МАТВІЄНКО М. О. МОДЕЛЬ ENVI-MET – ЯК ІНСТРУМЕНТ ДЛЯ СУЧАСНИХ УРБОМЕТЕОРОЛОГІЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
DOI: https://doi.org/10.17721/2306-5680.2019.4.13
Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія. 2019. №4(55)
Мова публікації: Українська
Автори:
Матвієнко М. О., Київський національний університет імені Тараса Шевченка
У статті представлено опис сучасної моделі мікроклімату ENVI-met. На сьогоднішній день модель ENVI-met є одним з найбільш поширених інструментів чисельного моделювання, що застосовується для опису процесів у міському піддаховому шарі. Модель ґрунтується на фундаментальних законах гідро- і термодинаміки, та здатна відтворювати основні процеси взаємодії між атмосферою, ґрунтом, рослинністю і будівлями. Модель може застосовуватися для дослідження мікрокліматичних умов, моделювання тепловідчуття людини в урбанізованому середовищі, визначення ефективності заходів з адаптації міст до прояву зміни клімату та моделювання рівня забруднення атмосферного повітря в містах. Наведено аналіз досліджень, в яких використовується модель, за ними проаналізовано імітаційну точність моделі ENVI-met, яку встановлено шляхом порівняння змодельованих даних та виміряних, показано переваги та недоліки моделі.
Ключові слова: мікроклімат великого міста, урбометеорологічні дослідження, імітаційні моделі, модель «ENVI-met».
Список літератури:
1. Матвієнко М.О., Шевченко О.Г. Біоклімат великого міста в літній період (на прикладі житлового масиву Теремки-2 у м. Києві). Зб. «Молоді науковці – географічній науці» В. ХІV. Київ, 2018. С. 40.
2. Матвієнко М.О., Шевченко О.Г., Сніжко С.І. Можливості моделювання мікроклімату урбанізованого середовища з використанням програми «ENVI-met». Матеріали Міжнар. наук. конф. «Від географії до неографічного українознавства: еволюція освітньо-наукових ідей та пошуків (до 140-річчя започаткування геогафії у Чернівецькому національному університеті імені Юрія Федбковича)». Чернівці, 2016. С. 166.
3. Шевченко О.Г. Урбометеорологія – як інтегруючий напрямок погодно-кліматичних та екологічних досліджень міст і основа міських екологічних сервісів // Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія. 2019. № 3 (54). С. 168–170.
4. Acero J. A., Herranz-Pascual K. A comparison of thermal comfort conditions in four urban spaces by means of measurements and modelling techniques. Building and Environment, 2015 Vol. 93 (P2), 245–257 pp. URL: https://doi.org/10.1016/ j.buildenv.2015.06.028.
5. Al-Hafith O., Satish B. K., Bradbury S., Wilde P. De. Simulation of courtyard spaces in a desert climate. Energy Procedia, 2017 Vol. 142, 1997–2002 pp. URL: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.12.401.
6. Ali-Toudert, F., & Mayer, H. Numerical study on the effects of aspect ratio and orientation of an urban street canyon on outdoor thermal comfort in hot and dry climate. Building and Environment, 2006 Vol. 41 (2), 94–108 pp. URL: https://doi.org/10.1016/J.BUILDENV.2005.01.013.
7. Allegrini J., Dorer V., Carmeliet J. Influence of morphologies on the microclimate in urban neighbourhoods. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2015 Vol. 144, 108–117 pp. URL: https://doi.org/10.1016/ j.jweia.2015.03.024.
8. Bruse M., Fleer H. Simulating surface-plant-air interactions inside urban environments with a three dimensional numerical model. Environmental Modelling and Software, 1998 Vol. 13(3–4), 373–384 pp. URL: https://doi.org/10.1016/S1364-8152(98)00042-5.
9. Bruse M., Skinner C. J. Rooftop greening and local climate: a case study in Melbourne. 1999. URL: www.EnviMet.Com/Documents/Papers/Rooftop1999.Pdf.
10. Carfan A. C., Galvani E., Nery J. T. Study of thermal comfort in the city of são paulo using ENVI-met model. Investigaciones Geograficas, 2010 Vol. 78. 34–47 pp.
11. Chow W. T. L., Brazel A. J. Assessing xeriscaping as a sustainable heat island mitigation approach for a desert city. Building and Environment, 2012 Vol. 47 (1), 170–181 pp. URL: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2011.07.027.
12. Duarte D. H. S., Shinzato P., Gusson C. dos S., Alves,C. A. The impact of vegetation on urban microclimate to counterbalance built density in a subtropical changing climate. Urban Climate, 2015 Vol. 14, 224–239 pp. URL: https://doi.org/10.1016/j.uclim.2015.09.006.
13. Eichhorn J. Entwicklung und Anwendung eines dreidimensionalen mikroskaligen Stadtklima-Modells: Dissertation Dr der Naturwissenschaften: 16.02.1989.M. 145 p.
14. Eichhorn J., Kniffka A. The numerical flow model MISKAM: State of development and evaluation of the basic version. Meteorologische Zeitschrift, 2010 Vol. 19 (1). 81–90 pp. URL: https://doi.org/10.1127/0941-2948/2010/0425.
15. ENVI-met Model Architecture // ENVI-met A holistic microclimate model URL: https://www.envi-met.com.
16. ENVI-met V4 Preview. Carolina dos Santos Gusson Paula Shinzato. URL: https://docplayer.com.br/37995271-Envi-met-v4-preview-carolina-dos-santos-gusson-paula-shinzato.html.
17. Emmanuel R., Johansson E. Influence of urban morphology and sea breeze on hot humid microclimate: the case of Colombo, Sri Lanka. Climate Research, 2006 Vol. 30. 189–200 pp. URL: https://doi.org/10.3354/cr030189.
18. Fahmy M., Sharples S. On the development of an urban passive thermal comfort system in Cairo, Egypt. Building and Environment, 2009 Vol. 44 (9). 1907–1916 pp. URL: https://doi.org/10.1016/ j.buildenv.2009.01.010.
19. Fatnassi H., Poncet C., Bazzano M. M., Brun R., Bertin N. A numerical simulation of the photovoltaic greenhouse microclimate. Solar Energy, 2015 Vol. 120. 575–584 pp. URL: https://doi.org/10.1016/j.solener.2015.07.019.
20. Forouzandeh A. Numerical modeling validation for the microclimate thermal condition of semi-closed courtyard spaces between buildings. Sustainable Cities and Society, 2018 Vol. 36. 327–345 pp. URL: https://doi.org/10.1016/j.scs.2017.07.025.
21. Früh B., Becker P., Deutschländer T., Hessel J.-D., Kossmann M., Mieskes I., Wienert U. Estimation of Climate-Change Impacts on the Urban Heat Load Using an Urban Climate Model and Regional Climate Projections. Journal of Applied Meteorology and Climatology, 2011 Vol. 50 (1). 167–184 pp. URL: https://doi.org/ 10.1175/2010JAMC2377.1.
22. Ghaffarianhoseini A., Berardi U., Ghaffarianhoseini A. Thermal performance characteristics of unshaded courtyards in hot and humid climates. Building and Environment, 2015 Vol. 87. 154–168pp. URL: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2015.02.001.
23. Gromke C., Blocken B., Janssen W., Merema B., van Hooff T., Timmermans H. CFD analysis of transpirational cooling by vegetation: Case study for specific meteorological conditions during a heat wave in Arnhem, Netherlands. Building and Environment, 2015 Vol. 83. 11–26 pp. URL: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2014.04.022.
24. Gusson C. S., Duarte D. H. S. Effects of Built Density and Urban Morphology on Urban Microclimate – Calibration of the Model ENVI-met V4 for the Subtropical Sao Paulo, Brazil. Procedia Engineering, 2016 Vol. 169, 2–10 pp. URL: https://doi.org/10.1016/J.PROENG.2016.10.001.
25. Huttner S. Further development and application of the 3D microclimate simulation ENVI-met: Dissertation Dr der Naturwissenschaften: 26.04.2012. M. 147 p.
26. Jänicke B., Meier F., Hoelscher M. T., Scherer D. Evaluating the effects of façade greening on human bioclimate in a complex Urban environment. Advances in Meteorology, 2015. URL: https://doi.org/10.1155/2015/747259.
27. Ketterer C., Matzarakis A. Human-biometeorological assessment of heat stress reduction by replanning measures in Stuttgart, Germany. Landscape and Urban Planning, 2014 Vol. 122. 78–88 pp. URL: https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2013.11.003.
28. Ketterer C., Matzarakis A. Comparison of different methods for the assessment of the urban heat island in Stuttgart, Germany. International Journal of Biometeorology, 2015 Vol. 59(9). 1299–1309 pp. URL: https://doi.org/10.1007/s00484-014-0940-3.
29. Kong F., Sun C., Liu F., Yin H., Jiang F., Pu Y., Dronova I. Energy saving potential of fragmented green spaces due to their temperature regulating ecosystem services in the summer. Applied Energy, 2016 Vol. 183, 1428–1440 pp. URL: https://doi.org/10.1016/ j.apenergy.2016.09.070.
30. Krüger E. L., Minella F. O., Rasia F. Impact of urban geometry on outdoor thermal comfort and air quality from field measurements in Curitiba, Brazil. Building and Environment, 2011 Vol. 46 (3). 621–634 pp. URL: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2010.09.006.
31. Lee, H., Mayer, H., & Chen, L. Contribution of trees and grasslands to the mitigation of human heat stress in a residential district of Freiburg, Southwest Germany. Landscape and Urban Planning, 2016 Vol. 148. 37–50 pp. https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2015.12.004.
32. SOLWEIG 1D User Manual-Version 2014. URL: http://www.mathworks.se/products/ compiler/mcr/
33. Lindberg F., Holmer B., Thorsson S. SOLWEIG 1.0 – Modelling spatial variations of 3D radiant fluxes and mean radiant temperature in complex urban settings. International Journal of Biometeorology, 2008 Vol. 52 (7), 697–713 pp. URL: https://doi.org/10.1007/s00484-008-0162-7.
34. Martins T. A. L., Adolphe L., Bonhomme M., Bonneaud F., Faraut S., Ginestet S., Guyard W. Impact of Urban Cool Island measures on outdoor climate and pedestrian comfort: Simulations for a new district of Toulouse, France. Sustainable Cities and Society, 2016 Vol. 26, 9–26 pp. URL: https://doi.org/10.1016/ j.scs.2016.05.003.
35. Matzarakis A., Rutz F., Matzarakis A., Rutz F., Mayer, H. Modelling radiation fluxes in simple and complex environments – Application of the RayMan model Modelling radiation fluxes in simple and complex. Int J Biometeorol, 2007 Vol. 51, 323–334 pp. URL: https://doi.org/10.1007/s00484-006-0061-8.
36. Middel A., Häb K., Brazel A. J., Martin C. A., Guhathakurta S. Impact of urban form and design on mid-afternoon microclimate in Phoenix Local Climate Zones. Landscape and Urban Planning, 2014 Vol. 122, 16–28 pp. URL: https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2013.11.004.
37. Nasrollahi N., Hatami M., Khastar S. R., Taleghani M. Numerical evaluation of thermal comfort in traditional courtyards to develop new microclimate design in a hot and dry climate. Sustainable Cities and Society, 2017 Vol. 35, 449–467 pp. URL: https://doi.org/10.1016/j.scs.2017.08.017.
38. Ng E., Chen L., Wang Y., Yuan C. A study on the cooling effects of greening in a high-density city: An experience from Hong Kong. Building and Environment, 2012 Vol. 47 (1), 256–271 pp. URL: https://doi.org/ 10.1016/j.buildenv.2011.07.014.
39. Noro M., Lazzarin R. Urban heat island in Padua, Italy: Simulation analysis and mitigation strategies. Urban Climate, 2015 Vol. 14, 187–196. URL: https://doi.org/10.1016/J.UCLIM.2015.04.004.
40. Paas B., Schneider C. A comparison of model performance between ENVI-met and Austal 2000 for particulate matter. Atmospheric Environment, 2016 Vol. 145. 392–404 pp. URL: https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2016.09.031.
41. Qaid A., Ossen D. R. Effect of asymmetrical street aspect ratios on microclimates in hot, humid regions. International Journal of Biometeorology, 2015 Vol. 59 (6). 657–677 pp. URL: https://doi.org/10.1007/s00484-014-0878-5.
42. Rizwan, A. M., Dennis L. Y. C., Liu C. A review on the generation, determination and mitigation of Urban Heat Island. Journal of Environmental Sciences, 2009 Vol. 20 (1). 120–128 pp. URL: https://doi.org/10.1016/S1001-0742(08)60019-4.
43. Samaali M., Courault D., Bruse M., Olioso A., Occelli R. Analysis of a 3D boundary layer model at local scale: Validation on soybean surface radiative measurements. Atmospheric Research, 2007 Vol. 85 (2), 183–198 pp. URL: https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2006.12.005.
44. Santiago J. L., Krayenhoff E. S., Martilli A. Flow simulations for simplified urban configurations with microscale distributions of surface thermal forcing. Urban Climate, 2014 Vol. 9, 115–133 pp. URL: https://doi.org/10.1016/j.uclim.2014.07.008.
45. Skelhorn C., Lindley S., Levermore G. The impact of vegetation types on air and surface temperatures in a temperate city: A fine scale assessment in Manchester, UK. Landscape and Urban Planning, 2014 Vol. 121, 129–140 pp. URL: https://doi.org/10.1016/J.LANDURBPLAN.2013.09.012.
46. Song B., Park K. Contribution of greening and high-albedo coatings to improvements in the thermal environment in complex urban areas. Advances in Meteorology, 2015. 12–21 pp. URL: https://doi.org/10.1155/ 2015/792172.
47. Souch C., Grimmond S. Applied climatology: urban climate. Progress in Physical Geography, 2006 Vol. 30 (2). 270–279 pp.
48. Srivanit M., Hokao K. Evaluating the cooling effects of greening for improving the outdoor thermal environment at an institutional campus in the summer. Building and Environment, 2013 Vol. 66, 158–172 pp. URL: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2013.04.012.
49. Taleghani M., Kleerekoper L., Tenpierik M., van den Dobbelsteen A. Outdoor thermal comfort within five different urban forms in the Netherlands. Building and Environment, 2015 Vol. 83. 65–78 pp. URL: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2014.03.014.
50. Taleghani, M., Sailor, D., & Ban-Weiss, G. A. Micrometeorological simulations to predict the impacts of heat mitigation strategies on pedestrian thermal comfort in a Los Angeles neighborhood. Environmental Research Letters, 2016 Vol. 11 (2). URL: https://doi.org/10.1088/1748-9326/11/2/024003.
51. Tan Z., Lau K. K. L., Ng E. Planning strategies for roadside tree planting and outdoor comfort enhancement in subtropical high-density urban areas. Building and Environment, 2017 Vol. 120, 93–109 pp. URL: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2017.05.017.
52. Terjung W. H. Urban energy balance climatology: A preliminary inversion of the city – man system in downtown Los Angeles. Geogr. Rev., 1970 Vol. 60. 31-53 pp.
53. Tsilini V., Papantoniou S., Kolokotsa D. D., Maria E. A. Urban gardens as a solution to energy poverty and urban heat island. Sustainable Cities and Society, 2015 Vol. 14 (1). 323–333 pp. URL: https://doi.org/10.1016/j.scs.2014.08.006.
54. Tsoka S., Tsikaloudaki A., Theodosiou T. Analyzing the ENVI-met microclimate model’s performance and assessing cool materials and urban vegetation applications–A review. Sustainable Cities and Society, 2018 Vol. 43, 55–76 pp. URL: https://doi.org/10.1016/j.scs.2018.08.009.
55. Vos P. E. J., Maiheu B., Vankerkom J., Janssen S. Improving local air quality in cities: To tree or not to tree? Environmental Pollution, 2013 Vol. 183, 113–122 pp. URL: https://doi.org/10.1016/ j.envpol.2012.10.021.
56. Wang Y., Berardi U., Akbari H. Comparing the effects of urban heat island mitigation strategies for Toronto, Canada. Energy and Buildings, 2016 Vol. 114, 2–19 pp. URL: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2015.06.046.
57. Wania A., Bruse M., Blond N., Weber C. Analysing the influence of different street vegetation on traffic-induced particle dispersion using microscale simulations. Journal of Environmental Management, 2012 Vol. 94(1), 91–101. URL: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2011.06.036.
58. Yang X., Zhao L., Bruse M., Meng Q. Evaluation of a microclimate model for predicting the thermal behavior of different ground surfaces. Building and Environment, 2013 Vol. 60. 93–104 pp. URL: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2012.11.008.
ЯК ЦИТУВАТИ
формат цитування ДСТУ 8302:2015
Матвієнко М. О. Модель envi-met – як інструмент для сучасних урбометеорологічних досліджень // Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія, 2019. № 4(55). C. 151-163. DOI: https://doi.org/10.17721/2306-5680.2019.4.13.
формат цитування APA
Матвієнко, М. О. (2019). Модель envi-met – як інструмент для сучасних урбометеорологічних досліджень. Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія, 4(55), 151-163. https://doi.org/10.17721/2306-5680.2019.4.13.