Climate-sensitive Urban Planning through Optimization of Tree Placements

要約

気候変動により、熱波を含む多くの異常気象現象の強度と頻度が増加しており、その結果、暑さによる不快感と死亡率が増加しています。
地球規模の緩和措置が必要であることは間違いありませんが、気候に配慮した都市計画などを通じた気候適応も同様に必要です。
最も有望な戦略の 1 つは、歩行者レベルの環境を日よけし、冷却する都市樹木の利点を活用することです。
私たちの研究では、そのような樹木を最適に配置するという課題を調査しています。
物理シミュレーションは、人間の温熱快適性に対する樹木の放射および熱の影響を推定できますが、高い計算コストが発生します。
これにより、広いエリアにわたる木の配置の最適化や、より長い時間スケールでの影響の考慮が除外されます。
そこで、私たちはニューラル ネットワークを使用して、日次変動から熱波現象の長期スケール、さらには数十年にわたるさまざまな時間スケールにわたって、屋外における人間の温熱快適性の原動力である点ごとの平均放射温度をシミュレートします。
ツリーの配置を最適化するために、調整された適応を備えた反復ローカル検索フレームワーク内でツリーの固有のローカル効果を利用します。
私たちは、幅広い研究領域と時間スケールにわたって私たちのアプローチの有効性を示します。
私たちのアプローチは、意思決定者、都市設計者、計画立案者が熱ストレスを軽減する都市樹木の可能性を積極的かつ効果的に評価できるようにするための一歩であると信じています。

要約(オリジナル)

Climate change is increasing the intensity and frequency of many extreme weather events, including heatwaves, which results in increased thermal discomfort and mortality rates. While global mitigation action is undoubtedly necessary, so is climate adaptation, e.g., through climate-sensitive urban planning. Among the most promising strategies is harnessing the benefits of urban trees in shading and cooling pedestrian-level environments. Our work investigates the challenge of optimal placement of such trees. Physical simulations can estimate the radiative and thermal impact of trees on human thermal comfort but induce high computational costs. This rules out optimization of tree placements over large areas and considering effects over longer time scales. Hence, we employ neural networks to simulate the point-wise mean radiant temperatures–a driving factor of outdoor human thermal comfort–across various time scales, spanning from daily variations to extended time scales of heatwave events and even decades. To optimize tree placements, we harness the innate local effect of trees within the iterated local search framework with tailored adaptations. We show the efficacy of our approach across a wide spectrum of study areas and time scales. We believe that our approach is a step towards empowering decision-makers, urban designers and planners to proactively and effectively assess the potential of urban trees to mitigate heat stress.

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