剑桥大学马丁中心长期对城市形态、肌理同城市气候的关系展开研究。Carlo Ratti教授以欧洲传统城市肌理为原型，以简单的二维栅格图形表述三维空间信息，即数字高程图像（DEM）。利用图像处理所产生的光栅为基础的模型和开发软件，模拟测量城市形态几何参数，能够快速预模拟空间形态的天空可视度、水平围合特性、阴影容量及辐射交换等[37]。Vicky Cheng等通过城市冠层模型模拟高密度城市的城市密度、容积率同空气温度、太阳能利用潜力的关系，并对9个规则布局和随机布局样本的开敞程度、建筑立面上阳光辐射、建筑外表面对太阳能利用潜力等指标的差异变化进行了比较。样本分别从水平和垂直两个维度比较布局的规则化与随机化，结果显示低密度、高度错落的模式更适宜。
香港中文大学吴恩荣教授以香港为研究对象，模拟研究高密度高强度城市形态与城市气候的关系，大量模拟研究集中在城市热岛和城市通风，将平均天空可视度（SVF）和平均迎风面密度（FAD）数据导入GIS数据平台，最终得到城市气候地图，研究同时采用实测PET数据对模拟进行了验证。Riccardo Buccolieri（2010）基于城市冠层原型模型模拟气流变化，探讨城市密度与城市透气度的关系，提出了基于高度、密度的迎风面密度算法[38]。
图1-4 无树（左）和有树（右）条件下街道空气温度ENVI-met模拟分析
＊资料来源：Bruse M.Modelling and strategies for improved urban climates［C］／Proceedings.1999.
Michael Bruse（1999）通过研究建筑外表面材质、植被同空气间的热应力关系，开发出三维城市微气候模拟软件ENVI-met[39]，如图1-4。近年来，国内外出现了大量基于ENVI-met软件对中微观尺度城市热环境进行的模拟研究。Ozkeresteci（2003）模拟线形公园设计的热环境影响；Huttner（2008）研究欧洲城市中心热环境；Dominik（2012）研究欧洲城市广场设计对热舒适度的影响；Ana Claudia Carfan（2010）在巴西圣保罗研究了城市热舒适度；吴恩荣（2012）研究高密度城市植被对城市空气温度的影响；王振以武汉江汉路为例，模拟冬冷夏热地区街峡微气候特征；史源等（2012）以北京西单商业街为例，探讨了基于室外热舒适度及风环境的城市设计改进策略；任国辉（2014）以上海前滩国际商务区14-1地块项目为例，探讨规划布局、绿地与水体、色彩规划等方面设计改善热岛效应策略。
Darren Robinson[40]在《可持续城市设计的计算机模拟》一书中对不同尺度下城市辐射环境、城市气候、行人舒适度的模拟方法进行了介绍。对于小尺度模拟，采用IST技术模拟城市肌理表面的平均空气阻力和短波辐射交换变化，模拟分为4组样本：均在面积为1 000m×750m的区域内，建筑高度均为15m，平面形态分为随机式（瑞士巴塞尔城市抽样）、行列式（500×30）、立方体点式（20×20）和长方体点式（26.7×15），保证四组样本拥有相同的建筑高度、屋顶面积、立面面积、表面积和建筑容量。比较屋顶、地面、立面短波辐射量，结果显示样本间建筑立面的短波辐射有明显差异。(www.xing528.com)
瑞典哥德堡大学Lindberg（2008）利用数字化高程图像方法，开发出SOLWEIG软件，通过阴影计算天空可视度。德国弗赖堡大学Matzarakis教授开发了RayMan（2007）和Climate Skyhelios（2010）气候软件用于快速计算天空可视度（SVF），前者可以通过人体辐射平衡计算生理等效温度等热舒适度指标。利用Ecotect软件对城市太阳辐射强度分析、日照阴影分析等功能，许多规划师开展了对城市太阳辐射环境的分析。
在偏微观尺度Jianghe等（2009）提出了一种仿真工具，用于预测建筑热工性能（加热／制冷负荷，室内温度）对户外热环境的影响[41]。仿真工具是一个以三维CAD为基础的设计工具，重现了建筑物的空间形式和构造表面的材料细节。室外热环境评估包括外表面温度和平均辐射温度，研究同时进行了不同植被绿化条件下居住建筑的热环境比较（图1-5）。
图1-5 基于3D-CAD的建筑周边热环境模拟
＊资料来源：He J，Hoyano A，Asawa T.A numerical simulation tool for predicting the impact of outdoor thermal environment on building energy performance［J］.Applied Energy，2009，86（9）：1596-1605.
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