Городской каньон

Городской каньон на 42-й улице , Мидтаун Манхэттен , Нью-Йорк.

Та же улица Манхэттена , вид изнутри, со многими зданиями, намного превышающими ширину дороги.

Городской каньон (также известный как уличный каньон или каньон небоскреба ) — это место, где улица окружена зданиями с обеих сторон, создавая каньоноподобную среду, этимологически развившуюся из Каньона героев на Манхэттене . Такие рукотворные каньоны образуются, когда улицы разделяют плотные блоки построек, особенно небоскребов . Другие примеры включают Великолепную милю в Чикаго, коридор бульвара Уилшир Торонто в Лос-Анджелесе, Финансовый район Гонконга , а также Коулун и Центральный районы .

Городские каньоны влияют на различные местные условия, включая температуру, ветер, освещенность, качество воздуха и радиоприем, включая спутниковой навигации сигналы .

Геометрия и классификация

В идеале городской каньон представляет собой относительно узкую улицу с высокими сплошными зданиями по обеим сторонам дороги. Но теперь термин «городской каньон» используется более широко, и для их классификации используются геометрические детали уличного каньона. Наиболее важной геометрической деталью уличного каньона является соотношение высоты каньона (H) к ширине каньона (W), H/W, которое определяется как соотношение сторон . Значение соотношения сторон можно использовать для классификации уличных каньонов следующим образом: ^{[ 1 ]}

Обычный каньон - соотношение сторон ≈ 1 и отсутствие крупных отверстий на стенах каньона.
Каньон Авеню – соотношение сторон < 0,5
Глубокий каньон – соотношение сторон ≈ 2

Подклассификация каждого из вышеперечисленных может быть сделана в зависимости от расстояния между двумя основными перекрестками вдоль улицы, определяемого как длина (L) уличного каньона:

Короткий каньон – Д/В ≈ 3
Средний каньон – Д/В ≈ 5
Длинный каньон – Д/В ≈ 7

Другая классификация основана на симметрии каньона:

Симметричный (или даже) каньон – постройки, образующие каньон, имеют примерно одинаковую высоту;
Асимметричный каньон – здания, образующие каньон, имеют значительную разницу в высоте.

Еще один конкретный тип:

ступенчатый каньон - уличный каньон, в котором высота здания с наветренной стороны меньше высоты здания с наветренной стороны.

Влияние уличного каньона на местный ветер и качество воздуха может сильно различаться в зависимости от геометрии каньона, и это будет подробно обсуждаться в разделах ниже.

Другими важными факторами, принимаемыми во внимание при изучении городских каньонов, являются объем воздуха, ориентация каньона (север-юг, восток-запад и т. д.) и фактор обзора неба. воздуха Объем уличного каньона — это воздух, содержащийся внутри зданий по обе стороны, которые действуют как стены, улица является нижней границей и воображаемая верхняя граница на уровне крыши, называемая «крышкой» каньона.

Коэффициент обзора неба (SVF) обозначает соотношение между излучением, получаемым плоской поверхностью, и излучением от излучающей среды всего полушария. ^{[ 2 ]} и рассчитывается как часть неба, видимая с земли вверх. SVF — это безразмерная величина, которая находится в диапазоне от 0 до 1. SVF, равная 1, означает, что небо полностью видно, например, на ровной местности. Если в локации есть здания и деревья, SVF пропорционально уменьшится. ^{[ 3 ]}

Эффекты

Изменение характеристик пограничного слоя атмосферы из-за присутствия уличного каньона называется эффектом уличного каньона. Как упоминалось ранее, уличные каньоны влияют на температуру , скорость и направление ветра и, следовательно, на качество воздуха в каньоне.

Температура

Городские каньоны способствуют возникновению эффекта городского острова тепла . Температура внутри каньона может повышаться на 2–4 °C. Исследования температурных явлений учитывают интенсивность излучения , угол падения, альбедо поверхности, излучательную способность, температуру и SVF. При высоком SVF городские каньоны быстро охлаждаются, поскольку имеется больше неба, поглощающего тепло, удерживаемое зданиями. При низком SVF каньон может удерживать больше тепла в течение дня, создавая более высокое тепловыделение ночью. Исследование, проведенное Нуньесом и Оке, изучало энергетический обмен в городском каньоне в средних широтах в хорошую летнюю погоду. ^{[ 3 ]} Исследование показало, что количество поверхностной энергии в разное время внутри каньона зависит от геометрии и ориентации каньона. Было обнаружено, что в каньонах с ориентацией с севера на юг дно является наиболее активным энергетическим участком. В таком каньоне 30% излишков полуденного излучения хранится в материалах каньона (зданиях). Ночью чистый дефицит лучистой энергии (то есть недостаток солнечной радиации) компенсируется высвобождением энергии, которая хранилась в материалах каньона. Это явление в значительной степени способствует возникновению эффекта городского острова тепла.

Ветер

Уличные каньоны могут изменять как скорость, так и направление ветра. Вертикальная скорость ветра приближается к нулю на уровне свода каньона. Производство и рассеивание сдвига высоки на уровне крыши, а на высоте здания создается прочный тонкий слой сдвига. ^{[ 4 ]} Кинетическая энергия турбулентности выше возле здания с наветренной стороны, чем возле здания с наветренной стороны, из-за более сильных сдвигов ветра. Результирующая структура потока внутри каньона зависит от направления ветра по отношению к направлению ориентации улицы.

Ветер параллельно каньону

Когда уровень крыши/направление фонового ветра параллельно улице, наблюдается эффект канализации, когда ветер имеет тенденцию направляться и ускоряться через каньон. Там, где ширина улицы неравномерна, наблюдается эффект Вентури , когда ветер дует через небольшие отверстия, что еще больше усиливает ускорение ветра. ^{[ 5 ]} Оба этих эффекта объясняются принципом Бернулли . Вдоль улицы ветер и перенос могут существенно различаться для коротких и длинных каньонов, поскольку угловые вихри оказывают более сильное влияние в коротких каньонах. ^{[ 6 ]}

Ветер перпендикулярно каньону

Когда уровень крыши/направление фонового ветра перпендикулярно улице, создается вертикально вращающийся поток ветра с центрированным первичным вихрем внутри уличных каньонов. В зависимости от соотношения сторон в уличных каньонах определяются различные режимы течения. В порядке возрастания соотношения сторон эти режимы течения следующие: поток с изолированной шероховатостью, поток с помехами в следе и скимминговый поток. ^{[ 7 ]} Общее количество образующихся вихрей и их интенсивность зависят от многих факторов. Исследования численной модели, проведенные для изолированных уличных каньонов, показали, что количество образующихся вихрей увеличивается с увеличением удлинения каньона. Но существует критическое значение скорости окружающего ветра, выше которого количество и характер вихрей становятся независимыми от соотношения сторон. ^{[ 8 ]}

Численные исследования и исследования в аэродинамической трубе показали, что для симметричных каньонов с удлинением = 0,5 у стены здания с подветренной стороны можно увидеть вторичный вихрь на уровне земли. Для симметричных каньонов с соотношением сторон ≥ 1,4 более слабый вторичный вихрь на уровне земли можно увидеть возле стены здания с наветренной стороны, а для соотношения сторон ≥ 2 вторичные вихри видны прямо под основным вихрем. ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]} В асимметричных и ступенчатых каньонах чаще может наблюдаться образование вторичных вихрей. Исследования в аэродинамической трубе показали, что в возвышенном каньоне, где здание с наветренной стороны короче, точку застоя можно определить на наветренной стороне более высокого здания. Область ниже этой точки застоя называется областью взаимодействия, поскольку все линии тока в этой области отклоняются вниз, в уличный каньон. Характеристики вихревых потоков внутри каньона сильно зависят от соотношения высот зданий по обе стороны каньона. При соотношении высоты здания H _d с наветренной стороны к высоте здания H _u с наветренной стороны , равном 3, наблюдался одиночный первичный вихрь. Но при H _d /H _u =1,67 встречно вращающиеся вихри могут занять всю глубину каньона. ^{[ 10 ]}

Другими факторами, влияющими на силу этого рециркуляционного потока, являются турбулентность, вызванная движением транспорта, и форма крыш зданий. Исследования физической модели показали, что двустороннее движение увеличивает турбулентность в нижней половине каньона, а скатная крыша по обе стороны каньона смещает основную зону турбулентного образования вниз по течению и снижает интенсивность рециркуляционного потока внутри каньона. . ^{[ 11 ]}

В условиях перпендикулярного ветра, в основном на уровне улицы, на каждом конце каньона образуются горизонтально вращающиеся угловые/концевые вихри. Горизонтальная протяженность этих угловых вихрей различна на каждом конце каньона, и это приводит к сложной схеме ветра на уровне поверхности на пересечениях. Полевые эксперименты также показали, что угловые вихри могут распространяться на всю глубину каньона, но с изменением горизонтальной протяженности с высотой. ^{[ 12 ]}

Строение прилегающей территории уличного каньона; например, серия уличных каньонов усложняет поле потока.

Все вышеупомянутые результаты относятся к ситуациям без нагревательных эффектов. Исследование численной модели показало, что нагревание поверхности уличных каньонов приводит к изменению характеристик вихревого потока. И подогрев разных поверхностей; наветренная стена, подветренная стена, дно каньона изменяет вихревой поток по-разному. ^{[ 8 ]}

Качество воздуха

Изменение температуры и ветра из-за наличия уличного каньона, следовательно, влияет на качество воздуха внутри уличного каньона. Когда направление среднего ветра параллельно улице, описанные выше эффекты канализации и Вентури увеличивают рассеивание загрязняющих веществ внутри уличного каньона. Часто это делается для «вымывания» загрязнителей воздуха. ^{[ 5 ]} и улучшить качество воздуха внутри уличного каньона. Но в тех случаях, когда источники загрязнения воздуха расположены с подветренной стороны, направляющие ветры могут переносить загрязняющие вещества в места с подветренной стороны, вдали от источника, и способствовать ухудшению качества воздуха в местах с подветренной стороны.

Когда среднее направление ветра перпендикулярно улице, вихревой поток, образующийся внутри каньона, ограничивает поток воздуха, уменьшает рассеивание загрязняющих веществ и увеличивает концентрацию загрязнений внутри уличного каньона. Загрязнения из местного источника внутри каньона, а также загрязнения, попадающие в каньон от среднего ветрового потока, переносятся вихревым потоком и рециркулируются внутри каньона. В городских условиях выбросы выхлопных газов транспортных средств являются основным источником многих загрязнителей воздуха, таких как ультрамелкие частицы , мелкодисперсные частицы, диоксид углерода , NOx . Эти шлейфы загрязнения, создаваемые на улице, на уровне поверхности, под действием вихревого потока выталкиваются к подветренной стороне каньона, в результате чего концентрация загрязнения на уровне поверхности на подветренной стороне улицы намного выше, чем на наветренной стороне. Вторичные вихри в нижней части каньона могут дополнительно задерживать загрязняющие вещества на тротуарах; особенно с подветренной стороны. Одно полевое исследование показало, что концентрации ультрамелких частиц в четыре раза выше на тротуар с подветренной стороны по сравнению с наветренной стороной. ^{[ 13 ]}

прием сигнала GPS

При использовании приемников GPS в уличных каньонах с высокими зданиями эффекты затенения и многолучевого распространения могут способствовать ухудшению приема сигнала GPS. ^{[ 14 ]}

См. также

Ссылки

^ Вардулакис, Сотирис; Бернард Э.А. Фишер; Кулис Периклеус; Норберт Гонсалес-Флеска (2003). «Моделирование качества воздуха в уличных каньонах: обзор» (PDF) . Атмосферная среда . 37 (2): 155–182. Бибкод : 2003AtmEn..37..155В . дои : 10.1016/s1352-2310(02)00857-9 . S2CID 55939985 .
^ Уотсон, И.Д.; Г.Т. Джонсон (март – апрель 1987 г.). «Графическая оценка факторов обзора неба в городских условиях». Журнал климатологии . 7 (2): 193–197. Бибкод : 1987IJCli...7..193W . дои : 10.1002/joc.3370070210 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Нуньес, М; Т. Р. Оке (1977). «Энергетический баланс городского каньона». Журнал прикладной метеорологии . 16 (1): 11–19. Бибкод : 1977JApMe..16...11N . doi : 10.1175/1520-0450(1977)016<0011:teboau>2.0.co;2 . hdl : 2429/35946 .
^ Лиен, ФС; Э. Йи; Ю. Ченг (2004). «Моделирование среднего потока и турбулентности в двухмерном массиве зданий с использованием CFD высокого разрешения и подхода с распределенной силой сопротивления». Журнал ветротехники и промышленной аэродинамики . 92 (2): 117–158. дои : 10.1016/j.jweia.2003.10.005 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Спирн, Энн Уистон (июнь 1986 г.). «КАЧЕСТВО ВОЗДУХА НА УРОВНЕ УЛИЦЫ: СТРАТЕГИИ ГОРОДСКОГО ДИЗАЙНА». Подготовлено для: Управления реконструкции Бостона .
^ Кастнер-Кляйн, П; Е. Федорович; М.В. Ротач (2001). «Исследование организованных и турбулентных движений воздуха в каньонах городских улиц в аэродинамической трубе». Журнал ветротехники и промышленной аэродинамики . 89 (9): 849–861. CiteSeerX 10.1.1.542.6044 . дои : 10.1016/s0167-6105(01)00074-5 .
^ Оке, Т.Р. (1988). «Дизайн улиц и климат городского навеса». Энергия и здания . 11 (1–3): 103–113. дои : 10.1016/0378-7788(88)90026-6 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Ким, Джей-Джей; Джей Джей Байк (1999). «Численное исследование теплового воздействия на поток и рассеивание загрязняющих веществ в каньонах городских улиц» . Журнал прикладной метеорологии . 38 (9): 1249–1261. Бибкод : 1999JApMe..38.1249K . doi : 10.1175/1520-0450(1999)038<1249:ansote>2.0.co;2 .
^ Ковар-Панскус, А (2002). «Влияние геометрии на средний поток в каньонах городских улиц - сравнение экспериментов в аэродинамической трубе и численного моделирования». Качество городского воздуха — последние достижения . стр. 365–380. дои : 10.1007/978-94-010-0312-4_26 . ISBN 978-94-010-3935-2 .
^ Аддепалли, Бхагират; Эрик Р. Пардыжак (2013). «Исследование структуры потока в каньонах Стрит-Ап - статистика среднего потока и турбулентности». Метеорология пограничного слоя . 148 (1): 133–155. Бибкод : 2013BoLMe.148..133A . дои : 10.1007/s10546-013-9810-5 . S2CID 120763318 .
^ Кастнер-Кляйн, П; Р. Беркович; Р. Бриттер (2004). «Влияние уличной архитектуры на поток и рассеяние в уличных каньонах». Метеорология и физика атмосферы . 87 (1–3): 121–131. Бибкод : 2004MAP....87..121K . дои : 10.1007/s00703-003-0065-4 . S2CID 123693211 .
^ Пол, СУ; М.Браун (май 2008 г.). «Схема потока в концах уличного каньона: измерения по результатам совместного городского полевого эксперимента 2003 года» . Журнал прикладной метеорологии и климатологии . 47 (5): 1413. Бибкод : 2008JApMC..47.1413P . дои : 10.1175/2007JAMC1562.1 . S2CID 121902366 .
^ Пирьола, Л.; Ляхде, Т.; Ниеми, СП; Коса, А.; Рёнкё, Т.; Карьялайнен, П.; Кескинен, Дж.; Фрей, А.; Хилламо, Р. (2012). «Пространственная и временная характеристика выбросов от дорожного движения в городской микросреде с помощью мобильной лаборатории». Атмосферная среда . 63 : 156. Бибкод : 2012AtmEn..63..156P . дои : 10.1016/j.atmosenv.2012.09.022 .
^ МИСРА, П., П. ЭНГЕ (2006). Глобальная система позиционирования: сигналы, измерения и производительность, второе издание . Линкольн (Массачусетс), США: Ganga-Jamuna Press. {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[1] Вардулакис, Сотирис; Бернард Э.А. Фишер; Кулис Периклеус; Норберт Гонсалес-Флеска (2003). «Моделирование качества воздуха в уличных каньонах: обзор» (PDF) . Атмосферная среда . 37 (2): 155–182. Бибкод : 2003AtmEn..37..155В . дои : 10.1016/s1352-2310(02)00857-9 . S2CID 55939985 .

[2] Уотсон, И.Д.; Г.Т. Джонсон (март – апрель 1987 г.). «Графическая оценка факторов обзора неба в городских условиях». Журнал климатологии . 7 (2): 193–197. Бибкод : 1987IJCli...7..193W . дои : 10.1002/joc.3370070210 .

[Oke-3] Перейти обратно: ^а ^б Нуньес, М; Т. Р. Оке (1977). «Энергетический баланс городского каньона». Журнал прикладной метеорологии . 16 (1): 11–19. Бибкод : 1977JApMe..16...11N . doi : 10.1175/1520-0450(1977)016<0011:teboau>2.0.co;2 . hdl : 2429/35946 .

[Lien-4] Лиен, ФС; Э. Йи; Ю. Ченг (2004). «Моделирование среднего потока и турбулентности в двухмерном массиве зданий с использованием CFD высокого разрешения и подхода с распределенной силой сопротивления». Журнал ветротехники и промышленной аэродинамики . 92 (2): 117–158. дои : 10.1016/j.jweia.2003.10.005 .

[Spirn-5] Перейти обратно: ^а ^б Спирн, Энн Уистон (июнь 1986 г.). «КАЧЕСТВО ВОЗДУХА НА УРОВНЕ УЛИЦЫ: СТРАТЕГИИ ГОРОДСКОГО ДИЗАЙНА». Подготовлено для: Управления реконструкции Бостона .

[KK2001-6] Кастнер-Кляйн, П; Е. Федорович; М.В. Ротач (2001). «Исследование организованных и турбулентных движений воздуха в каньонах городских улиц в аэродинамической трубе». Журнал ветротехники и промышленной аэродинамики . 89 (9): 849–861. CiteSeerX 10.1.1.542.6044 . дои : 10.1016/s0167-6105(01)00074-5 .

[7] Оке, Т.Р. (1988). «Дизайн улиц и климат городского навеса». Энергия и здания . 11 (1–3): 103–113. дои : 10.1016/0378-7788(88)90026-6 .

[KimBaik1999-8] Перейти обратно: ^а ^б ^с Ким, Джей-Джей; Джей Джей Байк (1999). «Численное исследование теплового воздействия на поток и рассеивание загрязняющих веществ в каньонах городских улиц» . Журнал прикладной метеорологии . 38 (9): 1249–1261. Бибкод : 1999JApMe..38.1249K . doi : 10.1175/1520-0450(1999)038<1249:ansote>2.0.co;2 .

[KP2002-9] Ковар-Панскус, А (2002). «Влияние геометрии на средний поток в каньонах городских улиц - сравнение экспериментов в аэродинамической трубе и численного моделирования». Качество городского воздуха — последние достижения . стр. 365–380. дои : 10.1007/978-94-010-0312-4_26 . ISBN 978-94-010-3935-2 .

[10] Аддепалли, Бхагират; Эрик Р. Пардыжак (2013). «Исследование структуры потока в каньонах Стрит-Ап - статистика среднего потока и турбулентности». Метеорология пограничного слоя . 148 (1): 133–155. Бибкод : 2013BoLMe.148..133A . дои : 10.1007/s10546-013-9810-5 . S2CID 120763318 .

[KK2004-11] Кастнер-Кляйн, П; Р. Беркович; Р. Бриттер (2004). «Влияние уличной архитектуры на поток и рассеяние в уличных каньонах». Метеорология и физика атмосферы . 87 (1–3): 121–131. Бибкод : 2004MAP....87..121K . дои : 10.1007/s00703-003-0065-4 . S2CID 123693211 .

[12] Пол, СУ; М.Браун (май 2008 г.). «Схема потока в концах уличного каньона: измерения по результатам совместного городского полевого эксперимента 2003 года» . Журнал прикладной метеорологии и климатологии . 47 (5): 1413. Бибкод : 2008JApMC..47.1413P . дои : 10.1175/2007JAMC1562.1 . S2CID 121902366 .

[13] Пирьола, Л.; Ляхде, Т.; Ниеми, СП; Коса, А.; Рёнкё, Т.; Карьялайнен, П.; Кескинен, Дж.; Фрей, А.; Хилламо, Р. (2012). «Пространственная и временная характеристика выбросов от дорожного движения в городской микросреде с помощью мобильной лаборатории». Атмосферная среда . 63 : 156. Бибкод : 2012AtmEn..63..156P . дои : 10.1016/j.atmosenv.2012.09.022 .

[14] МИСРА, П., П. ЭНГЕ (2006). Глобальная система позиционирования: сигналы, измерения и производительность, второе издание . Линкольн (Массачусетс), США: Ganga-Jamuna Press. {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]