[发明专利]一种根据自然环境识别城市天然风道的方法

说明书

本发明公开一种根据自然环境识别城市天然风道的方法，建立研究区域，根据该区域数字高程模型DEM和高分辨率遥感影像建立地形格网；以该地形格网作为计算空域，利用风场仿真计算模型，计算指定主导风条件下的近地稳态风场，根据风向量场推演贯穿整个研究区域的风行进路线，并以密集流力线形式表达；将流力线图与遥感影像图层叠加在一起，结合氧源地、冷源地和城区的分布情况，选择最有利于将优质空气送入并贯穿城区的流力线作为最优天然风道。本发明不仅可用于不同主导风条件下的城市风环境分析，还能够将市域风环境以直观方式可视化出来，为城区人工风道规划设计提供科学决策依据，从而有效避免决策过程的盲目性和随机性。

技术领域

本发明属于城市规划技术领域，具体涉及一种根据自然环境识别城市天然风道的方法。

背景技术

城市大气污染与城市气候问题是影响我国可持续发展的重要气候问题。城市通风廊道是城市空气交换的通道，合理规划的通风廊道有利于加快城区和城郊的“热冷”空气循环，有助于城市局地空气环流的形成，从而缓解城市热岛、浊岛、雾霾等城市气候问题，在减少城市整体能耗的同时显著改善城市空气质量，提升城市舒适度。

现有的城市通风廊道规划主要涉及市域、市区和居民小区三个层次级别上的空气环境分析。市区级风道规划主要利用GIS技术，根据城区建筑物分布特征定量化描述地表粗糙度和迎风面密度，将其作为影响通风能力的代价值，将通风阻力代价最小的路线作为城市风道规划设计的依据条件。而居民小区和市域级的通风条件分析则分别利用了微观空气动力学和中尺度气候预报模型计算技术，前者用于分析小区内的热交换空间分布特征，后者用于评估市区天然风主要来风方向。

虽然中尺度气候预报模型能够为市区风道GIS分析提供一定的入口风方向信息，但并不能为市区内人工风道规划提供自然环境下天然风道分布的依据，并且缺乏描述天然风道运行路径的有效方法。

城市规划部门总是在缺乏对市域天然风传播规律缺乏了解的情况下进行市区人工风道规划设计，致使市区人工风道规划方案无法顺其自然地融入到城市周边的天然风环境中，从而限制了城区人工风道的通风效率。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种根据自然环境识别城市天然风道的方法，本发明以待规划人工风道的城区为中心，将城市周边自然区域囊括进来作为研究区域，根据研究区内的地理环境和地物类型分析城市所处自然环境内的天然风道，识别出最有利于将冷原地和氧源地优质空气送入城区的最优天然风道。

技术方案：本发明的一种根据自然环境识别城市天然风道的方法，包括以下步骤：

(1)针对以指定城区为中心且包含周边自然环境的研究区域，构建用于风场分析的地形格网；

(2)根据研究区内的历史气象数据统计分析研究区盛行风向，将盛行风向作为后续风场仿真的主导风向；如果已有盛行风数据或者明确要求识别指定主导风向下的天然风道，则直接根据实际情况选择主导风向；

(3)以步骤(1)构建的地形格网为计算空域，利用风场仿真计算模型得到步骤(2)所得主导风条件下的近地风速向量场，该近地风速向量场具有与地形格网相同的阵列维数；此处风场仿真计算模型包括美国的Ewind模型，加拿大的WEST模型，欧盟的ANEMOS模型，丹麦的WAsP模型，我国曾经广泛使用的MM5和MC2模型以及近些年使用较多的WRF模型，还有本发明案例部分所使用的计算流体力学(CFD)模型。

(4)根据近地风速向量场构建能够描述风行进路线的流力线图，该流力线图中每一条流力线均代表一条备选天然风道；

(5)将流力线图与遥感影像(或地形图)相叠加，观察所有流力线运行路径，根据对应评判准则选择最有利于改善城区空气质量的流力线作为最优天然风道。

进一步的，所述步骤(1)的详细过程为：