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今天推介的是“区域和城市空间发展”专题的文献。(专栏编辑:王兰)。
量化城市设计特征对小尺度空气污染影响的一种新方法
来源: MISKELL G, SALMOND J, LONGLEY I, et al. A novel approach in quantifying the effect of urban design features on local- scale air pollution in central urban areas[J]. Environmental Science & Technology. 2015, 49: 9004-9011.
不同的城市设计特征可能影响城市中小尺度空气污染的排放和散播模式。然而,城市形态的复杂性、各种变量的相关性、过程的临时性与空间的可变性使得量化小尺度空间污染的决定因素变得困难。这篇文章综合了密集测量和土地利用回归(LUR) 建模的一种新方法,用以明确影响中央商务区内小尺度的环境NO2 (二氧化氮)浓度的关键要素。
该研究选取了新西兰奥克兰高密度的中央商务区(4.33km2) 作为案例,在0.15km2的研究区域内布置了62 个测试点,在2013 年的8 月到10 月(冬天和春天) 进行了各持续14 天左右的3 次NO2浓度测试,并通过研究区域内参考站的五年月平均数据来校正季节产生的差异,得到了研究区域的小尺度数据集。同时奥克兰议会在整个奥克兰地区有41个被动采样点,在中央商务区范围内有21 个点的NO2浓度数据(“城市尺度”数据集),也纳入了研究。
所有测试点的环境特征由22 个变量表征,分为源头性(车道数量、公交车站数量、公交车专用道、交通强度、公交强度、早晨、傍晚及高峰间隔期模拟交通排放量、与前后红绿灯的距离)和调节性(缘石线长度、绿化、与海距离、人车分离、道路一侧、建筑数量、雨棚、道路宽度、道路方向、停车出入口数量、道路高宽比) 两类,并各自定义了单位和缓冲区。
采用小尺度和城市尺度两个独立的数据集分别进行模型建构。首先进行单变量回归分析,确定每个变量对结果影响的正负方向和显著性。接着进行多元渐进回归选出显著影响变量,同时根据先前假设的正负效果人为判断结果的可解释性。最终得到了两个尺度的LUR 模型。研究分别使用两个LUR 模型预测另一个尺度的数据,继而重新设计小尺度的LUR 模型,提升预测能力。模型的第二次重新设计使用了ESCAPE 项目(European Study of Cohort Air Pollution Effects,欧洲空气污染影响队列研究) 中标准模型构建的步骤,逐步排除变量系数与假设正负效果相反的、或显著性>0.2 的变量,来明确共同的城市设计因素得到可适应的“多尺度”模型。由以上步骤,最终可得到三种模型:①标准模型:使用ESCAPE 标准建立并以同一数据集测试;②独立模型:使用ESCAPE 标准建立并以其他数据集测试;③多尺度模型:使用ESCAPE 标准建立、使用其他数据集调整,以两个数据集(建立模型的数据集和调整模型使用的数据集)测试。
基于标准模型,研究进一步发展的小尺度LUR模型明确了7 个城市设计变量为决定因素,分别是:车道数量、100m 半径公交车站数量、雨棚、公交车道数量、绿化、建筑数量、与下一个红绿灯的距离。分别使用三次浓度测试的数据得到这些显著变量基本保持不变。在城市尺度模型中选出了4个显著变量,分别是:与下一个红绿灯的距离、50m 半径公交车站数量、50-100m 半径公交车站数量、道路宽度。最终改进的多尺度LUR 模型明确了3 个城市设计变量:车道数量、100m 半径公交车站数量、与下一个红绿灯的距离。对三种模型在两个尺度数据集的应用进行了统计特性的比较,发现标准模型解释性较强,独立模型解释性弱,多尺度模型解释性强。说明不能使用一个尺度的模型来描述另一个尺度的情况。本研究中改进的多尺度模型则改善了数据集间的适应性。
相比于许多已发表的城市尺度的LUR 研究,该研究更关注于小尺度(本文中小于1km2)。虽然地点的异质性和模型设计使得LUR 的结果较难简单推广,然而其中得到的关联可以帮助估计城市中的相对关系。该研究指出其局限性在于测试地点的选择可能漏掉了一些重要的空间模式、被排除的变量可能对于某个测试环境来说具有独特性、模型使用存在限制等。该研究的结论有利于城市小尺度预测理论、小尺度控制、改进标准LUR 模型对于特定数据的依赖和较差的预测性。
(供稿:徐望悦)
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