我校在基于蓝色基础设施的城市气候解决方案中取得新进展

南湖新闻网讯（通讯员 成雅田）近日，我校园艺林学学院城市生态健康诊断与蓝绿空间效能优化创新团队吴昌广副教授课题组在基于自然的城市气候解决方案方面取得新进展，研究成果以“Where and how to cool through blue infrastructure? Large lake groups to ameliorate urban overheating in a typical inland multi-lake megacity”为题发表于Sustainable Cities and Society。

大型湖泊是内陆城市应对高温“烤”验和调控局地气象环境的重要生态补偿空间。然而，目前有关城市湖泊局地气候效应的研究主要侧重于湖泊水体景观特征变量与气象环境要素间的简单映射关系分析，导致多数研究成果在下垫面高度异质化的复杂城市空间中应用失效。因此，从大气热力学和动力学视角揭示大型湖泊激发的“冷岛效应”对建成区气象环境的驱动机理，对于指导内陆城市规划，探索高效的湖泊降温服务供给策略具有重要意义。基于此背景，团队以武汉市域生态绿楔区的大型湖泊群为研究对象，选取2018年夏季武汉地区一次典型高温弱风天气过程，应用耦合湖泊模型的WRF-Lake中尺度气象模式进行不同情景模拟，阐明了远郊、近郊、城中不同区位大型湖泊群对建成区近地面风温场及边界层结构特征的调控作用，探讨了湖-陆能量交换、湖风环流过程对湖群降温效应的驱动机制。

图1 研究技术框架

团队研究发现，日间城中湖群周边高密度建成空间增大了湖陆间的感热通量差异，导致城中湖群吸收更多感热通量而释放较少的潜热通量，因此与同等规模的城郊湖群相比，城中湖群对周边地区降温强度更大；夜间湖群以潜热通量形式释放日间积累的湖体热储存，从而导致对周边地区均存在一定增温作用，而城中湖群因日间湖体热储存大于同等规模城郊湖群，表现出对周边地区更强的增温效应。

此外，不同区位湖群对建成区的水平降温范围受背景主导风向影响，上风向湖群对建成区的降温范围要显著大于下风向和两侧湖群。从上风向湖群提供的降温服务来看，近郊湖群对建成区的降温影响范围大于远郊湖群；但随太阳辐射逐渐增强，远郊、近郊、城中湖群产生的湖风环流之间可形成沿主导风向的湖风链式流动，湖风锋在中心区辐合上升，从而将建成区冠层热量输送到高空，减少了冠层内部的热量积累。

基于研究结果，团队总结了“湖-气-城”三要素间的昼夜形流规律与降温效应，并从湖泊群精明保护、城市开发边界划定、滨湖地区强度管控三个维度，提出了一套提升湖泊热缓释效能的“城-湖”空间格局构建路径和规划指引，为内陆多湖地区气候适应型城市规划建设提供方法论支撑。

图2 “湖-气-城”三要素间的形流规律与降温效应模式

图3 提升湖泊热缓释效能的“城-湖”空间格局构建路径和规划指引

本研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、武汉市园林和林业局科技计划等项目的资助。华中农业大学与阿德莱德大学联合培养博士研究生成雅田为论文第一作者，吴昌广副教授为论文通讯作者，园艺林学学院张斌教授、滕明君副教授，阿德莱德大学建筑与土木工程学院Carlos Bartesaghi Koc博士，中科院沈阳应用生态研究所沈历都博士，武汉市公共气象服务中心刘火胜高级工程师，武汉市林业工作站（湿地保护中心）肖之炎高级工程师参与研究。

【英文摘要】

Large lake groups have been recognized as important blue infrastructure to ameliorate urban overheating in inland megacities. Previous studies have evaluated climate regulation capabilities of large lakes on cities. However, how the specific location of lake groups affects thermal environments across extensive built-up areas through thermal and aerodynamic mechanisms remains unclear. Therefore, we conducted sensitivity experiments using the Weather Research and Forecasting (WRF) model to explore the intensity and spatial variation of air temperatures and wind fields influenced by lake groups—located in downtown areas, inner suburbs, and outer suburbs—under typical heatwave conditions in Wuhan. Results indicate that compared to similar-sized suburban lake groups, downtown lake groups exhibit higher and lower daytime lake-land differences in sensible and latent heat fluxes, respectively, resulting in greater lake cooling intensities (LCIs). Also, upwind lake groups cool more built-up areas since lake breeze circulations (LBCs) promote the spreading of lake cooling distances (LCDs). However, the development of LCIs, LCDs, and LBCs is asynchronous, with LCIs peaking around mid-morning before the generation of LBCs, and LCDs peaking in the afternoon once LBCs have developed vigorously. Moreover, we propose a planning framework integrating the cooling effects of lake groups to support cooler, healthier, and more sustainable cities.

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2210670723004808

审核人：吴昌广