Urban kanjon

En urban kanjon på 42nd Street , Midtown Manhattan , New York City
Samma Manhattan -gata sett inifrån, med många byggnader som är mycket högre än vägens bredd

En urban kanjon (även känd som en gatukajon ) är en plats där gatan flankeras av byggnader på båda sidor som skapar en kanjonliknande miljö, etymologiskt utvecklat från hjältarnas kanjon på Manhattan . Sådana människobyggda kanjoner skapas när gator separerar täta block av strukturer, särskilt skyskrapor . Andra exempel inkluderar Magnificent Mile i Chicago, Los Angeles Wilshire Boulevard- korridor, Torontos finansdistrikt och Hongkongs Kowloon- och Centraldistrikt .

Urbana kanjoner påverkar olika lokala förhållanden, inklusive temperatur, vind, ljus, luftkvalitet och radiomottagning, inklusive satellitnavigeringssignaler .

Geometri och klassificering

Helst är en urban kanjon en relativt smal gata med höga, sammanhängande byggnader på båda sidor om vägen. Men nu används termen urban canyon mer brett, och de geometriska detaljerna i gatukanjonen används för att kategorisera dem. Den viktigaste geometriska detaljen om en gatukajon är förhållandet mellan kanjonhöjden (H) och kanjonens bredd (W), H/W, vilket definieras som bildförhållandet . Värdet på bildförhållandet kan användas för att klassificera gatukajoner enligt följande:

  • Vanlig kanjon – bildförhållande ≈ 1 och inga större öppningar på kanjonens väggar
  • Avenue canyon – bildförhållande < 0,5
  • Deep canyon – bildförhållande ≈ 2

En underklassificering av vart och ett av ovanstående kan göras beroende på avståndet mellan två större korsningar längs gatan, definierat som längden (L) av gatukajonen:

  • Kort kanjon – L/H ≈ 3
  • Medium kanjon – L/H ≈ 5
  • Lång kanjon – L/H ≈ 7

En annan klassificering är baserad på kanjonens symmetri:

  • Symmetrisk (eller till och med) kanjon – byggnaderna som gör kanjonen har ungefär samma höjd;
  • Asymmetrisk kanjon – byggnaderna som gör kanjonen har betydande höjdskillnader.

En annan specifik typ är:

  • the step-up canyon – en gatukajon där höjden på motvindsbyggnaden är mindre än höjden på motvindsbyggnaden.

Effekten av en gatukajon på lokal vind- och luftkvalitet kan skilja sig mycket åt i olika kanjongeometrier och detta kommer att diskuteras i detalj i avsnitt nedan.

Andra viktiga faktorer som beaktas i studier av urbana kanjoner är luftvolymen, kanjonens orientering (nord–syd, öst–väst etc.) och skyvyfaktorn. Gatukanjonens luftvolym är luften som finns i byggnaderna på vardera sidan som fungerar som väggar, gatan som är den nedre gränsen och en tänkt övre gräns på taknivå som kallas "locket" av kanjonen .

Sky view factor (SVF) anger förhållandet mellan strålning som tas emot av en plan yta och den från hela halvklotets strålande miljö och beräknas som den del av himlen som är synlig från marken. SVF är ett dimensionslöst värde som sträcker sig från 0 till 1. Ett SVF på 1 betyder att himlen är helt synlig, till exempel i en platt terräng. När en plats har byggnader och träd kommer det att få SVF att minska proportionellt.

Effekter

Modifieringen av egenskaperna hos det atmosfäriska gränsskiktet genom närvaron av en gatukajon kallas gatukajoneffekten. Som nämnts tidigare påverkar gatukajoner temperatur , vindhastighet och vindriktning och följaktligen luftkvaliteten i kanjonen.

Temperatur

Urbana kanjoner bidrar till den urbana värmeöeffekten . Temperaturen inne i kanjonen kan höjas med 2–4 °C. Studier av temperaturfenomen tar hänsyn till irradians , infallsvinkel, ytalbedo, emissivitet, temperatur och SVF. För en hög SVF svalnar de urbana kanjonerna snabbt, eftersom mer himmel är tillgänglig för att absorbera värmen som hålls kvar av byggnaderna. Med en låg SVF kan kanjonen behålla mer värme under dagen, vilket skapar en högre värmeavgivning på natten. En studie gjord av Nunez och Oke undersökte energiutbytet i en urban kanjon på mellanbreddgrader i fint sommarväder. Studien visade att mängden ytenergi vid olika tidpunkter inom kanjonen beror på kanjonens geometri och orientering. Kaniner med nord–sydlig orientering visade sig ha golvet som den mest aktiva energiplatsen. I en sådan kanjon lagras 30 % av middagsstrålningsöverskottet i kanjonmaterialen (byggnaderna). På natten motverkas nettostrålningsunderskottet (vilket betyder bristen på solstrålning) av frigörandet av energi som lagrades i kanjonmaterialen. Detta fenomen bidrar starkt till den urbana värmeöeffekten.

Vind

Gatukanjoner kan ändra både hastigheten och vindriktningen. Den vertikala vindhastigheten närmar sig noll vid kanjonens taknivå. Skjuvproduktion och avledning är hög i taknivå och ett kraftigt tunt skjuvlager skapas i byggnadshöjd. Turbulens kinetisk energi är högre nära medvindsbyggnaden än nära uppvindsbyggnaden på grund av starkare vindsaxar. De resulterande flödesmönstren inuti kanjonen beror på vindriktningen med avseende på gatans orienteringsriktning.

Vind parallell med kanjonen

När taknivån/bakgrundsvindriktningen är parallell med gatan, ses en kanaliseringseffekt där vindar tenderar att kanaliseras och accelereras genom kanjonen. Där gatubredden är ojämn, ses en Venturi-effekt när vindar strömmar genom små öppningar, vilket ytterligare förstärker vindaccelerationen. Båda dessa effekter förklaras av Bernoullis princip . Vinden längs gatan och transporten kan vara avsevärt olika för korta och långa kanjoner eftersom hörnvirvlarna har ett starkare inflytande i korta kanjoner.

Vind vinkelrätt mot kanjonen

När taknivån/bakgrundens vindriktning är vinkelrät mot gatan, skapas ett vertikalt roterande vindflöde med en centrerad primär virvel inuti gatans kanjoner. Baserat på bildförhållandet definieras olika flödesregimer i gatukajoner. I den ökande ordningen av bildförhållande är dessa flödesregimer: isolerat grovhetsflöde, vakinterferensflöde och skumningsflöde. Det totala antalet gjorda virvlar och deras intensitet beror på många faktorer. Numeriska modellstudier gjorda för isolerade gatukajoner har visat att antalet virvlar som skapats ökar med ökande bildförhållande av kanjonen. Men det finns ett kritiskt värde för den omgivande vindhastigheten, över vilket antalet och mönstret av virvlar blir oberoende av bildförhållandet.

Jämförelsen av (a) isolerat grovhetsflöde och (b) skumningsflödesregimer i en gatukajon (efter Oke, 1988)

Numeriska studier och vindtunnelstudier har visat att för symmetriska kanjoner med ett bildförhållande = 0,5 kan en sekundär virvel på marknivå ses nära läsidobyggnadens vägg. För symmetriska kanjoner med sidoförhållande ≥ 1,4 kan en svagare sekundär virvel på marknivå ses nära den lovartade sidobyggnadsväggen och för sidoförhållande ≥ 2 sekundära virvlar ses precis under den primära virveln. I asymmetriska kanjoner och steg upp kan bildningen av sekundära virvlar vara vanligare. Vindtunnelstudier har visat att i en kanjon där uppvindsbyggnaden är kortare kan en stagnationspunkt identifieras på lovarten av den högre byggnaden. Regionen under denna stagnationspunkt kallas interaktionsregionen, eftersom alla strömlinjer i denna region avböjs nedåt i gatukajonen. Karakteristiken för virvelflödesmönstren inuti kanjonen beror starkt på höjdförhållandet mellan byggnader på vardera sidan av kanjonen. För en medvindsbyggnadshöjd H d till uppvindsbyggnadshöjd H u -förhållande på 3 har en enda primär virvel observerats. Men för H d /H u =1,67 kan motroterande virvlar ockupera hela djupet av kanjonen.

Andra faktorer som påverkar styrkan i detta återcirkulationsflöde är trafikinducerad turbulens och takformer på byggnaderna. Fysiska modellstudier har visat att tvåvägstrafik ökar turbulensen i den nedre halvan av kanjonen och att lutande tak på båda sidor om kanjonen förskjuter huvudområdet för turbulent produktion nedströms och minskar intensiteten av återcirkulationsflödet inuti kanjonen .

I skimningsflödesregimen skapades vindvirveln i en gatukajon, när medelvindriktningen är vinkelrät mot gatan (efter Oke, 1988)

Under dessa vinkelräta vindförhållanden, främst på gatunivå, i vardera änden av kanjonen, görs horisontellt roterande hörn-/ändvirvlar. Den horisontella utsträckningen av dessa hörnvirvlar är olika i varje ände av en kanjon och detta leder till komplexa vindmönster på ytnivå vid korsningar. Fältexperiment har vidare visat att hörnvirvlar kan sträcka sig i kanjonens hela djup men med förändrad horisontell utsträckning med höjden.

Strukturen för det närliggande området av en gatukajon; till exempel en serie gatukajoner, lägg till mer komplexitet till flödesfältet.

Alla ovan nämnda resultat är för situationer utan värmeeffekter. En numerisk modellstudie har visat att när en yta i en gatukajon värms upp förändrar det virvelflödets egenskaper. Och uppvärmning av olika ytor; uppvindsvägg, motvindsvägg, kanjongolv, förändrar virvelflödet på olika sätt.

Luftkvalitet

Modifieringen av temperatur och vind genom närvaron av en gatukajon påverkar följaktligen luftkvaliteten inuti gatukajonen. När medelvindens riktning är parallell med gatan, ökar kanaliseringen och Venturi-effekterna som beskrivits ovan spridningen av föroreningar inuti gatans kanjon. Detta fungerar ofta för att "spola ut" luftföroreningarna och öka luftkvaliteten inne i gatans kanjon. Men i de fall där luftföroreningskällor finns uppe mot vinden, kan kanaliserande vindar transportera föroreningar till platser i medvind långt från källan och bidra till dålig kvalitet på platser i medvind.

När medelvindriktningen är vinkelrät mot gatan, verkar virvelflödet som bildas inuti kanjonen för att begränsa luftflödet, minska spridningen av föroreningar och öka föroreningskoncentrationerna inuti kanjonen. Föroreningar från lokal källa inuti kanjonen och även föroreningar som förs in i kanjonen från medelvindflödet, bärs av virvelflödet och återcirkuleras i kanjonen. I stadsmiljöer är avgasutsläpp från fordon den största källan till många luftföroreningar som ultrafina partiklar , fina partiklar, koldioxid , NOx . Dessa föroreningsplymer som skapas på gatan, på ytan, skjuts mot läsidan av kanjonen av virvelflödet, vilket gör att föroreningskoncentrationerna på ytan är mycket högre på läsidan av gatan jämfört med den lovartade sidan . Sekundära virvlar i den nedre delen av kanjonen kan ytterligare verka för att stagnera föroreningar på sidogångarna; speciellt på läsidan. En fältstudie har rapporterat att ultrafina partikelkoncentrationer är fyra gånger högre på den lästrande trottoaren jämfört med den lovartade sidan.

GPS-signalmottagning

När du använder GPS-mottagare i kanjoner på gatan med höga byggnader kan skuggnings- och flervägseffekterna bidra till dålig GPS-signalmottagning.

Se även

  1. ^ Vardoulakis, Sotiris; Bernard EA Fisher; Koulis Pericleous; Norbert Gonzalez-Flesca (2003). "Modellering av luftkvalitet i gatukajoner: en recension" (PDF) . Atmosfärisk miljö . 37 (2): 155–182. Bibcode : 2003AtmEn..37..155V . doi : 10.1016/s1352-2310(02)00857-9 .
  2. ^ Watson, I.D; GT Johnson (mars–april 1987). "Grafisk uppskattning av sky view-faktorer i urbana miljöer". Journal of Climatology . 7 (2): 193–197. Bibcode : 1987IJCli...7..193W . doi : 10.1002/joc.3370070210 .
  3. ^ a b Nunez, M; TR Oke (1977). "Energibalansen i en urban kanjon". Journal of Applied Meteorology . 16 (1): 11–19. Bibcode : 1977JApMe..16...11N . doi : 10.1175/1520-0450(1977)016<0011:teboau>2.0.co;2 . hdl : 2429/35946 .
  4. ^ Lien, FS; E. Yee; Y. Cheng (2004). "Simulering av medelflöde och turbulens över en 2D-byggnadsuppsättning med högupplöst CFD och en fördelad dragkraftsstrategi". Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics . 92 (2): 117–158. doi : 10.1016/j.jweia.2003.10.005 .
  5. ^ a b Spirn, Anne Whiston (juni 1986). "LUFTKVALITET PÅ GATANIVÅ: STRATEGIER FÖR URBAN DESIGN". Förberedd för: Boston Redevelopment Authority .
  6. ^   Kastner-Klein, P; E. Fedorovich; MW Rotach (2001). "En vindtunnelstudie av organiserade och turbulenta luftrörelser i urbana gatukajoner". Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics . 89 (9): 849–861. CiteSeerX 10.1.1.542.6044 . doi : 10.1016/s0167-6105(01)00074-5 .
  7. ^ Oke, TR (1988). "Gatudesign och stadstakklimat". Energi och byggnader . 11 (1–3): 103–113. doi : 10.1016/0378-7788(88)90026-6 .
  8. ^ a b c Kim, JJ; JJ Baik (1999). "En numerisk studie av termiska effekter på flöde och spridning av föroreningar i urbana gatukajoner" . Journal of Applied Meteorology . 38 (9): 1249–1261. Bibcode : 1999JApMe..38.1249K . doi : 10.1175/1520-0450(1999)038<1249:ansote>2.0.co;2 .
  9. ^   Kovar-Panskus, A (2002). "Geometrins inflytande på medelflödet i urbana gatukajoner - En jämförelse av vindtunnelexperiment och numeriska simuleringar". Urban Air Quality - Senaste framsteg, Proceedings : 365–380. doi : 10.1007/978-94-010-0312-4_26 . ISBN 978-94-010-3935-2 .
  10. ^   Addepalli, Bhagirath; Eric R. Pardyjak (2013). "Undersökning av flödesstrukturen i Step-Up Street Canyons—Mean Flow and Turbulens Statistics". Gränsskiktmeteorologi . 148 (1): 133–155. Bibcode : 2013BoLMe.148..133A . doi : 10.1007/s10546-013-9810-5 . S2CID 120763318 .
  11. ^   Kastner-Klein, P; R. Berkowicz; R. Britter (2004). "Inflytandet av gatuarkitektur på flöde och spridning i gatukajoner". Meteorologi och atmosfärsfysik . 87 (1–3): 121–131. Bibcode : 2004MAP....87..121K . doi : 10.1007/s00703-003-0065-4 . S2CID 123693211 .
  12. ^   Pol, SU; M.Brown (maj 2008). "Flödesmönster vid ändarna av en gatakanjon: Mätningar från det gemensamma urbana fältexperimentet 2003" . Journal of Applied Meteorology and Climatology . 47 (5): 1413. Bibcode : 2008JApMC..47.1413P . doi : 10.1175/2007JAMC1562.1 . S2CID 121902366 .
  13. ^ Pirjola, L.; Lähde, T.; Niemi, JV; Kousa, A.; Rönkkö, T.; Karjalainen, P.; Keskinen, J.; Frey, A.; Hillamo, R. (2012). "Spatial och temporal karakterisering av trafikemissioner i urbana mikromiljöer med ett mobilt laboratorium". Atmosfärisk miljö . 63 : 156. Bibcode : 2012AtmEn..63..156P . doi : 10.1016/j.atmosenv.2012.09.022 .
  14. ^ MISRA, P., P. ENGE (2006). Global Positioning System: signaler, mätningar och prestanda, andra upplagan . Lincoln (MA), USA: Ganga-Jamuna Press. {{ citera bok }} : CS1 underhåll: flera namn: lista över författare ( länk )
Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Urban_canyon&oldid=1142833322 "