人口密集城市中交通和步行场景的微气候研究

抽象

城市街道已知有在创造城市小气候一个显著的作用。本研究旨在经验与行人环境改善计划的同一条街上的配置中Quantify的时间和空间的小气候变化。为了评估在行人水平的城市小气候，详细的监测项目在十字路口附近的五个有代表性的地点在一个人口密集的城市进行城市，典型的城市社区的一条繁忙的街道峡谷内。监测是温暖的凉季完成。一个强大的，显著的相关性（ )在多个时间的情况被发现（交通，nontraffic，并作为一个整体）和两个季节。这些结果表明，平均每天市区温度不显著当时没有车辆通行存在，而行人的活动促进了城市热不分季节的减小。这些发现为在行人专用区内城市小气候的进一步研究提供了重要的基础，并可能会带来更好的城市设计和政策管理，在行人水平特别是关于热舒适度和生活质量。

1.简介

城市小气候小气候是的最复杂的形式和地理学家和气象学家[研究最多和研究主题之一1]。多个城市气候研究探讨了城市区域内的环境设置的影响小气候条件[2-7]。Shahrestani等人[5]透露，小气候参数通过在该领域研究中的城市纹理的属性伦敦的一个人口密集的城市区域显著的影响。在达卡研究，Sharmin等。[6]表示在城市几何形状（即，热带暖湿上下文和深的或均匀的城市峡谷），该分集可以创建在气候条件显著变化。然而，各种致病因素的气候，包括植被，水体，人为热，峡谷几何形状，建设因素的环境性能，仍然不明朗[7-9]。城市小气候最重要的方面之一是城市地区与周围农村地区相比的空气温度升高，这被称为城市热岛效应[10]。一个典型的城市环境是植被有限，并设置在高层建筑和交通基础设施。城市环境的另一个特点是能源消耗不断增加，空调产生的人为热量不断增加[11]和车辆，以及工业废弃物的增加和处置有毒污染物的排放[12]。

到目前为止，已经有一些研究使用实验风洞模型或计算流体动力学模拟来解决城市微气候问题[13-16]在不同的空间尺度的复杂的城市环境[示范16]。此外，这些研究在一年中最热的时间或理想的天气条件下进行模拟，在短期内。因此，实地研究，在街道层面提供了经验证据，气候进行量化的变化是理解环境和行人活动的长期温度和季节变化的影响是至关重要的。

众所周知，由人类活动和人类自身引起的人为热是造成小气候变化的主要因素[2]。Wong等人。[17]所提供的经验证据来自如拥挤城市热的主要来源暗示的人类活动的浓度。吹灯[18]和Wong等人。[19]建立了“企鹅效应”和“牛群效应”，分别用于说明在人类和保热效果上的单个拥挤的情况下，内生理变化。吹灯[18]还声称，热量会从人转移到环境，结果在一个温暖的小气候。行人专用区和交通 - 平静的方案正日益发展紧凑型城市发展城市流行的规划政策。我们的目标是从城市街道中除去车辆通行，以改善环境质量。利用香港作为一个人口密集的城市一个城市的独特的例子，行人专用区由香港运输署[定义20.]作为“限制到街道或区域专用行人车辆访问”。这些方案不仅提高了行人的安全，但也减少了空气污染，改善不足的城市空间的问题。其中行人环境改善计划已落实的地区已经成为街头艺人和经济活动的热门地点，这更容易导致过度拥挤。迄今为止，大多数研究只集中在行人专用区的经济和社会影响[21,22]。为了提高步行区内的热舒适和生活质量，对步行区内的微气候变化进行更多的研究是及时和必要的。

市区通常由街道覆盖，被称为街道设计对城市小气候的影响[4,23]。城市街道的几何形状和朝向各不相同，这影响了自然通风和太阳辐射，并对街道峡谷和附近环境的小气候产生重大影响[24,25]。陈等人。[4]报告指出，描述城市几何形状的常用指标是天空视景因子(SVF)，而他们在香港高层、高密度的市区的研究表明，SVF有助于了解城市街道峡谷的微热气候。这些作者发现SVF与白天城市内的温差成反比。此外，更多先前的研究已经审查和比较了不同街道配置的几个社区的城市小气候[25,26]。此外，城市气候的研究主要依赖于从官方公布的城镇气象站获得的气象测量。作为由世界气象组织（WMO）的标准规范，要求自动气象站地区有大量的流量和人类活动的进行，距离城市化的地区了。其结果是，城市化的影响可能被低估了在一些城市小气候研究。本文旨在量化造成交通拥挤和行人活动的时间和空间的小气候变化。为了控制混杂变量，提高可靠性，交通和行人活动同一条街上的几何形状下变化。此外，该研究旨在通过空气温度测量领域研究，实证检验步行区域内的小气候，并在比较低的位置SVF行人对交通繁忙拥挤的效果。为了检验在街道上的温度变化，现场监测研究是在与特征不同的设置五个有代表性的地点在香港旺角的一条繁忙的街道峡谷进行。为了识别城市街道峡谷内的致病因素的小气候，研究定量空气温度的时空分布与综合使用地理信息系统（GIS）技术和低成本的传感器。研究结果将告知检查对行人活动的汽车流量大的气候变化未来的研究，并可能在人口密集的城市城市的行人水平提高热舒适度。

2.材料和方法

2.1。研究区域

Hong Kong is one of the most densely populated megacities in the world, with more than 7.8 million inhabitants living within a total land area of approximately 1104 km²。大多数居民都与高层建筑和摩天大楼和浓公路网[高密度聚集在城市化地区（占土地总面积的24％）4,11]。典型的亚热带湿热的天气，与居住在有限的开放空间，导致严重的热不适和密密麻麻的高楼大厦的人口比例较高沿着提升了城市的能源消耗[17]。

本研究命名为西洋菜南街（SYCSS）在香港旺角（图繁忙的街道峡谷1）收集温度变化的证据，在街道一级。该SYCSS是在2000年[开始实施，这些兼职行人环境改善计划范围内26]。旺角位于香港，内地和远离海岸设置的九龙半岛，并用海风有限。旺角被称为人口最社区之一，在世界上[27]被分类为基于本地气候区（LCZ）分类系统上紧凑高层区（LCZ1）28-30.]，并被公认为香港城市化地区最主要的土地用途贷款之一[29,30.]。SYCSS is located in the heart of Mong Kok and represents a 650 m long urban canyon with an orientation of NNW-SSE direction. This urban street canyon is a typical deep canyon (average canyon aspect ratio (H/W)≈3.78 and average sky view factor (SVF)≈0.174). According to Wong and Chen [9]，高宽比大于2(或SVF小于≈0.4)的街谷特征为深，自然通风减弱。SYCSS也是住宅和商业建筑的混合体，是香港非常典型的城市街道峡谷。在sycs中可以发现不同的特征，其中一些部分在特定时期包含高交通量和高行人流量，被封闭在这个深峡谷中(低SVF)，这使得它非常适合进行街道级别的城市微气候研究。根据运输署的报告[26]，在高峰期间，内SYCSS人流可以达到每小时20000名行人。有道路空间不足以同时容纳车辆通行和行人，这有助于交通事故。在2000年，兼职行人方案和交通镇定在SYCSS的拥挤份引入具有高行人流量（从点B和端部开始在图E点1)。在特定时段(星期一至六下午四时至午夜、星期日及公众假期中午至午夜)，禁止车辆驶入，希望纾缓交通挤塞区的交通流量可改善街道环境及行人安全[26]。

数字1示出了邻近的交点（点A到E）的五个取样位置。Each location represents different characteristics across the 650 m long and straight urban canyon. Table1总结了五个位置的各个特征和特性。街道峡谷几何形状（平均H /W≈3.78和SVF≈0.174）在整个五个位置相似，并有人流和人类活动（商业零售企业）的类似数额。A点为代表的高容量交通和行人流量高的组合主要道路的条件。A点是香港最常见的环境条件之一。点B，类似于A点，沿着具有高体积流量和高人流的组合的主要道路位于。B点是部分时间行人专用街道与在特定周期内没有车辆进出的开始。C点，位于市区峡谷中间，也是部分时间行人专用街道内（与在特定周期内没有车辆进出），但它有流量（实施交通 - 平静的街道）的小体积垂直穿过它在所有的时期。点d是兼职的步行街内，有在特定周期内没有车辆进出，并有高水平的步行活动。E点是在部分时间的步行街的端部和具有相似的交通状况为点C，具有流量（流量镇静街道被实施）在所有周期的平均体积。 Point E was a small pocket park, 1364 m²在大小（图2 (b))。

2.2。仪器仪表和数据采集

在每个采样位置（点A〜E），测定空气温度的小气候可变的，并由小和便宜的传感器（马克西姆的Thermochron iButton的）收集31]。配备有记录器的传感器分别校准并容纳在nonaspirated太阳辐射屏蔽件（发病HOBO RS3）。Each of the housed sensors was mounted on designated roadside street signs posted at 2.3 m above ground, thereby complying the regulations of the Highways Department of Hong Kong (Figure2(一个))。传感器的温度精度好于±0.5℃（从-10℃至+ 65℃），如制造商所述，用软件更正以测量与11位（0.0625°C）分辨率[温度32]。此外，天文台亦根据香港天文台总部的官方市区气温记录测试及验证传感器，见Wong等人所示。[17]。

夏季(2012年9月15-21日)连续7天，每隔15分钟记录一次测温，冬季(2013年1月19-25日)重复测温。两个采样期间的天气状况与通常的季节模式一致，并且没有降雨。此外，南中国海上空并无影响香港的台风或热带气旋。平均气温为27.1℃(夏季)和18.5℃(冬季)。平均风速及风向分别为夏季5.9米/秒及110度及冬季5.4米/秒及60度[32]。

五个采样点(A点到E点)被策略性地选择来代表不同的特征(即,traffic volume, pedestrian flow, and pocket park settings) across the 650 m long urban canyon for monitoring microclimatic variables. The traffic volume was referenced from the annual average daily traffic (AADT) provided by the Transport Department, whereas the pedestrian flow was estimated based on field observations at the sampling locations. Full meteorological conditions (i.e., air temperature, wind speed and direction, and rainfall) measured at the HKO were obtained at 1-minute intervals for the duration of the study [32]。参考这些数据并与取样的街道水平测量进行比较，以检查微气候变化。

2.3。方法的分析

在夏季和冬季用的iButton传感器为点A收集到E的15分钟的空气温度读数首先汇总到每小时数据。每个位置（点A至E）的每小时读数，然后在整个时间尺度线图在每隔一小时超过7天为夏季和冬季绘制。在测量期间的官方天文台温度读数也绘制一起供参考和比较。点A的每小时平均温度读数到E被箱形图图所示。官方公布的城镇（天文台）温度也被引用。夏季和冬季期间绘制了一起对比和比较。

为了进一步评估的步行活动与交通繁忙的条件之间的微气候的差异，选择夏季和点A（全时的流量）和点d（在行人期间没有车辆访问）的冬季平均每日温度测量进行进一步的评估。要删除分析之前的背景气候影响，这两个点A和d的平均每小时温度测量，首先比较对官方公布的城镇天文台确定城市温差。点d的测量进一步分化成两组：流量和nontraffic时间段。该nontraffic时间表示为下午4时至午夜十二时为所有天为简化计算。平均每小时温度读数与呈现并排侧为便于比较夏季和冬季的数据线图绘制。学生的搭配t-test也被用于审查根据三个不同的时间的场景点A和点d之间的小气候关联：交通，nontraffic，并且作为一个整体。The statistical outcome for point A and point D during the nontraffic period was used to examine the statistical and seasonal difference in various environmental conditions (i.e., high level of pedestrian activities and heavy vehicular traffic at major roads) that would contribute to the local urbanization effect within the deep urban canyon.

3.结果

五个不同的位置（点A到E）被检查温度变化的可能原因。每小时温度测量超过7天与官方公布的城镇天文台温度线图绘制一起在图参考3.。该图显示，所有地区在研​​究两个赛季表现出日变化相似的时间模式。值得注意的是，五个研究地点一致注册比城镇高天文台的读数。数字4显示箱图的平均夏季和冬季的测量。所有五个位置（点A〜E）（在夏季和冬季分别以平均1.5℃和1.3℃，）返回的值以上的平均官城市天文台测量（黑色水平虚线），用于两个季节。从图中提出的意见3.和4预计由于所有五个采样测量中的繁忙地区的旺角内的路边，封闭邻近城市活动的大量进行的，而官方公布的城镇天文台网站是在一个公园般的环境，远离主要道路和交通如由WMO调节。对于所有的位置，冬季测量与夏季（7.4℃，11.8℃的平均值）（图相比具有更大的昼夜温度变化4)。随着城市天文台的测量相比，配备专职交通点返回的夏季和冬季气温升高（1.7°C和1.8°C，分别）。与A点相比，点B至E兼职行人环境改善计划出现（夏季和1.2℃，冬季1.4℃）略经历相对较低的温度，但这些仍高于官方公布的城镇天文台测量。需要注意的是，在E点绿叶的冷却效应在两个季节不足。该观察预期的，因为口袋公园小而有限的植被以减轻城市化效果（如图2 (b))。

数字5displays the daily (a) 24 h summer and (b) winter average of hourly temperature plots for point A (full-time traffic) and point D (part-time pedestrian street). Point D is characterized by distinct traffic (double line) and nontraffic (dotted line) periods. Official urban HKO measurements were included as a reference (black dashed line). Both locations exhibited similar patterns of fluctuations in the temperature for both seasons. Both locations experienced warmer summer and winter temperatures than the HKO at all time scales. Note that during the nontraffic period between 4 pm and midnight, temperature differences between point A and point D were 0.53°C and 0.23°C on average for summer and winter, respectively. Also note that in both seasons, point D, which has no traffic access during the evening hours, appeared to be warmer, similar to the conditions of point A with full-time traffic. Table2总结A及d点与市区气温的平均差异(与市区天文台比较)2还总结了不同时期的季节比较统计结果:交通、非交通和所有时期。学生的搭配t-检验结果显示，各时段A、D点的城市温度差均值在各季节均有统计学差异( )。

4。讨论

沿着SYCSS的路边收集时间序列温度数据在两个季节气候变化的时间模式提供了经验证据。平均温度测量（每小时）为点A到E表现出类似的趋势，但记录的气温上升（1.5℃，平均分别为夏季和冬季，1.3°C），相对于官方公布的城镇天文台。这是观察到两个赛季所有时间尺度。绿化的作用，改善城市小气候的节目在冷却周边地区和缓解城市化效果没有影响，因为在点E.这个结果的小口袋公园观察到的是Wong等人的研究结果是一致的。[17]和Ng等人[33]。

A noticeable but not significant (an average difference of 0.63°C) microclimate variations was detected along the 650 m long and deep street canyon. The comparison of average temperature (hourly) during nontraffic periods (4 pm to midnight) for points A and D quantifies the microclimate difference of high pedestrian flow and high traffic volume. Note that in both seasons, during the evening hours (around 7 pm to 11 pm from Figure5)， D点(行人活动频繁)的每日平均每小时气温与A点(主要道路交通繁忙)相似。这可能是因为这些时段是高峰时段，人流量大，城市活动频繁。、商业、零售业务和街头表演)。城市温度差的统计结果显示，两者之间具有较强的、统计上显著的相关性(表2）下不同的时间的场景点A和点d（交通，nontraffic，并且作为一个整体）和两个季节之间。观测和统计结果证实，流量少没有显著减少在行人级别的小气候城市化效果，而行人活动的高水平促成了两个季节温暖的小气候。这意味着，需要进一步的检查更严重的问题。

5.结论

这项研究提出了经验证据对城市小气候变化走街串巷香港人口密集的城区步行范围内，对于温暖和凉爽的季节。我们沿着SYCSS的行人专用区的调查结果可能不准确，因为在一天中的不同时间行人交通可能受到影响的方式不同的小气候。不过，这项研究并报告有趣的发现，并奠定了解决香港的步行范围内的小气候变化今后的研究奠定了基础。结果发现，热影响并不完全是由繁忙的交通和观察到的高水平的人流和活动的减少是统计学支持在这项研究中两个季节缓解。

进一步的研究应该评估行人的生理学当量温度（PET）和热舒适性和解释有助于步行区域内的变化的因素。此外，口袋公园在香港的紧凑型城市地区的植被限制了冷却效果审查是及时和必要的告知更好的做法。在步行水平更好地了解气候变化将有利于城市设计和政策管理有关这预计到2025年将家中的世界人口的超过三分之二的城市地区的热舒适度和生活质量。

数据可用性

支持本研究结果的传感器数据可根据要求从通信作者处获得。

利益冲突

作者宣称，有兴趣就本文发表任何冲突。

致谢

作者感谢以下政府部门批准在路牌上安装传感器，以进行持续路边测量:运输部门、高速公路部门,康乐及文化事务署的香港特别行政区,谢谢也扩展到梅丽莎·哈特博士(研究室主任、澳大利亚研究理事会对气候系统科学卓越中心,新南威尔士大学)和PC赖教授(地理学系教授,香港大学)研究监督和支持。

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