城市微氣候與樹木配置：由能量平衡到熱舒適

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本文是物理模型原型；示範降溫數值未經實地感測器或 CFD 校準，不應視為任何城市的工程保證。

樹蔭能降低短波輻射，蒸散可消耗潛熱，但樹冠亦可能減低通風。故此「增加樹木」並不等於每個位置都更舒適。研究問題是：在樹種、灌溉、行人路與地下設施限制下，如何配置樹木以降低最危險時段的人體熱負荷？

表面能量平衡

對地表或牆面：

C_s\frac{dT_s}{dt} =R_n-H-LE-G,

其中 $R_n$ 為淨輻射、 $H$ 為感熱、 $LE$ 為潛熱、 $G$ 為導熱。每一項要使用一致的 $\mathrm{W\,m^{-2}}$ 單位及材料參數。

簡化風場可在動量方程加入樹冠阻力：

\mathbf F_d =-\tfrac12\rho C_d\,\mathrm{LAD} |\mathbf u|\mathbf u.

LAD 是葉面積密度。這個項可捕捉減速方向，但街谷分離流仍需 CFD 或風洞驗證。

樹冠遮蔭由太陽幾何、冠幅和透光率決定；蒸散可用 Penman–Monteith 型模型。缺水時氣孔導度下降，所以不能假定整個熱浪期間維持最大冷卻。

空氣溫度不是唯一指標。PET 或 UTCI 還取決於平均輻射溫度、風速、濕度、衣着與代謝率。優化可最小化人口加權的超標暴露：

J=\sum_{x,t}w_{x,t} \max\{0,\mathrm{UTCI}_{x,t}-\theta\}.

決策包括候選種植點、樹種、冠幅與灌溉。限制涵蓋根系空間、道路安全、維修預算及最低通風。聚類可產生候選群組，但真正的配置仍是空間組合最佳化。

用固定站、移動感測和熱影像校準；保留極端熱日作外部測試。結果按行人暴露、年齡與社區脆弱度分層，避免把綠化集中在本來較涼的地區。

Bröde et al., “Deriving the Operational Procedure for the Universal Thermal Climate Index,” 2012.
Oke et al., Urban Climates.
Monteith and Unsworth, Principles of Environmental Physics.