ارزیابی تاثیر فرم شهر بر جزایر حرارتی شهری: مطالعه تطبیقی محدوده های مسکونی مشهد، ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه شهرسازی، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران

2 گروه شهرسازی، دانشکده معماری شهرسازی ، دانشگاه فردوسی مشهد

3 گروه معماری، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران

چکیده

هدف: فرآیند توسعه شهرنشینی و گسترش شهرها باعث افزایش جذب انرژی حرارتی و افزایش دما شده و پدیده‌ای به نام «جزیره حرارتی شهری» را ایجاد می‌کند که تفاوت دمای قابل توجهی بین مناطق شهری با اطراف را نشان می‌دهد. هدف اصلی این مطالعه بررسی تأثیر ویژگی‌های مختلف فرم شهری، از جمله پیکربندی فضایی، ارتفاع ساختمان‌ها، جهت‌گیری معابر و هندسه کانیون شهری بر شرایط خرد اقلیم است.
روش پژوهش: این پژوهش مبتنی بر روش تحقیق آمیخته شامل مرور نظام‌مند، طبقه‌بندی مورفولوژیکی و شبیه‌سازی محیطی انجام شد. با استفاده از تحلیل علم‌سنجی و بهره‌گیری از نرم‌افزار VOS viewer روندهای پژوهشی مرتبط با شکل شهری و آسایش حرارتی در بازه زمانی ۱۹۷۳ تا ۲۰۲۳ بررسی شد. سپس، شش نوع مختلف بافت شهری از مناطق مسکونی شهر مشهد انتخاب شدند که بر اساس پیکربندی فضایی (فشرده در برابر پراکنده) و دسته‌بندی ارتفاع ساختمان (کم‌ارتفاع، میان‌ارتفاع، بلندمرتبه) طبقه‌بندی شدند. شرایط خرداقلیمی هر نوع بافت با استفاده از نرم‌افزار ENVI-met نسخه ۵.۱/۶ برای سه تاریخ نماینده انقلاب تابستانی (۲۱ ژوئن)، انقلاب زمستانی (۲۱ دسامبر) و فصل معتدل (۱۵ آوریل)، و هر بار یک چرخه کامل ۲۴ ساعته شبیه‌سازی شد.
نتایج: نتایج نشان داد که فرم‌های شهری فشرده به ‌طورکلی موجب کاهش دمای هوای روزانه به دلیل سایه‌اندازی بیشتر از ساختمان‌های متراکم و نسبت بالاتر H/W می‌شوند. با این حال، این فرم‌ها تهویه طبیعی را کاهش داده و خنک شدن شبانه را محدود می‌کنند. کانیون‌های شهری با SVF پایین، میزان تابش خورشید را در روز کاهش داده اما در شب حرارت را به دام انداخته و آسایش حرارتی کلی را پس از غروب کاهش می‌دهند. جهت‌گیری معابر به موازات جهت باد غالب، جریان هوا و خنک‌سازی را افزایش داده، در حالی که جهت‌گیری عمود بر باد مانع تهویه می‌شد. به‌طور خاص، برخی چیدمان‌های پراکنده بلندمرتبه به دلیل نفوذ بیشتر باد، به ویژه در آرایش‌های صلیبی شکل، مناطق خنک‌کننده‌ای را ایجاد نمودند.
نتیجه‌گیری: این مطالعه اهمیت ادغام ملاحظات اقلیمی در طراحی فرم شهری را برجسته کرده و نشان داد که تعادل بهینه بین تراکم ساختمان‌ها، هندسه کانیون‌های شهری و جهت‌گیری با جریان باد می‌تواند به طور مؤثری اثرات جزیره حرارتی را در اقلیم سرد و نیمه‌خشک کاهش دهد. این یافته‌ها توصیه‌هایی مبتنی بر شواهد برای برنامه‌ریزان شهری و سیاست‌گذاران فراهم می‌کند تا آسایش حرارتی و پایداری را در مناطق شهریِ در حال توسعه ارتقاء دهند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Abdelmejeed, A. Y., & Gruehn, D. (2024). Optimizing an efficient urban tree strategy to improve microclimate conditions while considering water scarcity: a case study of Cairo [Article]. Discover Sustainability, 5(1), Article 66.  https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2024DiSus...5...66A/abstract
Abdi, Z., Alizadeh, H., Mohammadi, S., & Sabouri, S. (2023). Analysis of urban form typology using urban heat island indicators: Case study of Ferdous neighborhood of Tabriz. FRONTIERS IN ECOLOGY AND EVOLUTION, 10, Article 1065538. https://doi.org/10.3389/fevo.2022.1065538
Akbari, H., & Kolokotsa, D. (2016). Three decades of urban heat islands and mitigation technologies research. Energy and Buildings, 842-834, 133. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.09.067
Akbari, H., Cartalis, C., Kolokotsa, D., Muscio, A., Pisello, A. L., Rossi, F., Santamouris, M., Synnefa, A., Wong, N. H., & Zinzi, M. (2016). Local climate change and urban heat island mitigation techniques – the state of the art. Journal of Civil Engineering and Management, 22(1), 16-1. doi:10.3846/13923730.2015.1111934
Alobaydi, D., Bakarman, M. A., & Obeidat, B. (2016). The Impact of Urban Form Configuration on the Urban Heat Island: The Case Study of Baghdad, Iraq. Procedia Engineering, 145, 820-827. https://doi.org/10.1016/j.proeng. 2016.04.107
Alsaad, H., Hartmann, M., Hilbel, R., & Voelker, C. (2022). The potential of facade greening in mitigating the effects of heatwaves in Central European cities. Building and Environment, 216, 109021. https://doi.org/10.1016/j.buildenv. 2022.109021
Arvin, A. A. (2017). Investigating thermal island in connection with air pollution in Isfahan city. Geography and Environmental Hazards, 7(1), 115-129. (In Persian). https://geoeh.um.ac.ir/article_
Ayyad, Y. N., & Sharples, S. (2019). Envi-MET validation and sensitivity analysis using field measurements in a hot arid climate. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 329(1), 012040. 10.1088/1755-1315/329/1/012040
Bondar, H., Mousavi Baighi, M., & Kahraman, B. (2021). Investigation and separation of heat island and global warming in Mashhad plain. Water and Soil, 35(1), 137-151. (In Persian). https://doi.org/10.22067/ jsw.2020.14683.0
Conzen, M. R. G. (1960). Alnwick, Northumberland: a study in town-plan analysis. Transactions and Papers (Institute of British Geographers). 10.1177/0309132509334948
Delbasteh, S., Doostan, D., & karimi, D. (2018). Evaluation of Spatial Variations of Surface Temperature in Mashhad Metropolis. Geography and Territorial Spatial Arrangement .10.22111/gaij.2018.4088
Elkhazindar, A., Kharrufa, S. N., & Arar, M. S. (2022). The Effect of Urban Form on the Heat Island Phenomenon and Human Thermal Comfort: A Comparative Study of UAE Residential Sites. Energies, 15(15), 5471.  https://doi.org/ 10.3390/en15155471
Elraouf, R. A., ELMokadem, A., Megahed, N., Eleinen, O. A., & Eltarabily, S. (2022). Evaluating urban outdoor thermal comfort: a validation of ENVI-met simulation through field measurement. Journal of Building Performance Simulation, 15(2), 268–286. 10.1080/19401493.2022.2046165
Golany, G. S. (1996). Urban design morphology and thermal performance. Atmospheric Environment, 30, 455-465 https:// doi.org/10.1016/1352-2310(95)00266-9
Huang, X., & Wang, Y. (2019). Investigating the effects of 3D urban morphology on the surface urban heat island effect in urban functional zones by using high-resolution remote sensing data: A case study of Wuhan, Central China. Isprs Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 152, 131-119. https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2019.04.010
Ismaili, Reza. (2017). Homogeneous air pollution areas of Mashhad city. Natural Environment Hazards, 7(16), 227-240. (In Persian). https://jneh.usb.ac.ir/article_3170.html
Jain, S., Sannigrahi, S., Sen, S., Bhatt, S., Chakraborti, S., & Rahmat, S. (2020). Urban heat island intensity and its mitigation strategies in the fast-growing urban area. Journal of Urban Management, 9(1), 66-54. https://doi.org/10.1016/ j.jum.2019.09.004
Liao, W., Hong, T., & Heo, Y. (2021). The effect of spatial heterogeneity in urban morphology on surface urban heat islands. Energy and Buildings, 244, Article 111027. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2021.111027
Liu, X., Ming, Y., Liu, Y., Yue, W., & Han, G. (2022). Influences of landform and urban form factors on urban heat island: Comparative case study between Chengdu and Chongqing. Science of The Total Environment, 820, 153395 .10.1016/j.scitotenv.2022.153395
Mahmoudzadeh, H., Naqdbishi, A., & Momeni, S. (2017). The effect of urban uses on the creation of thermal islands
(case study: Mashhad city). Geography and Environmental Hazards, 7(3), 106-119. (In Persian) https://geoeh.um.ac.ir/ article_32644.html
Maleki, A., & Mahdavi, A. (2016). Evaluation of Urban Heat Islands mitigation strategies using dimentional urban micro-climate model envi-met. 17, 371-357.  https://www.magiran.com/p1449845
Mofidi Shemirani, S. M., Hosseini, S. M., Sanyayan, H., & Japelaghi, Gh. R. (2019). Investigating the thermal effect of plants in urban spaces with the PMV model (a case study of Azgol neighborhood in Tehran). Quarterly Journal of Urban
Studies, 9(34), 119-130. (In Persian) https://urbstudies.uok.ac.ir/article_61330.html
Nikrouz Mostofi, H., Aghamohammadi Zanjiirabad, A. R., Vafaeinezhad, M., Ramezani, A., & Hemmasi, H. (2020). A novel method for optimal selection of land cover indices and urban heat islands determination using remote sensing data, Journal of Geographical Data (SEPEHR), 29(113), 57-72. magiran.com/p2134506. (In Persian). https://doi.org/10.22131/ sepehr.2020.40471
Moudon, A. V. (1997a). Urban_morphology_as_an_emerging_interdis. Urban Morphology, 1(1), 3–10. https:// doi.org/10.51347/jum.v1i1.4047
Nikpour, A., Mohammadyari, B., & Soleimani, M. (2022). Spatial modeling of effective factors in building density (case study: Hamadan city). Spatial Planning, 12(2), 27-46. (In Persian) 10.22108/sppl.2022.127142. 1559.
Oke, T (1995).The Heat Island of the Urban Boundary Layer: Characteristics, Causes and Effects. NATO ASI Series e Applied Sciences-Advanced Study Institute, 277, 108-81. 10.1007/978-94-017-3686-2_5
Peterson, T. C., & Owen, T. W. (2005). Urban Heat Island Assessment: Metadata Are Important. Journal of Climate, 18(14), 2637-2646. https://colab.ws/articles/10.1175%2Fjcli3431.1
Pourjafar M. R., & Rafiyan M. (2021). Examining the general shape of Yazd city. Urban design discourse A review of contemporary literature and theories, 2 (1), 1-25. (In Persian). http://udd.modares.ac.ir/article-40-54269-fa.html
Quan, J. (2019). Multi-Temporal Effects of Urban Forms and Functions on Urban Heat Islands Based on Local Climate Zone Classification. Int J Environ Res Public Health, 16(12). https://doi.org/10.3390/ijerph16122140
Rizwan, A. M., Dennis, L. Y. C., & Liu, C. (2008). A review on the generation, determination and mitigation of Urban Heat Island. Journal of Environmental Sciences, 20(1), 128-120. https://doi.org/10.1016/S1001-0742(08)60019-4
Santamouris, M. (2014). On the energy impact of urban heat island and global warming on buildings. Energy and Buildings, 82, 100-113. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2014.07.022
Santamouris, M. (2020). Recent progress on urban overheating and heat island research. Integrated assessment of the energy, environmental, vulnerability and health impact. Synergies with the global climate change. Energy and Buildings, 207, 109482. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2019.109482
Shafii Dastjardi, M., Lek, A., & Ghafari, A. (2022). Development of an urban form evaluation model with a spatial resilience approach. Urban Planning Geography Research, 10(2), 1-27. (In Persian). 10.22059/jurbangeo.2022.  333648, 1610.
Torabi, S., Zarei, M., & Hashempour, R. (2019). Urban design with the aim of reducing environmental inadequacies caused by heat islands (case example: Tehransar area, 21st district of Tehran). Geography Quarterly (Regional Planning),10  (38), 154-143. (In Persian). https://www.jgeoqeshm.ir/article_109364.html
Wang, D., Zhang, G., Lin, T., Hu, X., Zhao, Z., & Shi, L. (2021). Exploring the Connection between Urban 3D Form and Building Energy Performance and the Influencing Mechanism. ISPRS International Journal of Geo-Information,(10)10. https://doi.org/10.3390/ijgi10100709
Kamyabi, S. (2015). Applying the climatic classification system to the architecture of the cities of Razavi Khorasan province. Land Geography, 13(50), 105-91. (In Persian). https://sanad.iau.ir/fa/Journal/sarzamin/Article/822623
Zahedi Yeganeh, A., Khadem Al-Hosseini, A., & Mokhtari Malekabadi, R. (2017). Analysis of urban management indicators in the dimensions of globalization in the urban areas of Isfahan. Urban Ecology Research, 9(1 (series 17)), 49- 62. (In Persian). https://grup.journals.pnu.ac.ir/article_4446.html
Zandi, R., Karmi, M., & Taheri, J. (2018). The role of land use changes on the spatial form of thermal islands in Mashhad. Physical Development Planning, 6(4), 95-105. (In Persian). https://doi.org/10.30473/psp.2020.6590