【2023地理设计组一等奖】基于ArcGIS Pro模型构建器的多风向城市迎风面指数计算模型——以北京市二环范围为例

作品介绍

摘要

城市迎风面指数（Frontal Area Index， FAI）是用于表征城市建筑组合对近地面空气流动的阻碍作用，评价风环境要素在城市三维空间中的区域差异以及判别城市通风廊道的重要参数。当前，城市迎风面指数的计算在GIS相关软件中通常仅实现了区域内建筑物在南北方向对风阻力系数、地表起伏度等的半经验公式计算，或是通过多平台搭建外接矩形模型等方式实现多风向分析。本设计以北京二环线范围内区域为例，同时加入地形对于建筑物海拔高度的影响，采用ArcGIS Pro的ModelBuilder（模型构建器）搭建了一个快速实现通风廊道定量化计算的模型。该模型通过旋转通风渔网的方式测算16个风向迎风面指数，并基于此结果对16个风向（考虑全年风频）的迎风面指数通过最小成本路径（LCP，Least cost path）和最大线密度（MLD，Maximum line density）定量识别出研究区通风廊道以评估研究区域的通风性能。该模型是国内首个针对城市迎风面指数定量计算的开源、可视化模型，可减少在城市气候风环境研究中对于WRF、CFD等数值模式的依赖和限制。该模型在城市热岛效应、城市气候图、城市通风廊道、韧性城市、城市体检等城市局地气候区（LCZ, Local Climate Zone）科学研究和工程实践中均可广泛应用。

1 设计背景及意义

迎风面指数（FAI，Frontal Area Index）是研究城市通风问题的一个重要形态学指标，被广泛用于评估城市通风廊道[1-3]。不同于其他城市三维空间形态计量指标如建筑密度、建筑高度变化率、建筑面积比和纵横比，FAI是城市通风最相关的形态指标，因为它不仅考虑了建筑物的高度和宽度（正面区域），还考