Войти
Городской каньон на 42 - й улице, средней части Манхэттена, Нью - Йорк 
Та же улица Манхэттена, видимая изнутри, со многими зданиями, которые намного выше ширины дороги. Городской каньон (также известный как уличный каньон ) является местом, где улица примыкают здания с обоего сторон, создавая каньон -like среды, эволюционировал этимологический из каньона героев в Манхэттене. Такие каньоны, построенные людьми, образуются, когда улицы разделяют плотные блоки строений, особенно небоскребов. Другие примеры включают Великолепную милю в Чикаго, коридор бульвара Уилшир в Лос-Анджелесе, финансовый район Торонто, а также районы Коулун и Центральный Гонконг.
Городские каньоны влияют на различные местные условия, включая температуру, ветер, свет, качество воздуха и радиоприем, включая сигналы спутниковой навигации.
В идеале городской каньон - это относительно узкая улица с высокими сплошными зданиями по обеим сторонам дороги. Но теперь термин городской каньон используется более широко, и геометрические детали уличного каньона используются для их категоризации. Самая важная геометрическая деталь уличного каньона - это отношение высоты каньона (H) к ширине каньона (W), H / W, которое определяется как соотношение сторон. Значение соотношения сторон можно использовать для классификации уличных каньонов следующим образом:
Подклассификация каждого из вышеперечисленных может быть сделана в зависимости от расстояния между двумя основными перекрестками вдоль улицы, определяемого как длина (L) уличного каньона:
Другая классификация основана на симметрии каньона:
Другой специфический тип:
Влияние уличного каньона на местный ветер и качество воздуха может сильно различаться в зависимости от геометрии каньона, и это будет подробно обсуждаться в разделах ниже.
Другими важными факторами, принимаемыми во внимание при изучении городских каньонов, являются объем воздуха, ориентация каньона (север-юг, восток-запад и т. Д.) И фактор обзора неба. Воздуха объем уличного каньона воздух, содержащийся внутри зданий с обеих сторон, которые действуют как стены, на улице, которая является нижней границей, и мнимую верхнюю границу на уровне крыши под названием «крышка» каньона.
Коэффициент обзора неба (SVF) обозначает соотношение между излучением, принимаемым плоской поверхностью, и излучением всей излучающей среды в полушарии, и рассчитывается как доля неба, видимого с земли. SVF - это безразмерное значение, которое находится в диапазоне от 0 до 1. Значение SVF, равное 1, означает, что небо полностью видно, например, на ровной местности. Когда в локации есть здания и деревья, SVF пропорционально уменьшается.
Модификация характеристик атмосферного пограничного слоя наличием уличного каньона называется эффектом уличного каньона. Как упоминалось ранее, уличные каньоны влияют на температуру, скорость и направление ветра и, следовательно, на качество воздуха в каньоне.
Городские каньоны способствуют возникновению эффекта городского острова тепла. Температура внутри каньона может повышаться на 2–4 ° C. При исследовании температурных явлений учитываются энергетическая освещенность, угол падения, альбедо поверхности, коэффициент излучения, температура и SVF. При высоком SVF городские каньоны остывают быстро, потому что доступно больше неба для поглощения тепла, удерживаемого зданиями. При низком SVF каньон может удерживать больше тепла в течение дня, создавая более высокое тепловыделение ночью. В исследовании, проведенном Нуньесом и Оке, изучался обмен энергией в городском каньоне в средних широтах в хорошую летнюю погоду. Исследование показало, что количество поверхностной энергии в каньоне в разное время зависит от геометрии и ориентации каньона. Было обнаружено, что дно каньонов с ориентацией север-юг является наиболее активным участком энергии. В таком каньоне 30% избытка полуденного излучения хранится в материалах каньона (зданиях). Ночью чистому дефициту излучения (то есть отсутствию солнечной радиации) противодействует высвобождение энергии, которая хранилась в материалах каньона. Это явление в значительной степени способствует возникновению эффекта городского острова тепла.
Уличные каньоны могут изменять как скорость, так и направление ветра. Вертикальная скорость ветра приближается к нулю на уровне кровли каньона. Производство и рассеяние сдвига высоки на уровне крыши, а прочный тонкий слой сдвига создается на высоте здания. Кинетическая энергия турбулентности выше около здания с подветренной стороны, чем около здания с подветренной стороны из-за более сильных сдвигов ветра. Результирующая структура потока внутри каньона зависит от направления ветра по отношению к направлению ориентации улицы.
Когда уровень крыши / направление фонового ветра параллельно улице, наблюдается эффект образования каналов, когда ветер имеет тенденцию направляться и ускоряться через каньон. Там, где ширина улицы неоднородна, наблюдается эффект Вентури, когда ветер проходит через небольшие отверстия, что еще больше усиливает ускорение ветра. Оба эти эффекта объясняются принципом Бернулли. Попутный ветер и транспорт могут значительно отличаться для коротких и длинных каньонов, поскольку угловые вихри имеют более сильное влияние в коротких каньонах.
Когда уровень крыши / направление фонового ветра перпендикулярно улице, создается вертикально вращающийся ветровой поток с центрированным первичным вихрем внутри уличных каньонов. В зависимости от соотношения сторон в уличных каньонах определяются разные режимы потока. В порядке возрастания коэффициента пропорциональности этими режимами потока являются: поток с изолированной шероховатостью, поток с помехами в спутной струе и поток с отложением. Общее количество создаваемых вихрей и их интенсивность зависит от многих факторов. Исследования численных моделей, проведенные для изолированных уличных каньонов, показали, что количество создаваемых вихрей увеличивается с увеличением соотношения сторон каньона. Но существует критическое значение скорости окружающего ветра, выше которого количество и характер вихрей перестают зависеть от соотношения сторон.
Сравнение режимов потока изолированной шероховатости (а) и режима скимминга (б) в уличном каньоне (по Оке, 1988 г.) Численные исследования и исследования в аэродинамической трубе показали, что для симметричных каньонов с аспектным отношением = 0,5 вторичный вихрь на уровне земли можно увидеть около подветренной стены здания. Для симметричных каньонов с соотношением сторон ≥ 1,4 более слабый вторичный вихрь на уровне земли можно увидеть около наветренной стены здания, а при соотношении сторон ≥ 2 вторичные вихри видны прямо под первичным вихрем. В асимметричных и ступенчатых каньонах образование вторичных вихрей может быть более обычным. Исследования в аэродинамической трубе показали, что в повышающемся каньоне, где здание с наветренной стороны короче, можно определить точку застоя на наветренной стороне более высокого здания. Область ниже этой точки торможения называется областью взаимодействия, поскольку все линии тока в этой области отклоняются вниз, в уличный каньон. Характеристики вихревых потоков внутри каньона сильно зависят от соотношения высот зданий по обе стороны от каньона. Для отношения высоты здания H d с подветренной стороны к высоте H u с подветренной стороны, равного 3, наблюдался единственный первичный вихрь. Но при H d / H u = 1,67 встречные вихри могут занимать всю глубину каньона.
Другими факторами, влияющими на силу этого рециркуляционного потока, являются турбулентность, вызванная движением транспорта, и форма крыш зданий. Исследования на физических моделях показали, что двустороннее движение увеличивает турбулентность в нижней половине каньона, а скатная крыша по обе стороны от каньона смещает основную зону турбулентной продуктивности вниз по течению и снижает интенсивность рециркуляционного потока внутри каньона..
В режиме скимминга ветровой вихрь, образующийся внутри уличного каньона, когда среднее направление ветра перпендикулярно улице (по Оке, 1988). В условиях перпендикулярного ветра, в основном на уровне улицы, на каждом конце каньона образуются горизонтально вращающиеся угловые / конечные вихри. Горизонтальная протяженность этих угловых вихрей различна на каждом конце каньона, и это приводит к сложным схемам ветра на уровне поверхности на пересечениях. Полевые эксперименты также показали, что угловые вихри могут распространяться на всю глубину каньона, но с изменением горизонтальной протяженности с высотой.
Строение соседнего участка уличного каньона; например, серия уличных каньонов добавляет сложности полю потока.
Все вышеперечисленные результаты относятся к ситуациям, когда нет нагревательных эффектов. Исследования на численной модели показали, что нагрев поверхности уличных каньонов приводит к изменению характеристик вихревого течения. И обогрев разных поверхностей; Противоточная стена, подветренная стена, дно каньона, изменяет вихревой поток по-разному.
Изменение температуры и ветра из-за наличия уличного каньона, следовательно, влияет на качество воздуха внутри уличного каньона. Когда направление среднего ветра параллельно улице, описанные выше эффекты образования каналов и Вентури увеличивают рассеивание загрязняющих веществ внутри уличного каньона. Это часто способствует «смыванию» загрязнителей воздуха и повышению качества воздуха внутри уличного каньона. Но в случаях, когда источники загрязнения воздуха присутствуют с подветренной стороны, направленный ветер может переносить загрязняющие вещества в места с подветренной стороны, далеко от источника, и способствовать плохому качеству в местах с подветренной стороны.
Когда среднее направление ветра перпендикулярно улице, вихревой поток, образующийся внутри каньона, ограничивает воздушный поток, снижает рассеивание загрязняющих веществ и увеличивает концентрацию загрязняющих веществ внутри каньона улицы. Загрязнение из местного источника внутри каньона, а также загрязнение, уносимое в каньон средним ветровым потоком, переносится вихревым потоком и повторно циркулирует в каньоне. В городских условиях выбросы выхлопных газов автомобилей являются основным источником многих загрязнителей воздуха, таких как сверхмелкозернистые частицы, мелкие частицы, двуокись углерода, NOx. Эти шлейфы загрязнения, образующиеся на улице на уровне поверхности, выталкиваются вихревым потоком к подветренной стороне каньона, в результате чего концентрации загрязнения на уровне поверхности намного выше на подветренной стороне улицы по сравнению с наветренной стороной. Вторичные водовороты в нижней части каньона могут в дальнейшем способствовать застаиванию загрязняющих веществ на тротуарах; особенно с подветренной стороны. Одно полевое исследование показало, что концентрация ультрамелких частиц на подветренной стороне тротуара в четыре раза выше, чем на наветренной стороне.
При использовании приемников GPS в уличных каньонах с высокими зданиями эффекты затемнения и многолучевого распространения могут способствовать плохому приему сигнала GPS.
