城市空间构成对悬浮颗粒物分布的影响机理与控制

At present China's frequent haze weather is the result of various factors. The essence of the haze weather is the extreme accumulation of suspended particles under the special local climate conditions in the urban space. The special microclimate of urban underlying influences the diffusion and distribution of suspended particles and provides the driving force for the formation and persistence of the haze weather. So, the fundamental solution to the haze weather is to reveal the diffusion regulation of suspended particles in the urban space, to create a cause and effect relation between the structure of the space form and the diffusion of the suspended particles and to summarize how to regulate the space form in order to form the microclimate in which the diffusion of the particles will be decreased. Therefore, based on the temporal-spatial evolution of suspended particle density in urban space, through the test and simulating research on the distribution of the suspended particle under different meteorological conditions, different design index such as plot ratio, building density and building height, different construction such block integration, building group dispersion and building combination, the project aims to reveal the action mechanism and mode of urban space form and space construction on the distribution of suspended particles and find strategies and means to reduce the urban haze by adjusting urban space form and optimizing microclimate. The research results will provide the theoretical basis and design measures to build the ecological city.

当下我国频发的雾霾天气是多种因素综合作用的结果，其本质是悬浮颗粒物在城市空间特殊局地气候特征下引发的极端积聚现象。城市微气候影响了悬浮颗粒物扩散分布，为雾霾形成和持续提供了热力和动力因子。因此，揭示城市空间悬浮颗粒物的扩散规律，建立空间构成与颗粒物扩散之间的因果关联，调控城市空间构成模式以形成利于颗粒物扩散、减少其积聚的微气候环境，才是解决雾霾天气的根本途径。基于此，本项目立足于城市空间悬浮颗粒物浓度的时空演变，通过对不同设计指标如容积率、建筑密度和建筑高度；不同空间构成如街区整合度、建筑群离散度、建筑组合等情况下悬浮颗粒物扩散分布的测试和模拟研究，揭示空间形态与界面构成对悬浮颗粒物分布的机理和作用方式。在符合传统城市控规指标的前提下，提出控制悬浮颗粒物扩散的系列空间构成指标体系，形成调控空间构成优化局地微气候来减轻城市雾霾的的策略途径，为生态型城市规划建设提供理论依据和设计措施。

揭示城市空间悬浮颗粒物的扩散规律，建立空间构成与颗粒物扩散之间的因果关联，调控城市空间构成模式以形成利于颗粒物扩散、减少其积聚的微气候环境，是解决雾霾天气的根本途径。基于此，本项目以西安为例，按照街区——组团——典型城市节点三个层级展开研究：通过大规模的城市调研和三维矢量数据抓取，归纳建立了西安市不同类型的城市空间构成现状规律数据库；通过对5个典型街区，88个居住小区，城市滨水空间、城市公园、市民广场、住区绿地、高架桥、工业建筑组团、传统街谷、海绵型街谷等多种对城市热污环境演变带来明显作用的典型城市节点，采用无人机巡航测试、现场多点实测等方式进行了微气候的冬夏季测试，分析阐释了西安市不同城市空间热污环境时空分布规律；通过筛选适当的分类分级指标体系，利用LUR模型、MGWR模型和多尺度CFD模型，解析揭示了不同层级城市空间构成与城市热岛和悬浮颗粒物分布之间的耦合机制和演变规律；在此基础上，构建开发了基于GIS的城市大气污染物扩散模型；给出局地微气候调控的相关城市空间构成指标体系、推荐阈值和分级分类的规划管控定量指标与定性策略，最终形成从 “分类机制”→“扩散模型”→“定量阈值”→“管控策略”的城市空间构成优化的调控策略途径，为生态型城市规划和建设提供理论依据和设计措施。. 项目研究完善了城市微气候控制的基础理论，确立了核心指标体系，编制了城市大气污染物扩散模型程序，推荐了了相关规划设计参数和分类管控措施，为预测、优化调控城市微气候提供了科学工具和规划设计措施方法，取得了良好的社会效益。研究成果发表论文20篇，编著专著两本，形成专利5项，参加国际学术会议10人次，国内重要学术会议多人次，培养建筑技术科学及城乡规划学方向硕博研究生6人，申请省级人才1人次，依托本项目研究团队获批省级重点领域科技创新研究团队，并与规划管理部门合作开发微气候管控平台，保证了功能区规划生态性与可行性的统一，对生态型城市布局和环境控制具有重要的理论价值和工程示范效应。