区域或地区受到类似的气候可以得出的结论是,城市密度高结合大量的内陆城市植被将会是一个更好的设置,以减少热应力。这种方法尤其可取的位置同样重要的全年如公共交通站,火车站,或其他的公共利益。
附录
