基于遥感与CFD仿真的城市微环境研究

现代城市在快速发展过程中只注重经济发展而不注重环境和地域特点的保护，现在的大都市普遍均一化，地域特色不足，尤其缺乏对地域气候的适应性。在我国的夏热冬冷地区，夏季炎热的气候条件使不少城市难以达到宜居环境的标准。而目前的气候调节方式以人工调节为主。这种方式需要耗费大量的能源，并且对环境造成污染。更为重要的是，消耗能源所产生的热量，使城市热岛效应更为强烈，增加环境、气候变化的脆弱性。另一方面，城市规划中往往不会将绿地、水体等自然资源对区域小气候的调节作为规划中的主要考虑因素。如何通过建立人与自然的和谐机制，充分利用城市现有自然资源和气候条件，形成良好的人地关系，成为现今城市急待解决的问题。因此通过研究城市的微环境问题，分析生态资源的合理规划和利用，以达到改善城市热环境节约能源的目的。

城市的微环境问题属于学科前沿的研究内容，涉及到气候学、城市规划学、地理学、资源学等多学科的知识领域，加上城市体量巨大，情况复杂，因此传统的研究手段无法很好的进行城市热环境的研究。将以遥感 RS（Remote Sensing）技术和CFD（Computational Fluid Dynamics）仿真技术相结合进行数字化的综合研究是目前城市微环境研究的一种新方法。遥感技术可以通过反演地表温度、蒸散等参数，结合城市下垫面的相关遥感指标，研究城市热环境的结构和整体布局。CFD 模拟有流场分析的手段，可以从流体力学的角度研究城市微环境的运行方式，并可以对城市规划的改善优化措施和概念性设计进行模拟研究和评估。将两者整合成整体的数字化研究体系，可以完整和准确的对城市微环境开展研究。同时该方法着重考虑了自然下垫面在平衡城市热岛中的重要作用，并通过数字化手段研究如何发挥自然下垫面在城市规划中的作用，改善热环境。因此该方法是城市节能和可持续发展的一条新思路。

遥感技术在城市热环境研究中的应用

随着科技的发展，遥感技术越来越成熟，空间分辨率也越来越高。目前已完全能够胜任城市的空间分析工作。遥感监测时相多、范围广、能长期连续观测，对微观和宏观问题都可进行定性、定量分析。遥感卫星的宽阔视野，使利用遥感影像进行的空间分析具有全面性。而遥感卫星按照轨道的周期拍摄地球上任意指定区域的能力，使利用时间序列、地域序列进行对比分析的研究成为可能。在这其中，热红外遥感是城市热环境的较好研究手段。红外热成像技术使人眼不能直接看到的目标表面热辐射分布，变成人眼可以看到的代表目标表面热辐射分布的热图像；热红外线（或称热辐射）是自然界中存在最为广泛的辐射，甚至可以使人们在完全无光的夜晚，清晰地观察到地表的情况，人们可以利用它来对物体进行无接触温度测量和热状态分析，从而为工业生产、节约能源、保护环境等方面提供一个重要的检测手段。

遥感技术对 CFD 模拟的设置改进

遥感技术有其自己的优势：全面性、长期性、准确性；但是该技术也存在不足之处：不具备流场分析手段、不能进行优化设计。而CFD技术能够较好的解决这些问题，利用其流场分析、优化设计等方面的优势研究在不同的建筑密度、容积率等情况下的城市及区域微环境状况。当然，CFD技术在城市尺度的研究上也存在着的参数不好设置、验证较为困难等问题。边界条件和参数的设置是CFD仿真的核心。利用遥感反演结果和其部分推演参数对CFD仿真的参数设置进行修正。这种修正包括对数字模型外部参数的准确性修正和对热环境的整体结构性修正。最终使CFD仿真能够达到较为合理的状态，也突出显示了遥感技术与CFD仿真之间的互补关系。

遥感技术对CFD模拟设置的改进内容包括:

• 大气风环境的改善设置

• 建筑体块的改善设置

• 景观水体的改善设置

• 城市绿地的改善设置

CFD 仿真与遥感技术的关系

CFD仿真技术和遥感技术两种技术的关系是相互补充，相互支持的，两者的不足之处可以很好的相互弥补。遥感技术覆盖面广大，对城市的分析可以非常的全面，而地表温度、蒸散等参数的反演方法在大范围研究时具有足够的准确性。而CFD技术一直存在着参数难设置，验证困难等问题。利用遥感技术可以帮助 CFD 技术调整参数，并对模拟过程、模拟结果进行验证和调整。而当 CFD 的模拟参数设置调整到比较合适的状态后，其流场分析的优势就可以得到很好的发挥，可以表现城市的热场动力学机理和热环境运行状况，这是遥感分析不具备的功能。此外，CFD 技术还可以进行基于概念性的规划优化策略模拟，以得出较好的城市热环境改进和调节方式，这也是遥感技术无法实现的。

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