城市建築對氣象的影響

熱島效應是最近若干年城市化帶給我們的氣候影響之一，而其它情況下的氣候所受到的城市影響並不為普通人所知。隨著歐洲綠色可再生能源的發展計劃，相關的城市計算和城市建模技術得到了推進。國內恐怕除了霧霾現象比較受重視之外，類似的研究十分罕見，而google在去年就提供了一項，通過結合地圖計算屋頂安裝太陽能發電板可能帶來的收益模型。

瑞士聯邦理工的最新研究為工程師和氣象學家帶來了一款能夠快速對城市進行建模的方案，用來分析城市建築對局部天氣和氣候的影響模式。目前已經有一家百葉窗製造商對此項目表示相關的興趣，不久的將來氣象學家應該會考慮使用該模型。

城市建築的造型、成落的方式，以及它們所產生的熱量都對局部天氣有著至關重要的影響。通過相關的可計算化建模，能夠提高城市局部天氣預測的精確度，也能為(土木)工程師們進行建築設計提供相關能耗優化依據。

通常情況下，這種規模的建模和計算任務是十分複雜，又耗時耗力的，很少有足夠的經費預算進行支撐。CRYOS實驗室在去年展開的一項研究也表明了相關方案的計算複雜性和研究重要性。該校的太陽能和建築物理力學實驗室的Dasaraden Mauree博後通過簡化計算和建模方案，提供了一種使用便捷的建模方式。利用這種流水線式的建模方案，他對巴塞爾市的數據進行了處理，獲得了與傳統建模方案類似的結果，相關的成果發表在《Frontiers in Earth Science》

在之前的建築設計中，很少有設計師考慮建築對城市氣象的影響，而他們的項目計劃考慮城市建築所釋放的熱量對現代天氣預報模型的相關影響，提出改進的新型方案。

通過建立一個能夠代替原巴塞爾城的建築群模型，Mauree計算一些能夠反饋建築信息的密度特徵，如建築的平均長、寬、高等信息，創建了一批"標準化建築模型"——brick。然後想樂高積木一樣，通過堆疊的方式去構建更加複雜的建築。而這種解耦的方式，正是理解城市建築對天氣影響的關鍵，因為這種影響過程很大程度上受到建築高度的影響。

接著，他還需要將氣象信息融入到模型中，比如巴塞爾的風速風向，溫度和濕度等。以brick為基本計算單元，你可以估算得到每個brick附近的氣象信息。而建築師們則可以通過這種建模方式，以城市局部為對象，估算不同形狀的建築外觀帶來的能源消耗，從而確定出一個建築能耗更低，更科學的建築外觀。在較低的樓層一般風力不大，但是濕度很大，特別是周邊綠化很好濕度更大。隨著樓層增加，風力影響逐漸增強，這將導致更嚴重的能源丟失。而在炎熱的天氣，對流尤為明顯，建築的表面和周圍的地面都會顯著的升溫。這些炎熱而稀薄的空氣向著高層流動與上層的冷空氣接觸。與其這樣解釋，不如說冷空氣的密度更大，他們壓向地面的熱空氣，將低密度的熱空氣擠入上層，並且進行融合。此外，建築師還需要考慮周邊建築對光照的影響，從而設計新樓的採光和遮光。

而這種模型除了能在建築領域大放光彩之外，氣象學家和氣候學家，以及建築製造商均能夠利用這種建模方式進行相關的探索性研究，以便從新的視角來了解我們所創造的都市。比如建築表面對風速和氣流在城市的流動對氣候學家和氣象預測的作用，以及前面提到的百葉窗製造商在進行產品測試和推廣對象選擇。說不定軍事專家也能夠利用該模型構建不同的打擊方案。

也希望國內專家能夠引入此建模方案，設計霧霾疏導友好型新型現代都市做好準備。

煎蛋建築研究院為你報道。

相關論文
Dasaraden Mauree, Nadege Blond, Manon Kohler, Alain Clappier, On the Coherence in the Boundary Layer: Development of a Canopy Interface Model, Frontiers in Earth Science, January 2017.

[鄰家乖蜀黍 via epfl]

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