快速的城市化建设促使原有的自然生态下垫面被建筑物和硬质地面所替代，打破了城市生态系统的动态平衡结构，并与城市人类其他活动共同作用使得城市局部热环境不断改变，加剧了城市热岛效应，降低了人体热舒适性。如何利用城市规划来破解城市热环境恶化、不断缓解热岛效应已成为当前城市人居环境研究的重要课题，“应对城市热岛效应的城市设计与规划”也被2019年12月中国工程院战略咨询中心等机构联合发布的《全球工程前沿2019》报告列为土木、水利与建筑工程领域Top10的工程研究前沿之一。既往研究在城市热岛效应、城市热环境方面虽然取得了众多研究成果，但在城市空间规划与城市热环境开展的关联性研究方面存在不足，且对城市热环境质量的时空分布规律把握不准确，在从城市规划视角研究城市热环境的管控技术方面仍处于起步阶段。 本文选择我国西北大城市-西安作为研究对象，基于多年热湿环境实测数据、气象站观测数据、多源城市空间规划数据，通过遥感、ArcGIS空间分析、统计建模等方法的综合运用，研究城市热环境的时空分布特征及城市多元要素对热环境的影响机制，构建了基于城市空间规划可控指标的热环境评价体系，系统地从城市规划学视角对城市热环境进行综合研究。具体研究内容及成果如下： 首先通过对多源城市空间数据的挖掘，计算了68个影响城市热环境的潜在城市空间规划可控关联指标，归纳出7类城市规划控制方向。其次，针对西安城市空间发展特点，改进目前局地气候分区（LCZ）分类标准，增加LCZ 4-Ⅱ，5-Ⅱ，6-Ⅱ及D-Ⅱ四个亚类，利用创建的城市空间规划数据库中的众多指标，辅以人为监督分类，将研究区划分成17类局地气候分区，并提出了针对不同城市空间特征的气象站点布置标准和观测要求，从17类局地气候分区及8类用地性质分类中选取55个典型地块进行长时间大规模的实地测量，创建了从采样选点—数据采集—采样后处理的热环境参数的完整调查方法体系，获取了大量城市热环境数据。 研究通过利用泰森多边形的赋值方式和建立标准气象日的插值技术，将热环境观测数据与城市规划数据进行空间整合，推导出城市热环境的时空分布现状，并从聚集程度、重心位置、圈层格局、剖面格局四个视角解析热环境时空格局特征，结果表明：夏季日间高值温度区呈现“多心多廊式”空间结构，夜间呈现“双心多廊式”结构；冬季夜间呈现“单心双廊式”结构；城市夜间热环境空间格局与西安单中心团块状布局形式更加吻合。 研究量化了不同局地气候分区类型的热环境特征，结果表明：LCZ 7（轻质低层）类型的日间温度最高、湿度最低；LCZG（水域）日间温度最低、湿度最高；LCZ 2（高密中层）夜间温度最高、湿度最低；LCZ D-Ⅱ（低矮农田）夜间温度最低、湿度最高，证明了不同分区之间的热环境特征具有显著差异。同时量化了不同用地性质类型的热环境特征，研究发现：工业用地类型夏季日间温度最高，医疗用地夜间温度最高。总体上，研究区夏季夜间热岛强度普遍高于日间、冬季热岛强度高于夏季。 通过对城市空间规划指标与热环境参数的量化关系解析发现，与夏季日间平均温度相关性最高的指标是天空可视度，夜间是建筑密度；几乎没有指标与冬季日间温度具有明显的相关性，与冬季雾霾天气夜间温度相关性最高的指标是铺地比热容，晴朗夜间是粗糙度，总体来说，夜间城市热环境更易受城市空间规划布局以及周边环境的影响。在多重因素对城市热环境的共同作用机制方面：论文构建了夏季8个热环境参数的主成分回归模型，定量获取了综合影响因素中多因子对城市热环境参数的影响权重，构建了基于城市空间规划可控指标的热环境评价体系，并筛选出核心管控类别及多个核心规划调控指标。 最后，将局地气候分区理论融入城市气候图系统，按照城市空间形态类型将相似的城市气候分区归并，绘制专门面向城市规划管控的城市气候环境规划建议图，并结合核心规划调控指标，在城市规划设计层面落实指标调控的要求，有针对性地为制定城市总体气候环境规划提供直观的操作指南。 综上所述，本文基于构建的城市空间规划指标与热环境参数数据库，通过对数据的赋值、插值处理技术推导了城市热环境的空间分布现状；并提取了影响城市热环境的核心城市空间规划调控指标要素，最终制定出基于气候舒适度优化的指标管控策略，实现与城市规划管理工作的无缝对接。 |
