Қалалық каньондар: биік ғимараттар арасындағы көшелердің ауа райына, желге, жарыққа және байланысқа әсері. Құрылыстардың қалыптастыруы, эффектісі туралы біліңіз.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Көше екі жағында да өте биік ғимараттармен шектеліп, әдетте ірі қалаларда кездесетін орын.
Street lined by very tall buildings on both sides, typically in large cities
Қалалық каньон (көше каньоны немесе көкжиек каньоны деп те аталады) – көше екі жағынан ғимараттармен қоршалған, каньон сияқты ортаны құрайтын жер. Бұл терминнің шығу тегі Манхэттендегі Батырлар каньонынан бастау алады. Мұндай жасанды каньондар көшелер тығыз құрылыстарды, әсіресе көкжиектерді бөліп тұрғанда пайда болады. Мысалдарға Чикагодағы Магнифисент-Майл, Лос-Анджелестің Уилшир бульвары, Торонтоның қаржылық ауданы және Гонконгтың Коулун мен Орталық аудандары жатады. Қалалық каньондар температура, жел, жарық, ауа сапасы, радио және спутниктік навигация сигналдары сияқты жергілікті жағдайларға әсер етеді.
An urban canyon (also known as a street canyon or skyscraper canyon) is a place where the street is flanked by buildings on both sides creating a canyon like environment, evolved etymologically from the Canyon of Heroes in Manhattan. Such human built canyons are made when streets separate dense blocks of structures, especially skyscrapers. Other examples include the Magnificent Mile in Chicago, Los Angeles' Wilshire Boulevard corridor, Toronto's Financial District, and Hong Kong's Kowloon and Central districts. Urban canyons affect various local conditions, including temperature, wind, light, air quality, and radio reception, including satellite navigation signals.
Әсерлер
Атмосфералық шекаралық қабаттың қасиеттеріне көше каньонының әсерінен болатын өзгерістер көше каньоны әсері деп аталады. Бұрын айтылғандай, көше каньоны температураға, желдің жылдамдығы мен бағытына және нәтижесінде каньон ішіндегі ауа сапасына әсер етеді.
The modification of the characteristics of the atmospheric boundary layer by the presence of a street canyon is called the street canyon effect. As mentioned earlier, street canyons affect temperature, wind speed and wind direction and consequently the air quality within the canyon.
Температура
Қалалық каньондар қалалық жылу арал эффектісіне себепші болады. Каньон ішіндегі температура 2–4 °C-қа дейін артуы мүмкін. Температуралық құбылыстарды зерттеу кезінде сәулелену, түсу бұрышы, беттік альбедо, эмиссивтілік, температура және SVF ескеріледі. SVF жоғары болған жағдайда қалалық каньондар жылдам суынады, себебі ғимараттар сақтаған жылуды сіңіруге көбірек аспан кеңістігі қолжетімді болады. SVF төмен болғанда каньон күндіз көбірек жылуды сақтай алады, нәтижесінде түнгі уақытта жылу шығарылуы артады. Нуньез бен Оке жасаған зерттеу орта ендіктегі қалалық каньондағы энергия алмасуын, жазғы қолайлы ауа райында қарастырды. Желдің күшті қисаюына байланысты, жел бағытынан қарағанда, желге қарсы жатқан ғимаратқа жақын жерде турбуленттік кинетикалық энергия жоғары болады. Каньон ішіндегі ағын үлгілері көше бағытына шағылысты жел бағытына байланысты өзгереді.
Urban canyons contribute to the urban heat island effect. The temperature inside the canyon can be elevated 2–4 °C. Studies of temperature phenomena consider irradiance, angle of incidence, surface albedo, emissivity, temperature and SVF. For a high SVF, the urban canyons cool quickly, because more sky is available to absorb the heat retained by the buildings. With a low SVF, the canyon can retain more heat during the day, creating a higher heat release at night. A study done by Nunez and Oke investigated the energy exchanges in an urban canyon in mid latitudes in fine summer weather. Turbulence kinetic energy is higher near the downwind building than near the upwind building because of stronger wind shears. The resulting flow patterns inside the canyon depend on the wind direction with respect to the street orientation direction.
Каньонға параллель жел
Шатыр деңгейіндегі / желдің бағыты көшеге параллель болғанда, желдің каньон арқылы арнаға түсіп, жылдамдатылатын арналандыру эффектісі байқалады. Көше ені біркелкі болмаған жағдайда, желдің тар жарықтар арқылы өтетіні және желдің жылдамдығын одан әрі арттыратын Вентури эффектісі көрінеді. Бұл екі эффектінің де түсіндірмесі Бернулли принципінде жатыр. Көше бойындағы желдің және оның тасымалдануы қысқа және ұзақ каньондарда әртүрлі болуы мүмкін, себебі бұрыштық айналымдар қысқа каньондарға күштірек әсер етеді.
When the roof level/background wind direction is parallel to the street, a channelization effect is seen where winds tend to be channeled and accelerated through the canyon. Where the street width is non uniform, a Venturi effect is seen when winds funnel through small openings, further enhancing the acceleration of winds. Both these effects are explained by the Bernoulli's principle. The along street wind and transport can be significantly different for short and long canyons as the corner vortices have a stronger influence in short canyons.
Каньонға перпендикуляр жел
Шатыр деңгейі/желдің бағыты көшеге перпендикуляр келгенде, көше каньондарында ортасы белгілі бір негізгі айналыммен тік айналатын жел ағыны пайда болады. Көлбеу қатынасына сәйкес, көше каньондарында әртүрлі ағын режимдері анықталады. Көлбеу қатынасының арту ретімен бұл режимдер: оқшауланған кедір-бұдыр ағын, ояну кедергісі ағыны және сырғанап өту ағыны. Айналымдардың жалпы саны мен қарқындылығы көптеген факторларға байланысты. Оқшауланған көше каньондары үшін жасалған сандық модельдеу зерттеулері, каньонның көлбеу қатынасы артқан сайын айналымдардың санының артатынын көрсетті. Бірақ, қоршаған ортаның жел жылдамдығының белгілі бір шегі бар, одан асып кеткенде айналымдардың саны мен пішіні көлбеу қатынасына тәуелді болмайды. Сандық және жел туннелі зерттеулері симметриялық каньондар үшін, көлбеу қатынасы 0,5-ке тең болса, желдің соққысынан кейінгі қабырғаның жанында жер деңгейіндегі екіншілік айналымды көруге болады. Симметриялық каньондар үшін, көлбеу қатынасы ≥ 1,4 болса, жел жақ қабырғасының жанында жер деңгейіндегі әлсіз екіншілік айналым байқалады, ал көлбеу қатынасы ≥ 2 болса, екіншілік айналымдар негізгі айналымның астында пайда болады. Асимметриялық және биіктеп тұрған каньондарда екіншілік айналымдар жиірек кездеседі. Жел туннелі зерттеулері көрсеткендей, биіктеп тұрған каньонда, егер желге қарсы тұрған ғимарат төмен болса, биік ғимараттың желге қарайтын бетінде тоқтау нүктесін анықтауға болады. Бұл тоқтау нүктесінің астындағы аймақ өзара әрекеттесу аймағы деп аталады, себебі бұл аймақтағы барлық ағын сызықтары көше каньонына қарай төмен бұрылады. Каньон ішіндегі айналымды ағынның сипаттамалары каньонның екі жағындағы ғимараттардың биіктік қатынасына тікелей байланысты. Егер жел соққан ғимараттың биіктігі (Hd) желге қарсы тұрған ғимараттың биіктігіне (Hu) қатынасы 3 болса, бір ғана негізгі айналым байқалады. Бірақ, егер Hd/Hu=1,67 болса, кері айналатын айналымдар каньонның бүкіл тереңдігін жаба алады. Бұл қайта айналым ағынының күшіне көлік қозғалысынан туындаған турбуленттілік және ғимараттардың шатыр пішіндері сияқты факторлар да әсер етеді. Физикалық модельдеу зерттеулері екі бағытты қозғалыстың каньонның төменгі жартысындағы турбуленттілікті арттыратынын, ал каньонның екі жағындағы тік шатырлар турбулентті өндірістің негізгі аймағын ағыс бағытына қарай жылдыратынын және каньон ішіндегі қайта айналым ағынының қарқындылығын төмендетінін көрсетті. Мұндай перпендикуляр жел жағдайында, көбінесе көше деңгейінде, каньонның әр шетінде көлденең айналатын бұрыштық/соңғы айналымдар пайда болады. Бұл бұрыштық айналымдардың көлденең кеңдігі каньонның әр шетінде әртүрлі болады, бұл қиылыстарда күрделі жер беті жел үлгілеріне әкеледі. Далалық тәжірибелер бұрыштық айналымдардың каньонның бүкіл тереңдігіне созылатынын, бірақ биіктікке қарай көлденең кеңдігі өзгеретінін көрсетті. Көше каньонының жанындағы ауданның құрылымы, мысалы, бірнеше көше каньонының тізбегі, ағын алаңына қосымша күрделілік қосады. Жоғарыда аталған барлық нәтижелер жылу эффектісі жоқ жағдайларға қатысты. Сандық модельдеу зерттеулері көрсеткендей, көше каньонының беті қызғанда, бұл айналымды ағынның сипаттамаларын өзгертеді. Әртүрлі беттердің қызуы – жел соққан қабырға, желге қарсы қабырға, каньон төңірегі, айналымды ағынды әртүрлі жолдармен өзгертеді.
When the roof level/background wind direction is perpendicular to the street, a vertically rotating wind flow is created with a centered primary vortex inside street canyons. Based on the aspect ratio, different flow regimes are defined in street canyons. In the increasing order of aspect ratio these flow regimes are: isolated roughness flow, wake interference flow and skimming flow. The total number of vortices made and their intensities depends on many factors. Numerical model studies done for isolated street canyons have shown that the number of vortexes made increases with increasing aspect ratio of the canyon. But there is a critical value of the ambient wind speed, above which the number and pattern of vortexes become independent of the aspect ratio. Numerical and wind tunnel studies have shown that for symmetric canyons with an aspect ratio = 0.5, a ground level secondary vortex can be seen near the leeward side building wall. For symmetric canyons with aspect ratio ≥ 1.4, a weaker ground level secondary vortex can be seen near the windward side building wall and for aspect ratio ≥ 2 secondary vortexes are seen right below the primary vortex. In asymmetric and step up canyons the formation of secondary vortexes can be more common. Wind tunnel studies have shown that, in a step up canyon where the upwind building is shorter, a stagnation point can be identified on the windward face of the taller building. The region below this stagnation point is called the interaction region, since all streamlines in this region are deflected downward into the street canyon. The characteristics of the vortex flow patterns inside the canyon strongly depend the height ratio of buildings on either side of the canyon. For a downwind building height Hd to upwind building height Hu ratio of 3, a single primary vortex has been observed. But for Hd/Hu=1.67, counter rotating vortexes can occupy the whole depth of the canyon. Other factors that have an effect on the strength of this re circulation flow are traffic induced turbulence and roof shapes of the buildings. Physical model studies have shown that two way traffics increases the turbulence in the lower half of the canyon and that pitched roof on either side of the canyon shifts the main area of turbulent production downstream and reduced the intensity of the re circulation flow inside the canyon. Under these perpendicular wind conditions, mainly at the street level, at each end of the canyon, horizontally rotating corner/end vortexes are made. The horizontal extent of these corner vortexes are different at each end of a canyon and this leads complex surface level wind patterns at intersections. Field experiments have further shown that corner vortexes can extend in the whole depth of canyon but with changing horizontal extent with height. The structure of the neighboring area of a street canyon; for instance a series of street canyons, add more complexity to flow field. All the above mentioned results are for situations with no heating effects. A numerical model study have shown that, when a surface in a street canyons heats up, it changes the characteristics of the vortex flow. And heating of different surfaces; upwind wall, downwind wall, canyon floor, changes the vortex flow in different manners.
GPS сигналын қабылдау
GPS қабылдағыштарын биік ғимараттармен қоршалған көшелерде пайдаланғанда, сигналдың жоғалуы және көп жолмен таралу салдары GPS сигналдарын нашар қабылдауға себеп болуы мүмкін.
When using GPS receivers in street canyons with tall buildings, the shadowing and multipath effects may contribute to poor GPS signal reception.