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封面故事

氣候資訊於地方降溫政策之應用-以臺中市都市熱島計畫為例

歐星妤 專案佐理研究員  國家災害防救科技中心
王柳臻 專案佐理研究員  國家災害防救科技中心
林子平 國立成功大學 規劃與設計學院副院長與建築學系特聘教授

引言

隨著氣候變遷議題受到全球的重視,國內中央及地方政府都開始因應提出相關計畫。其中,加劇的都市熱島高溫現象為各地方政府重點關注的議題之一。臺灣近年都市發展快速,都市開發及人口密度增加,使得人工發熱量增加、材料蓄熱增加、綠地不足、通風不良等,造成都市熱島現象的熱危害,進而影響都市居民的熱舒適及生活品質。甚至因全球暖化與都市熱島效應的共同影響而增加空調能源的使用,造成更多熱排放與溫室氣體,形成惡性循環。因此在臺灣人口最多的都市區域,減緩與調適熱島高溫現象,是能維持及提升居民熱舒適度的必要策略。各地方政府作為第一線面對此都市氣候問題的機關,迫切地需要提出應對的策略。而為了指認各地區具潛在危害的熱點,首先必備的是高解析的氣候資訊。從不管是歷史的氣候資訊或未來預測的氣候資訊,各個城市能分析得知其需改善的重點地區與程度,並提出減緩及調適的策略。本篇將以臺中市政府近期的都市熱島相關計畫為例,簡述地方政府如何應用高解析的歷史氣候資訊,協同專家學者共同研擬熱島減緩及調適策略,並主要以計畫中的都市熱點指認及風廊調適策略進行說明。

氣候資訊應用:從TReAD指認臺中市的熱區

由臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台計畫 (TCCIP) 產製的臺灣歷史氣候重建資料 (Taiwan ReAnalysis Downscaling data, TReAD)[1]可提供過去40年完整覆蓋臺灣全島的氣候資訊。該組資料可有效應用在都市熱島領域中[2]。首先,在分析都市熱島問題時,需要先了解都市熱島的分佈狀況,找出熱島中心,方能加強改善熱點地區並進一步研擬都市整體的熱島調適策略。

以臺中市熱島計畫[3]為例,規劃團隊成功大學建築與氣候研究室 (以下簡稱BCLab) 應用TReAD的全臺2011年至2018年資料,繪製了臺中市空氣溫度、相對濕度、風速、風向、輻射等氣候資訊地圖[4]。從空氣溫度的分佈圖可知臺中市最高溫區位於盆地中心,然為了更近一步指認人體的熱舒適影響,計畫中採用了生理等效溫度 (Physiological Equivalent Temperature, PET) 熱舒適指標作為熱區指認的依據。PET熱舒適指標即體感溫度的一種,其以人體的熱收支平衡去計算,並以°C的單位表示,常用於戶外的熱舒適研究[5][6]。透過過去文獻之PET預估式[7],規劃團隊以TReAD之空氣溫度、相對濕度、風速、全天空輻射量等2公里解析度氣候資料 (表1) 計算出臺中市的PET分佈,如圖1所示。最後考量過去文獻中對生理等效溫度的分級[8],以及臺中市的區域特性,將PET大於45.5 °C的地區指認為熱區 (圖1),作為市府優先進行熱島策略改善的地區。

表1、生理等效溫度計算參數一覽表

參數 說明及資料來源
網格尺寸 2km*2km
空氣溫度 (Ta) TReAD氣候歷史重建資料
相對溼度 (RH) TReAD氣候歷史重建資料
風速 (WS) TReAD氣候歷史重建資料並以係數修正
天空可視率 (SVF) 假設定值1計算
全日空輻射量 (GlobalRad) TReAD氣候歷史重建資料

註1:  空氣溫度單位為攝氏溫度 (°C)、相對濕度單位為 (%)、
風速單位為 (m/s)、SVF之值介於0-1、全日空輻射量單位為 (W/m2)。

圖1、臺中市PET分布圖及熱區範圍 (資料來源:TReAD資料;TCCIP, 2020[1])
 

調適策略:風廊系統的建立

在了解臺中市的熱島現象分布及指認熱區後,市府需要進一步研擬調適熱島的策略。而在此過程中,高密度的氣候資訊仍是不可或缺的資料。舉例來說,在臺中市提出的主要熱島降溫策略中,建立風廊系統可幫助都市熱區維持一定的通風量,減緩蓄熱的現象[3]。而BCLab在協助建立臺中市的風廊系統時,參考TReAD的風向風速資料 (圖2) 進行風廊的指認。

圖2 、臺中市夏季日間風速風向圖。
(資料來源:TReAD 風速及風向資料;TCCIP, 2020[1];圖面繪製:臺中市政府,2023[3])

 

BCLab在參考各國風廊政策擬定方式[9][10],首先將臺中市風廊分為自然風廊及都市風廊。自然風廊依據TReAD夏季日夜間的風速風向資訊繪製,為10公尺的都市冠層風,繪製成果如圖3所示。夏季之日間盛行風向主要為來自臺灣海峽之西向風,夜間則以南風為優勢,可綜整為:河谷風廊、濱海風廊、盆地風廊等。都市風廊則以自然風廊為背景,依建築等地表空間資訊繪製之地表粗糙度網格,使用最小路徑法依長年風向指定出距地表2公尺高之行人層都市風廊 (圖4)。根據風阻特性及尺度將都市風廊分為三個層級,並依等級研擬不同程度的管制。

圖 3、臺中市自然風廊分佈圖
(資料來源:臺中市政府,2023[3])

圖4、自然風廊與都市風廊圖示
(資料來源:臺中市政府,2023[3])

政策實踐:新市政中心的風廊

前述呈現的是近期BCLab協助臺中市整體熱島調適計畫中對氣候資訊的應用。而除了整體計畫之外,最終政策實踐方式是需要透過都市計畫相關法規以及個別細部計畫等法令的層面去落實。尤其細部計畫的範圍較小且都市設計及土地管制規範較詳細,為實際建築及都市空間的方針。因此除了整體臺中市的氣候資訊分布以外,後續在各個行政區及更小的細部計畫區中,亦須針對其自身氣候背景進行分析,應用該地區的氣候資訊。同時,細部計畫在每三到五年會進行一次通盤檢討,以根據區域發展調整其計畫內容。因此在這個過程中,例如氣候變遷、都市熱島等較新的議題就能加入到細部計畫當中。

舉例來說,臺中市新市政中心近期進行了第5次的通盤檢討案,其中很重要的部分是加入了都市熱島調適的議題,並研擬了計畫區的風廊策略[11]。新市政中心的長期氣候資訊是BCLab研擬過程中的必要資料,透過TReAD的風向資料,擷取最接近計畫區的四個點位資訊,可以找出計畫區盛行的風向 (圖5),進而用於風廊路徑的指認。經分析,可知此計畫區冬季皆為北風,而夏季夜間為南風。因此,考量夏季夜間為熱島降溫的最佳時段,計畫中使用了南風作為風廊的主要風向。

 

圖5 (左) 新市政中心之TReAD點位 (右) 長年風向分析圖
(資料來源:TReAD 風向資料;TCCIP, 2020[1])

 

透過地表粗糙度以及最小路徑法的計算,最終產製出新市政中心的風廊圖 (圖6)。而此風廊路徑可做為後續建築設計的相關準則建議,以維持區域的通風效益,減緩熱空氣的滯留。例如,在此通盤檢討計畫提案中建議:為了利於落實基地通風檢討,建議位於引風策略區域 (即風廊兩側之區域,圖7) 之建築基地如欲取得開放空間獎勵,需同時檢討由BCLab研礙之基地通風率 (SVR,目前已納入「臺中市都市更新建築容積獎勵辦法」中關於△F14-4建築量體與環境調合項目,獎勵值以基準容積之5%為上限),其SVR未達一定比例者,則開放空間獎勵容積將酌予折減 (提案,非正式公告)。由此可見,都市中已經有一些區域開始研議氣候因應策略的實踐方法。

圖6、新市政中心風廊計算流程與風廊分布圖
(資料來源: 臺中市政府,2022)

 

圖7、風廊兩側之引風策略區域圖 (提案,非正式公告)
(資料來源: 臺中市政府,2022)

結語

本篇以臺中市為例,呈現了地方政府應用TReAD氣候資訊於政策研擬的過程。透過地方實際政策應用的案例,我們看到了氣候資訊對於地方氣候調適策略重要性。也顯示了高解析度的氣候資訊確實可以幫助地方政府指認都市區域的風險,並對症下藥地研擬因應的策略。此外,本篇提及之生理等效溫度 (PET) 分析,除可用於其他城市之熱島相關之研究,亦可應用於未來氣候變遷下,行人舒適分析、高齡化熱風險與健康、勞工熱環境等相關議題。

在戶外環境更加炎熱的今日,我們樂見各地政府漸漸開啟實際的調適政策計畫,期望未來的都市環境能使人們在氣候變遷的影響下,仍然能夠舒適健康的安居其中。

參考文獻

[1] 林秉毅、鄭兆尊、陳永明、簡毓瑭,2020:40年高解析度臺灣歷史氣候資料技術報告,國家災害防救科技中心出版。

[2] 王柳臻、林子平,2023:臺灣歷史氣候重建資料於都市規劃及建築設計之應用。 TCCIP電子報,第067期。

[3] 臺中市政府,2023:臺中永續城鄉宜居環境—臺中都市熱島效應空間策略計畫成果報告書。

[4] 王柳臻,2022:高解析氣候歷史重建資料於都市規劃及建築設計之應用,國立成功大學建築學系碩士論文。

[5] Höppe, P., 1999: The physiological equivalent temperature - a universal index for the biometeorological assessment of the thermal environment. Int J Biometeorol, 43, 71-75.

[6] Chen, L., & Ng, E., 2012: Outdoor thermal comfort and outdoor activities: A review of research in the past decade. Cities, 29(2), 118-125.

[7] 陳秉鈞,2022:高溫易淹水區域指認及人行舒適度調適策略,國立成功大學建築學系碩士論文。

[8] Lin, T. P., & Matzarakis, A., 2008: Tourism climate and thermal comfort in Sun Moon Lake, Taiwan. Int J Biometeorol, 52(4), 281-290.

[9] Verein Deutscher Ingenieure, 2015: Environmental meteorology climate and air pollution maps for cities and regions. VDI 3787-Part 1. Verlag des Vereins Deutscher Ingenieure.

[10] 中國氣象局,2018:氣候可行性論證規範—城市通風廊道。QX/T 437-2018。

[11] 臺中市政府,2022:變更臺中市都市計畫 (新市政中心專用區) 細部計畫第5次通盤檢討案,技術報告。(未發佈)

延伸閱讀

台北市的「涼區」在哪? 城市逃離熱浪有方法 學者:光靠公園綠地不夠! 環境資訊中心報導,https://e-info.org.tw/node/234678

臺中市政府都發局攜手成大建築系 共擬都市熱島緩解方針,聯合報報導,https://udn.com/news/story/7326/6936104

TCCIP Podcast 熱島降溫—打造風流城市,生活更舒適

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Q : 什麼是生理等效溫度 (PET) ?

生理等效溫度 (Physiological Equivalent Temperature,PET) 為德國學者Peter Höppe 依據人體模型MEMI (Munich Energy-balance Model for Individuals) 開發出的熱舒適指標。PET 的定義為在典型的室內環境 (無風和無太陽輻射) 中,人體的核心和皮膚溫度與目標評估的環境條件下相同時,達到人體熱平衡的空氣溫度。舉例來說,戶外的PET 為40℃時,代表人體此時的熱感受相當於在一個空氣溫度40℃、無風及日照的室內空間當中。PET可使非專業人士能夠將室外複雜熱條件的整體影響,與自身的室內體驗進行比較,且使用與一般空氣溫度相同的℃單位,也易於一般非專業者理解。

參考文獻:

Höppe, P., 1999: The physiological equivalent temperature - a universal index for the biometeorological assessment of the thermal environment. Int J. Biometeorol., 43, 71-75.

Matzarakis, A., Mayer, H., & Iziomon, M. G., 1999: Applications of a universal thermal index: physiological equivalent temperature. I Int J. Biometeorol., 43, 76-84.

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此外,為統一網格類型之標示方式,平台上將0.05度網格資料之解析度統一改為 0.05度 (原5公里),區分非等間距之2公里網格與等間距之0.05度網格,但不影響資料原本內容,僅更新資料商店頁面之資料解析度呈現方式

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