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研究生: 鄭子捷
Cheng, Tzu-Chieh
論文名稱: 以形態學方法探討都市風廊道與潛力降溫改善策略-臺南市安平與周邊區域為例
Based on morphology to evaluate urban ventilation path and the potential of lowering temperature-a study of Amping district of Tainan city
指導教授: 謝俊民
Hsieh, Chun-Ming
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 規劃與設計學院 - 都市計劃學系
Department of Urban Planning
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 74
中文關鍵詞: 都市風廊道Frontal area index最小成本路徑法計算流體力學都市潛力升降溫因子
外文關鍵詞: Ventilation path, Frontal area index, Least cost path, Computational fluid dynamics, potential temperature effect parameter
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  • 夏季都市熱島效應已造成都市內難耐的溫熱環境,提升都市風環境具有改善室外與室內熱舒適與驅散汙染等功能,為改善熱島效應良好的策略,於中尺度下判定都市內之粗糙度則有助於找出都市風廊道,引入周邊郊區風與海風以改善都市熱島效應。
    本研究以都市型態學法指標(Frontal area index,FAI) 做為計算研究範圍內地表粗度的方法,代入6~8月夏季盛行風向南風與西風做為計算參數,得到結果為研究區域內中西區、北區、南區具有較高的 λ_(f )值,安南區與安平區西邊具有較低的 λ_f 值,就整個研究範圍而言,以西風計算的λ_f值高於南風,代表西風於研究範圍內較不容易進入。
    本研究假設風會沿著較低的地表粗度前進,故以最小成本路徑法(Least cost path, LCP)計算南向北與西向東總共39條最低FAI累加路徑,得到研究範圍內具有南向北共3條與西向東共5條的FAI風廊道,並以計算流體力學(Computational fluid dynamics, CFD)進行驗證,以LCP法所計算出的FAI風廊道與CFD疊圖分析後發現路徑上風速皆有高於周邊風速的現象,因此判定LCP法於預測都市內風廊道則具有一定解釋能力。
    另一部分探討對於都市溫度具有潛在影響的土地使用,並計算於100m X 100m大小網格內的面積,製作都市潛在升降溫圖,發現研究區域內主要聚有潛在升溫地點集中於安平工業區、中華西路、文賢路等主要道路其於零星散布於研究區域西側,研究區域具潛在降溫潛力的區域則集中於研究區東側海面、台江內海、與西北邊鹽水溪與周邊農業用地,利用最小成本路徑法計算西向東5條與南向北4條具有最高潛力降溫之路徑。
    經由上述分析將FAI風廊道與潛在升降溫度圖疊圖分析後,發現研究區域內4處FAI風廊道交會地點具有較高的都市潛在升溫潛力,並提出以鋪面改善之對策。以都市潛在升降溫度圖層進行LCP計算,得到計畫區右側具有一條潛力降溫路徑,須降低此路徑上風向投影面積12245m^2以創造FAI風廊道流經於此潛力降溫路徑。

    In summer, the heat island (HI) effect of the city has created the unbearable, extremely hot environment in the city.
    The emphasis of ventilation should bring the advantages of reaching the comfortable temperature both indoors and outdoors and to disperse the pollutions.
    The proper strategy of making the heat island effect improved is to find the ventilation path by ranging the degrees of roughness in the city. Through the ventilation path and the breeze from the suburban or the ocean would be also considered with being able to change this effect.
    The main equation of morphometric, Frontal area index (λ_f), is used to calculate the surface roughness in this research.
    To substitute the common wind directions, south wind and west wind, from June to August, the west district and the south district reveals the higher λ_(f ); on the contrary, Annan district and Anping district shows the lower λ_(f ).
    Throughout the whole research area, the λ_(f ) calculated with the west wind is higher than the λ_(f ) effected by the south wind. It turns out that in the investigation area, it exists more difficulties in bringing the east wind in.
    The wind may process along the lower surface roughness has been hypothesized in this research. To calculate by LCP least cost path, there are 39 lowest progressive paths from south toward north and east toward west. The data have been found from the investigation area would be 3 FAI ventilation paths of the direction, south toward north, and another 5 FAI ventilation paths of the direction, west toward east. This data have been proved by CFD Computational Fluid Dynamics. Moreover, through the analysis of FAI ventilation path calculated by LCP and CFD, the wind velocity in the path is more significant than the wind velocity around the path. It indicates that LCP could be applied in ventilation path.
    The potential influence of the land usage to metropolis temperature is also discussed in this research. From the figures of potential temperature increasing and decreasing within the size of 100m X 100m, discovered that the heat areas of all the investigation area are mostly the master roads in Anping industry area, Zhonghua West Rd., and Wenxian Rd. The rest locations are discovered in the eastern part of the investigation area, and the area which might exist the cooling potential would be gathered in the western sea surface, the inner sea of Taijiang, west-northern salt water books, and the farmland surrounding.
    To figure with LCP least cost path, 5 paths in the direction from west toward east, and another 4 paths in the direction from south toward north perform the highest potential to cool down the temperature.

    目錄 第ㄧ章 緒論 1 1-1 研究背景與動機 1 1-2 研究範圍與目的 3 1-3 研究目的 3 1-4研究內容與流程 4 第二章 文獻回顧 6 2-1 都市熱島效應 6 2-2 風廊道(ventilation path) 8 2-3 都市微氣候 10 2-4地表粗度分析方法 12 2-5最低成本路徑分析 14 2-5-1 Dijkstra’s 演算法 14 2-5-2 ArcGIS最小路徑法介紹 17 2-6 影響都市升降溫度因子 19 2-6-1升溫方面 20 2-6-2 降溫方面 21 第三章 研究設計與方法 22 3-1 研究區域分析 22 3-1-1 研究範圍 22 3-2 研究區域氣象資料分析 24 3-2-1 資料蒐集 24 3-2-2 臺南市平均溫度 24 3-2-3全日風向資料分析(6-8月) 25 3-2-4 臺南市氣象站全日風環境分析 26 3-3 研究區域Frontal area index 分析 29 3-4最小路徑成本分析 31 3-4-1 FAI風廊道: 31 3-4-2 潛力降溫路徑: 31 3-4-3 風廊道改善策略: 32 3-5 風廊道驗證 33 3-5-1計算流體動力學簡介 33 3-5-2 計算流體動力學控制方程式 34 3-6 研究限制: 36 第四章 分析與討論 37 4-1 Frontal area index(λf)分析 37 4-1-1 研究區域FAI分析 37 4-1-2 Frontal area index 與研究區域土地使用之交叉分析 39 4-2潛力升降溫分析 40 4-2-1 潛力升溫圖層: 41 4-2-2 潛力降溫圖層 45 4-2-3都市潛力升降溫圖層 48 4-3 FAI風廊道分析: 50 4-3-1 最小成本路徑法分析分析 FAI(南風): 51 4-3-2 最小成本路徑法分析FAI (西風): 52 4-3-3 FAI風廊道以計算流體力學軟體進行驗證 53 4-3-4 FAI風廊道(南風)與計算流體力學疊圖: 54 4-4 最小路徑法計算潛力降溫路徑 57 4-4-1 潛力降溫路徑(南風) 57 4-4-2 潛力降溫路徑(西風) 59 4-4-3 潛力降溫路徑 61 第五章 改善策略 62 5-1 鋪面改善策略 : 62 5-1-1 改善區位選定 62 5-2-1選定改善區位: 66 5-2-2 改善方法分析: 67 第六章 結論與建議 69 6-1 結論 69 6-2 後續研究建議 71 圖目錄 圖1-3-1、研究流程圖 5 圖2-3-1、都市微氣候範圍 引用自 11 圖2-5-1、Dijkstra's 演算法圖例 16 圖2-5-2、最小成本路徑網格累加計算說明 17 圖2-5-3 、最小成本網格移動計算說明 18 圖2-6-1 臺南市土地使用別之地表平均溫度 19 圖2-6-2、日間表面平均溫度比較表 20 圖3-1-1、研究區域範圍 22 圖3-1-2、研究區域行政界線 22 圖3-1-3、研究範圍樓高 23 圖3-1-4、研究範圍土地使用 23 圖3-2-1、6, 7, 8月風向雷達統計圖 25 圖3-2-2、 1~7點風向變化圖 26 圖3-2-3 、10~18點風向變化圖 27 圖3-2-4、 19~24時風向變化圖 28 圖3-3-1 Frontal area index 計算示意圖 29 圖3-4-1、以最小成本路徑法計算FAI風廊道流程圖 31 圖3-4-2 以最小成本路徑法計算潛力降溫圖流程 32 圖3-4-3 風廊改善策略流程圖 32 圖3-4-4 鋪面改善策略流程圖 32 圖3-5-1 WindPerfect操作介面 34 圖3-6-1、流體力學模擬示意圖 36 圖4-1-1、最高FAI網格位置 37 圖4-1-2、研究區域Frontal area index λf(南) 圖 38 圖4-1-3、研究區域Frontal area index λf(西) 圖 38 圖4-2-1、研究範圍工業使用 41 圖4-2-2、研究區域商業使用 42 圖4-2-3、研究範圍道路 43 圖4-2-4、都市潛在升溫圖層 44 圖4-2-5、研究範圍水域 45 圖4-2-6、研究範圍植被 46 圖4-2-7、都市潛在降溫圖層 47 圖4-2-8、 都市潛在升溫與降溫圖層 48 圖4-2-9、 都市潛在升降溫圖層 49 圖4-3-1、 FAI風廊道計算流程圖 50 圖4-3-2、以最小成本路徑法計算FAI_S風廊道 51 圖4-3-3、以最小成本路徑法計算FAI_W風廊道 52 圖4-3-4、計算流體力學軟體模型 53 圖4-3-5、計算流體力學模擬西風與LCP計算之風廊道疊圖驗證 55 圖4-3-6、計算流體力學模擬西風與LCP計算之風廊道疊圖驗證 56 圖4-4-1、潛力降溫路徑(南風) 58 圖4-4-2、潛力降溫路徑(西風) 60 圖4-4-3、潛力降溫路徑西風南風疊圖 61 圖5-1-1、 研究區域鋪面改善區位圖 63 圖5-1-2、鋪面改善區域A1、A2土地使用升溫因素整理圖 64 圖5-1-3、 鋪面改善區域A3、A4土地使用升溫因素整理圖 65 圖5-1-3、潛在降溫風廊與FAI風廊道疊圖 66 圖5-1-4、FAI風廊道與潛力降溫路徑地表粗度加總路線圖 67 表目錄 表3-2-1、 臺南市氣象站基本資料表 24 表3-2-2 、臺南月均溫整理表 24 表4-1-1、各城市Frontal area index 39 表4-2-1、潛在升降溫圖相關土地使用整理表 40 表4-3-1、計畫區南風計算流體力學驗證設定值 54 表4-3-2、計畫區西風計算流體力學驗證設定值 56 表4-4-1、潛力降溫路徑南風約略路徑整理表 58 表4-4-2、潛力降溫路徑西風約略路徑整理表 60 表5-2-1 改善區域路徑加總整理 67

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    下載圖示 校內:2013-08-31公開
    校外:2013-08-31公開
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