广东区域通风廊道识别初探

杨土士; 王伟文; 常鸣; 王雪梅

doi:10.16032/j.issn.1004-4905.2024.041

广东区域通风廊道识别初探

doi: 10.16032/j.issn.1004-4905.2024.041

杨土士^1, ,,
王伟文^{2, 3},
常鸣^{2, 3},
王雪梅^{2, 3}

1.
中国气象局广州热带海洋气象研究所，广东广州 510641
2.
暨南大学环境与气候研究院，广东广州 511443
3.
粤港澳环境质量协同创新联合实验室，广东广州 511443

详细信息

通讯作者:
杨土士，广东省人，男，硕士，主要从事大气环境与大气科学研究。E-mail: 1255986696@qq.com

中图分类号: X16
计量
- 文章访问数: 30
- HTML全文浏览量: 10
- PDF下载量: 17
- 被引次数: 0
出版历程
- 收稿日期: 2023-01-05
- 修回日期: 2024-03-18
- 网络出版日期: 2024-08-08
- 刊出日期: 2024-06-20

A Study on Regional Ventilation Corridor in Guangdong

YANG Tushi^{1
, ,},
WANG Weiwen^{2, 3},
CHANG Ming^{2, 3},
WANG Xuemei^{2, 3}

1.
Guangzhou Institute of Tropical and Marine Meteorology, China Meteorological Administration, Guangzhou 510640, China
2.
Institute for Environmental and Climate Research, Jinan University, Guangzhou 511443, China
3.
Guangdong-Hongkong-Macao Joint Laboratory of Collaborative Innovation for Environmental Quality, Guangzhou 511443, China

摘要

摘要: 以广东省为例，通过绘制空气动力学粗糙长度，从动力学角度初步识别出通风潜力；利用数值模拟输出的冬夏季平均水平风场，结合近地面温度和粗糙长度加权后得到通风指数，发现城际尺度风道分布受季节热力差异影响，冬季通风能力显著优于夏季。将通风评价结果划分为4个等级，从广东全域尺度分冬、夏两季识别了潜在风道。
- 通风廊道 /
- 城市化 /
- 地表粗糙度 /
- 城市热岛 /
- 数值模拟 /
- 土地利用 /
- 土地覆盖
Abstract: The present study aimed to identify the natural ventilation potential in Guangdong Province by employing the concept of roughness length from the perspective of aerodynamics. A ventilation index was derived using numerically simulated average horizontal wind field data in winter and summer, and the weighted combination of near-surface temperature and roughness length. It was found that the distribution of inter-city ventilation corridors is affected by seasonal thermal differences, with significantly better ventilation capacity in winter compared to summer. The ventilation evaluation results were categorized into four grades, and potential ventilation corridors were identified for winter and summer in Guangdong.
- ventilation corridor /
- urbanization /
- surface roughness /
- urban heat island /
- numerical simulation /
- land use /
- land cover

HTML全文

图 1 广东省的海拔高度分布

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 广东省模拟区域的土地利用类型分布

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 技术路线

注：红色箭头表示区域通风潜力最主要的影响因子的计算；蓝色箭头部分表示风道等级的计算。

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 模拟区域的土地利用类型分布，以及根据USGS土地利用类型数据（GLC2015）估算的粗糙度长度最大值（z_{0_max}）的通风潜力评估

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 5 2019年1月以及7月平均10 m风速(U₁₀)模拟值

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 6 WRF模拟的2019年1月以及7月地面2 m平均气温（T₂）

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 7 结合地面2 m气温T₂和地表粗糙度z₀用序关系法确定的无量纲通风指数（I_v）（数值越小通风能力越强，冬季总体强于夏季）a. 冬季；b. 夏季。

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 8 冬季（a）和夏季（b）的广东通风廊道模拟图

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 1 模拟输出站点10 m风速（U₁₀）验证统计量

站点	1月			7月
站点	平均误差BIAS	均方根误差RMSE	相关系数R	平均误差BIAS	均方根误差RMSE	相关系数R
广州	4.09	2.79	0.41	4.47	3.07	0.50
东莞	2.48	0.80	0.52	2.42	1.15	0.40
汕头	3.54	1.71	0.40	3.19	1.46	0.62
韶关	2.46	0.96	0.67	2.33	1.24	0.61
湛江	3.27	1.55	0.42	2.88	1.24	0.72

下载: 导出CSV

表 2 模拟输出站点2 m气温（T₂）验证统计量

站点	1月			7月
站点	平均误差BIAS	均方根误差RMSE	相关系数R	平均误差BIAS	均方根误差RMSE	相关系数R
广州	1.07	3.82	0.74	0.54	1.23	0.67
东莞	1.69	2.21	0.85	0.25	0.97	0.78
汕头	1.84	2.13	0.83	-1.00	1.34	0.68
韶关	2.83	3.41	0.79	-0.08	1.00	0.69
湛江	2.30	2.77	0.85	-0.14	0.89	0.65

下载: 导出CSV

表 3 广东省冬夏两季风道经过城市

冬季风道			夏季风道
入口	出口	经过城市	入口	出口	经过城市
①	①	湛江	①	①	湛江→茂名→云浮→肇庆
②-a	②-1	云浮→茂名	①	①	湛江→茂名→云浮→肇庆
②-b	②-1	肇庆→云浮→阳江→茂名	②	①	阳江→云浮→肇庆
②-b	②-2	肇庆→佛山→江门	②	①	阳江→云浮→肇庆
②-c	②-2	韶关→清远→佛山→江门	③	①	江门→佛山→肇庆
②-d	②-2	韶关→清远→佛山→江门
③	③	河源→韶关→广州→中山→珠海
④-a	④	河源→惠州	④	②	深圳→惠州→河源
④-b	④	梅州→河源→惠州	④	②	深圳→惠州→河源

下载: 导出CSV

参考文献(52)

[1]	武夕琳, 刘庆生, 刘高焕, 等. 高温热浪风险评估研究综述[J]. 地球信息科学学报, 2019, 21(7): 1 029-1 039.
[2]	杨若, 敖祖锐, 张晶, 等. 中小尺度下植被冠层对屋顶表面温度的调控效应分析[J]. 地球信息科学学报, 2019, 21(7): 1 097-1 108.
[3]	邹雨轩, 吴志峰, 曹峥. 耦合土地利用回归与人口加权模型的PM2.5暴露风险评估[J]. 地球信息科学学报, 2019, 21(7): 1 018-1 028.
[4]	WANG W W, ZHOU W, et al. Urban heat islands in Hong Kong: statistical modeling and trend detection[J]. Natural Hazards, 2016, 83(2): 885-907.
[5]	DAI J N, WANG X M, DAI W, et al. The impact of inhomogeneous urban canopy parameters on meteorological conditions and implication for air quality in the Pearl River Delta region[J]. Urban Climate, 2019, 29: 100494.
[6]	OKE T R, MILLS G, CHRISTEN A, et al. Urban Climates[M]. Cambridge: Cambridge University Press, 2017.
[7]	REN C, YANG R Z, CHENG C, et al. Creating breathing cities by adopting urban ventilation assessment and wind corridor plan - The implementation in Chinese cities[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2018, 182: 170-188.
[8]	刘姝宇, 沈济黄. 基于局地环流的城市通风道规划方法——以德国斯图加特市为例[J]. 浙江大学学报(工学版), 2010, 44(10): 1 985-1 991.
[9]	任超, 袁超, 何正军, 等. 城市通风廊道研究及其规划应用[J]. 城市规划学刊, 2014, (3): 52-60.
[10]	Ng E. Policies and technical guidelines for urban planning of high-density cities - air ventilation assessment (AVA) of Hong Kong[J]. Building and Environment, 2009, 44(7): 1 478-1 488.
[11]	中华人民共和国国家发展和改革委员会, 中华人民共和国住房和城乡建设部. 国家发展改革委住房城乡建设部关于印发城市适应气候变化行动方案的通知[J]. 建筑节能, 2016 (3): 5-5.
[12]	赵红斌, 刘晖. 盆地城市通风廊道营建方法研究——以西安市为例[J]. 中国园林, 2014(11): 32-35.
[13]	党冰, 房小怡, 吕红亮, 等. 基于气象研究的城市通风廊道构建初探——以南京江北新区为例[J]. 气象, 2017, 43(9): 1 130-1 137.
[14]	尹杰, 詹庆明. 武汉市城市通风廊道挖掘研究[J]. 现代城市研究, 2017, (10): 58-63.
[15]	张云路, 李雄. 基于城市绿地系统空间布局优化的城市通风廊道规划探索——以晋中市为例[J]. 城市发展研究, 2017, 24(5): 35-41.
[16]	刘姝宇, 余波, 宋代风, 等. 基于气候分析的城市通风系统构建方法初探——以厦门市为例[J]. 城市建筑, 2019, 16(13): 61-66.
[17]	王伟武, 黎菲楠, 王頔, 等. 基于通风潜力及风特征量化分析的城市风道构建[J]. 浙江大学学报(工学版), 2019, 53(3): 470-481.
[18]	GRIMMOND C S B, ROTH M, OKE T R, et al. Climate and more sustainable cities: Climate information for improved planning and management of cities, producers/capabilities perspective[J]. Procedia Environmental Sciences, 2010, 1, 247-274.
[19]	李磊, 吴迪, 张立杰, 等. 基于数值模拟的城市街区详细规划通风评估研究[J]. 环境科学学报, 2012, 32(4): 946-953.
[20]	张亦洲, 苗世光, 戴永久, 等. 北京夏季晴天边界层特征及城市下垫面对海风影响的数值模拟[J]. 地球物理学报, 2013, 56(8): 2 558-2 573.
[21]	张丽英, 裴韬, 陈宜金, 等. 基于街景图像的城市环境评价研究综述[J]. 地球信息科学学报, 2019, 21(1): 46-58.
[22]	任庆昌, 魏冀明, 戴维. 区域风环境研究与通风廊道建设实施建议——以珠三角为例[J]. 热带地理, 2016, 36(5): 887-894.
[23]	CHEN Y, ZHANG N, ZHU Y. High-Resolution Simulations of the Urban Thermal Climate in Suzhou City, China[J]. Atmosphere, 2019, 10(3): 118.
[24]	俞布, 贺晓冬, 危良华, 等. 杭州城市多级通风廊道体系构建初探[J]. 气象科学, 2018, 38(5): 625-636.
[25]	刘红年, 贺晓冬, 苗世光, 等. 基于高分辨率数值模拟的杭州市通风廊道气象效应研究[J]. 气候与环境研究, 2019, 24 (1): 22-36.
[26]	GU K, FANG Y, QIAN Z, et al. Spatial planning for urban ventilation corridors by urban climatology[J]. Ecosystem Health and Sustainability, 2020, 6(1): 1747946.
[27]	李璐, 潘文卓, 孙凯, 等. 基于大气环境分析的常州通风廊道研究[J]. 环境工程, 2019, 37: 511-515.
[28]	申鑫杰, 赵芮, 何瑞珍, 等. 郑州市市区风环境模拟研究[J]. 地球信息科学学报, 2020, 22(6): 1 349-1 356.
[29]	XIE P, YANG J, WANG H, et al. A New method of simulating urban ventilation corridors using circuit theory[J]. Sustainable Cities and Society, 2020, 59: 102162.
[30]	WANG W W, NG E. Air ventilation assessment under unstable atmospheric stratification - A comparative study for Hong Kong[J]. Building and environment, 2018, 130(2): 1-13.
[31]	WEI R, SONG D, WONG N H, et al. Impact of urban morphology parameters on microclimate[C]. Procedia Engineering, 2016, 169: 142-149.
[32]	贺文慧, 杨昕, 汤国安, 等. 毅基于数字高程模型的城市地表开阔度研究——以南京老城区为例[J]. 地球信息科学学报, 2012, 14(1): 94-100.
[33]	STEWART I D, OKE T R. Local climate zones for urban temperature studies[J]. Bulletin of the American Meteorological Society, 2012, 93 (12): 1 879-1 897.
[34]	REN C, NG E, KATZSCHNER L. Urban climatic map studies: A review[J]. International Journal of Climatology, 2011, 31(15): 2 213-2 233.
[35]	HE X D, SHENS H, MIAO S G, et al. Quantitative detection of urban climate resources and the establishment of an urban climate map (UCMap) system in Beijing[J]. Building and environment, 2015, 92: 668-678.
[36]	MIAO S G, LI P Y, WANG X Y. Building morphological characteristics and their effect on the wind in Beijing[J]. Advances in Atmospheric Sciences, 2009, 26(6): 1 115-1 124.
[37]	MIAO Y C, LIU S H, CHEN B C, et al. Simulating Urban flow and dispersion in Beijing by coupling a CFD model with the WRF model[J]. Advances in Atmospheric Sciences, 2013, 30(6): 1 663-1 678.
[38]	HE X D, LI Y H, WANG X R, et al. High-resolution dataset of urban canopy parameters for Beijing and its application to the integrated WRF_Urban modelling system[J]. Journal of Cleaner Production, 2018, 208: 373-383.
[39]	QIAO Z, XU X L, WU F, et al. Urban ventilation network model: A case study of the core zone of capital function in Beijing metropolitan area[J]. Journal of cleaner production, 2017, 168: 526-535.
[40]	LIU Y S, ZHOU Y, LI Y R. Ventilating Beijing cannot fix pollution[J]. Nature, 2016, 53: 441-441.
[41]	HANSEN M., SONG X. . Vegetation Continuous Fields (VCF) Yearly Global 0.05 Deg[DS]. NASA EOSDIS Land Processes Distributed Active Archive Center, 2018. https://doi.org/10.5067/MEaSUREs/VCF/VCF5KYR.001.
[42]	常鸣, 王伟文, 樊少芬, 等. 珠三角土地覆被资料优选及在WRF模式中的初步应用[J]. 环境科学学报, 2014, 34(8): 1 922-1 933.
[43]	National Centers for Environmental Prediction, National Weather Service, NOAA, U.S. Department of Commerce. NCEP FNL Operational Model Global Tropospheric Analyses, continuing from July 1999[DS]. Research Data Archive at the National Center for Atmospheric Research, Computational and Information Systems Laboratory, 2000. https://doi.org/10.5065/D6M043C6.
[44]	杨土士, 王伟文, 常鸣, 等. 北京市潜在风道的数值模拟与综合识别[J]. 地球信息科学学报, 2020, 22(10): 1 996-2 009.
[45]	CHEN S H, SUN W Y. A one-dimensional timedependentcloud model[J]. Journal of the Meteorological Society of Japan, 2002, 80(1): 99-118.
[46]	IACONO M J, DELAMERE J S, MLAWER E J, et al. Radiative forcing by long-lived greenhouse gases: Calculations with the AER radiative transfer models[J]. Journal of Geophysical Research Atmosphere, 2008, 113: D13103.
[47]	CHOU M D, SUAREZ M J. A solar radiation parameterization (CLIRAD-SW) for atmospheric studies[R]. Maryland: NASA Technical Memorandum, 1999: 10460.
[48]	MATSUI Y, ZHANG Y F, PAULSON R F, et al. Dual role of a C-terminallytruncatedisoform of largetumorsuppressorkinase 1 in the regulation of hipposignaling and tissue growth[J]. DNA and Cell Biology, 2019, 38(1): 91-106.
[49]	CHEN F, DUDHIA J. Coupling an advanced land-surface—hydrology model with the Penn State/NCAR MM5 modeling system. Part Ⅰ: Model implementation and sensitivity[J]. Monthly weather review, 2001, 129: 569-604.
[50]	HONG S Y, NOH Y, DUDHIA J. A new vertical diffusion package with an explicit treatment of entrainment processes[J]. Monthly weather review, 2006, 134(9): 2 318-2 341.
[51]	SMITH F B, CARSON D J. Some thoughts on the specification of the boundary-layer relevant to numerical modelling[J]. Boundary Layer Meteorology, 1977, 12(3): 307-330.
[52]	EK M B, MITCHELL K E, LIN Y, et al. Implementation of Noah land surface model advances in the National Centers for Environmental Prediction operational mesoscale Eta model[J]. Journal of Geophysical Research, 2003, 108(D22): 8851.