ENVI-MET在国内外规划设计领域的研究特征分析 - PenJing8

ENVI-MET在国内外规划设计领域的研究特征分析

2023-03-01 2
核心提示:全面总结ENVI-met在城市微气候模拟中的四大研究热点:形态学视角的热环境、下垫面类型影响、空气污染调控及人体热舒适性(PET/UTCI)。结合突变词分析,展望未来在水循环模型完善与多平台数据共享方面的研究方向。
摘要

【背景与目的】随着全球城镇化进程加速,城市热岛效应与极端气候事件频发,城市微气候问题日益严峻。ENVI-met作为广泛应用于城市微气候模拟的数值模型,是风景园林、城乡规划等领域进行气候适应性设计的重要工具。本文旨在通过CiteSpace文献计量分析,系统梳理ENVI-met在规划设计领域的研究特征、演变历程、热点与趋势,以期为后续研究和可持续人居环境建设提供参考。

【方法与数据】以Web of Science (WOS)核心数据库和中国知网(CNKI)为数据源,检索1998年1月至2020年7月期间发表的相关文献。经筛选,共获得外文文献397篇,中文文献140篇。运用CiteSpace软件,对文献的发文趋势、学科领域、合作网络、关键词等进行知识图谱可视化分析,揭示该领域的研究发展脉络、知识结构与热点前沿。

【主要结论】研究表明:(1) 研究发展可分为潜伏期(1998-2009)、快速增长期(2010-2015)与平稳增长期(2016-2020)。国外研究从早期关注城市设计与气温的关系,逐渐转向人体热舒适度评估及绿色基础设施气候缓解策略,近期呈现多元化综合发展趋势。国内研究起步较晚,初期聚焦于绿地对人体舒适度的改善,近期则更多关注大城市下垫面与地表能量平衡。(2) 跨学科属性显著。国内研究集中在工程科技领域,国外则涉及环境科学、生态学、城市规划等多个学科,形成更紧密的合作网络。(3) 研究热点聚焦于形态学视角的热环境模拟、下垫面与微气候、空气污染监测调控、人体热舒适性四个方面。

关键词:ENVI-met;城市规划;风景园林;微气候;数值模拟;文献计量;CiteSpace;研究热点;研究趋势

ENVI-met在规划设计领域的研究演进、热点与趋势:基于CiteSpace的文献计量分析

引言:ENVI-met在气候适应性设计中的应用与文献综述目的

据联合国人口司预测,至2030年,全球城镇化率将达到60.4%,发达国家的城镇化率高达80.40%,城镇已经成为多数人的生活空间,城市环境质量至关重要,直接关系到人居环境水平和居民健康状况,而随着全球变暖和热岛效应加剧,人们居住生活的微气候发生着深刻的改变。

风景园林、城乡规划等学科致力于人居环境改善,技术手段辅助规划设计可以提供更客观合理的策略,已成为学科发展的一种趋势。数值模拟方法因为其经济性、省时性和不限于少数测量点等优势,广受研究者们的青睐。

其中,ENVI-met是微气候模拟运用最为广泛的模型之一,能动态展现城市地表、植被和大气相互作用、空气污染物扩散模拟、三维风和湍流计算等[2]。该软件于1998年首次用于规划设计领域的研究,经过20多年的发展,国内外学术界积累了丰富的成果。为了更准确地了解其研究方向与指导规划设计,建设气候友好型的可持续性城市,有必要系统性总结其研究应用。但当前缺乏相关研究综述且侧重于软件操作及存在问题研究M,不足以展现该模型在规划设计领域的实际应用状况。

本文基于CiteSpace,对国内外规划设计领域运用ENVI-met研究的文献进行系统性分析,从规划设计视角探讨ENVI-met运用的整体特征、研究热点,以期为EN-Vl-met在规划设计领域的应用提供进一步的空间,从而为人居环境质量的改善提供借鉴。

1 研究方法与数据来源

1.2 基于CiteSpace的知识图谱分析

CiteSpace是由陈超美教授基于Java语言开发的一款可视化分析软件,利用共引分析理论和寻径网络算法等对特定领域文献进行计量、是当今发展最为遂勃迅速的科学知识图谱之一。本文通过合作网络、共现和聚类分析直观展现出节点在网络中的相对位置,揭示知识结构组成、演化和热点。

2 ENVI-met在国内外规划设计领域的研究特征分析

2.1 研究发展趋势

ENVI-met在规划设计领域国内外发文量的年度变化趋势图
图1: ENVI-met在规划设计领域国内外发文量的年度变化趋势图

对比ENVI-met在国内外研究发文量年变化图(图1).研究的总体趋势可以分为3个阶段,分别是潜伏发展期(1998-2009年)、快速增长期(2010-2015年)和平稳增长期(2016-2020年)。1998年,该软件的创始人Michael教授撰写了第一篇研究论文-介绍了城市结构内部表面一植物一空气相互作用的模拟情况.揭开了EN-Vl-met研究的序幕。

ENVI-met相关研究关键词演进时区图,展示研究焦点演变
图2: 国际ENVI-met研究关键词演进时区图

1999-2005年的文献数量为0,2006-2009年出现的文献数量少且波动大,2010-2015年,有关ENVI-met的研究快速增长,2016年后,增速平稳且文献数量多-国内有关ENVI-met的文献也大量出现,从侧面反映出城市微气候环境的日渐严峻.出现了大量以改善现实环境需求为目的的针对性研究。

ENVI-met研究的突发性关键词检测图谱
图3: ENVI-met研究领域的突发性关键词 (Burst Terms) 检测图谱

将文献用CiteSpace按照关键词做时区聚类图,并结合软件突发检测功能分析,发现国外文献在早期主要研究城市设计与户外气温的关系.中期更加关注户外人体热舒适度,并出现了一些评价指标.生理等效温度(PET)、平均辐射温度(MRT)等,近期侧重于运用绿色基础设施缓解气候问题并提出策略(图2)。

中国ENVI-met研究关键词演进时区图
图4: 中国ENVI-met研究关键词演进时区图

在突发词表中(图3),En-vironment、Canyon和Energy出现了一个较长时间的增力口.表明有关该主题的研究持续被研究者讨论,在较长时间内成为ENVT-met应用研究的热点,但2016年后被引突发词减少,表明ENVI-met研究呈现综合、多样化但无明显热点的发展态势。

中国ENVI-met研究的突发性关键词检测图谱
图5: 中国ENVI-met研究的突发性关键词 (Burst Terms) 检测图谱

中国有关ENVI-met的研究起步晚-初期主要关注于居住区和公共空间的绿地对于人体舒适度的改善作用(图4),随后,研究领域不断拓宽,突发词接续出现,学科呈现蓬勃发展态势,探讨大城市下垫面及地表能量平衡成为近期热点(图5)。

2.2 研究论文刊文期刊与学科分布

ENVI-met研究文献的学科结构知识图谱
图6: ENVI-met研究文献的学科结构知识图谱

对文献分布进行研究,可了解有关ENVI-met研究的知识传播途径与学科构成。利用中国知网在线分析工具分析研究领域.结果显示工程科技II辑文献占比最大,达到83.57%,基础科学其次,农业科技最少;通过CiteSpace的学科结构图谱,发现国外研究涉及环境科学、生态学、工程学、自然地理学、城市规划、计算机科学和植物科学等多学科(图6)。

ENVI-met研究主要出现在期刊上(表1)-其中,在ant/Soriefy和训c/EnraVon/nra-上出现频次远远高于其他平台,成为了解该软件应用的核心来源,相比之下,ENVI-raet在国内出现的频次比较低,这与国内ENVI-met的研究起步晚、刊发文献数量少、系统的知识结构体系还未建立的现实情况息息相关。

2.3 研究合作网络分析

中国ENVI-met研究作者与机构的合作网络图谱
图7: 中国ENVI-met研究作者与机构的合作网络图谱

国内外作者一机构合作度差异大。国内作者合作度较低,合作网络零散.表现为多个研究小组,其中,校企合作、跨专业合作较突出(图7)。

国际ENVI-met研究作者与机构的合作网络图谱
图8: 国际ENVI-met研究作者与机构的合作网络图谱

相比之下,国外EN-Vl-met研究的图谱则呈紧密联系的网络状,其中,TobiEnioluMorakinyo、RiccardoBuccolieri、香港中文大学、亚利桑那州立大学、柏林工业大学、香港城市大学在作者一机构合作网络中具备重要地位,是网络图谱中的纽带(图8)。

3 ENVI-met在国内外规划设计领域的研究热点

(注:此部分内容将在后续小节中展开,基于关键词图谱分析,提炼出形态学视角的热环境模拟、下垫面类型与城市微气候、空气污染监测与调控、基于人体感知的热舒适性研究等四大热点。)

 
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