亚热带高密度城市住区水体形态与风环境协同调控热舒适度的机制研究

针对城市热岛(UHI)加剧导致的住区微气候恶化问题，本研究以长沙为例，通过实地监测与ENVI-met数值模拟相结合，揭示水体通过降温(Ta)、调湿(RH)改善生理等效温度(PET)的昼夜差异规律，发现风速(WS)阈值效应和迎风形态比(52.15%增效)的关键作用，为亚热带住区气候适应性设计提供理论支撑。

　　

随着全球变暖与城市化进程加速，城市热岛效应(UHI)已成为威胁居民健康的重大环境问题。亚热带高密度城市夏季持续高温高湿，导致热相关疾病（如热射病、心血管疾病）风险显著上升。作为居民日常活动核心空间的住区环境，其微气候质量直接影响人群热暴露水平。尽管水体被证实具有优越的降温潜力，但现有研究多聚焦单一温度指标，对风-水形态协同机制的认识存在显著空白。

中南大学的研究团队在《Sustainable Cities and Society》发表的最新研究中，创新性地整合无人机测绘、ENVI-met流体模拟与随机森林回归，以中国长沙为典型案例，首次量化了水体微气候调节的昼夜动态规律及其风环境耦合机制。研究通过构建"无水对照-现状水体"对比模型，结合6个监测点实测数据验证，突破传统研究仅关注局部效应的局限，实现了住区尺度全流域微气候过程的精准解析。

关键技术方法包括：1) 基于无人机(UAV)航测获取高精度三维形态数据；2) 采用ENVI-met V5.0构建包含2,400栋建筑的微气候模型，网格精度达2m；3) 随机森林算法量化WS对PET改善贡献率；4) 通过形态参数化分析(如迎风主导比)解析空间异质性。

Diurnal variation of microclimate

监测数据显示，水体使日间最高温(T_a)降低1.2-3.4°C，相对湿度(RH)降幅达8.7%，但夜间出现逆向增湿效应(4.3%)。值得注意的是，生理等效温度(PET)改善呈现"双峰"特征：9:00-11:00和15:00-17:00分别出现32.53%和28.7%的峰值改善。

Wind speed modulation mechanism

随机森林回归揭示WS解释41.35%的PET变异，存在2个关键阈值：当WS<1.5m/s时，每增加0.1m/s使冷却效率下降7.2%；WS>2.8m/s后产生湿度扩散主导效应，导致热舒适增益衰减52%。这与传统线性认知形成鲜明对比。

Morphological optimization insights

形态学分析表明，窄迎风(宽深比0.6-0.8)配合宽顺风(1.2-1.5倍)的"泪滴形"布局，可使有效调节范围扩大52.15%。交叉验证显示，当盛行风与水体长轴夹角<30°时，PET改善效率提升19.8%。

该研究开创性地建立了"风-水形态-热舒适"定量关系模型，突破现有景观设计依赖经验的局限。发现的WS阈值效应为住区通风系统设计提供精准调控依据，而形态优化准则可直接指导《亚热带住区水体设计规范》修订。更重要的是，研究证实将3%的绿地改造成优化形态水体，可使热应激相关急诊率降低12-15%，为气候适应性城市规划提供实证支撑。未来研究可结合多城市比较，进一步验证结论的普适性。