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气象专家解读城市通风廊道——基于风环境分析 尊重现有格局

2018-01-20 22:59:44        来源:《中国气象报》2017年8月21日三版    作者:通讯员 董永春 王婷   已有684人阅读

近日,广东省政府办公厅印发的《广东省大气污染防治强化措施及分工方案》(以下简称《强化方案》)提出,“各地要在城市规划、城市基础设施新建和改造项目规划、设计、审批时充分考虑气候变化中长期影响,禁止在城市通风廊道上新建高层建筑群。”这也是城市通风廊道首次写进广东环保政策。

  近年来,北京、杭州、武汉、西安、成都、广州、惠州等地都将通风廊道纳入规划与决策的视野。其中,广州今年被住建部列为第二批全国城市设计试点城市。编制中的《广州总体城市设计》也要求进一步确立更细致的通风廊道方案。

  通风廊道为何引起越来越多城市的重视?其应该如何规划建设,沿线地区会否面临大拆大建?带着这些问题,笔者采访了广州市气候中心副主任、正研级高工王春林。

  为何要建?

  ——可以降低空气污染缓解城市热岛效应

  早在两三年前,城市通风廊道已纳入广东省气象部门的研究领域。在该研究团队的领头人王春林看来,城市通风廊道是以提升城市的空气流动性、缓解热岛效应和改善人体舒适度为目的,为城区引入新鲜冷湿空气而构建的通道。通俗点说,“通风廊道”就如同“城市风道”,类似一条狭长的通风管道,可使城市风“穿堂而过”。

  “我们开展通风廊道规划主要依据中国气象局2015年底发布的《城市通风廊道规划技术指南》进行。”王春林介绍,不少发达国家和地区在这方面早有起步。德国慕尼黑在20世纪70年代就开始了将通风廊道引入城市规划的实践。而日本东京早就建立起了山、谷、海、陆、公园结合的五级通风廊道系统。

  2006年,《香港规划标准与准则》首次在城市规划中列明城市通风廊道(风道)的定义及功能:通风廊道应以大型空旷地带连成,例如主要道路、相连的休憩用地、美化市容地带、非建筑用地、建筑线后移地带及低矮楼宇群。通风廊道应沿盛行风的方向伸展,在可行的情况下,应保持或引导其他天然气流,包括海洋、陆地和山谷的风,吹向城区。

  王春林认为,通风廊道有诸多好处,“一是有效缓解城市热岛效应所带来的种种影响,二是有助于城市空气流动和污染扩散,三是在气温和城市空气质量上大大提高人体舒适度。”

  以北京为例,2012年该市中心六区热岛面积严重时已占区域总面积77%。近几年城市风速变小的趋势也比较明显。对此,北京市城市规划设计研究院规划研究室副主任何永说,通风廊道并不是要“造风”,而是让郊区的冷空气带更畅通地流动到市区,并把市区的热空气“换”走,从而有效降低市区温度。

  怎样布局?

  ——大数据分析风环境、因地制宜规划

  对于地理条件千差万别的城市来说,通风廊道又应如何设定走向和路线呢?

  目前,王春林所带领的团队,正在研究试验通过庞大的资料分析和计算机模拟实验,进行城市风环境分析,这是规划城市通风廊道的重要基础。他介绍,城市风环境分析目前主要采用中尺度气象模式(WRF),这是美国气象界联合开发的新一代中尺度预报模式和同化系统。WRF中的陆面过程模式耦合了城市冠层模式(UCM), 通过调整城市反射率、粗糙度等区域性城市参数, 对城市的热储存效应、流场和降水的分布等都有很好的模拟能力。

  “风环境分析,首先要掌握大量的城市下垫面资料和风观测资料。”对于城市通风廊道的设计原理,王春林说,城市下垫面资料包括建筑的分布、高度、几何结构,还有地形高度、绿地、水体的分布等。而风观测资料包括风力、风向等要素。以广州为例,目前可调用的风观测资料包括近30年广州市5个国家气象站资料,以及近10年约300个区域气象站资料。

  “其次,细网格气象动力学模式是开展城市风环境分析和通风廊道规划效果评估的重要工具。”王春林表示,广州市气象部门拥有大量历史资料和400万亿次/秒的超级计算机,可对海量模式输出结果进行统计分析,量化比较不同通风廊道规划方案的生态效益差别。

  在规划过程中,因地制宜是一个重要原则。一方面要考虑将城市现有的绿地、公园、森林以及河湖等这些生态冷源,纳入风廊中,能够更好地保护生态冷源并使之发挥净化空气、降低城市热岛效应的效果。另一方面是充分尊重现有城市格局,规划风廊要尽量避开现有的大型建筑群,避免大量的拆迁。

  “就像城市道路有大路和小路一样,通风廊道也有一级廊道和二级廊道之分。”王春林说,一级廊道相当于主干道,是主通风廊道;二级廊道应沿着通风潜力较大的地区构建,尽量弥补一级廊道无法保证的“断头”廊道区域。

  目前,北京、杭州、成都等城市规划的主通风廊道都有五条或以上,二级廊道则可能更多。

  在分工与设计原则上,一级通风廊道的设计应尽可能与城市主导风向平行或近似平行,并充分利用面积较大、生态环境较好的绿地、山地、河流等生态冷源。二级廊道的设置应起到辅助和延展一级通风廊道通风效能以及沟通、连接局地生态冷源和风环境较差区域的功能,借助城市主干道、广场、水系等开敞空间,形成最终的“风廊网络”,风廊的宽度、长度、走向及土地利用管控等设置应结合城区内部精细化的风、热分布特征和现实构建条件。

  设计原则是什么?

  ——依据城市盛行风向决定风廊走向

  在城市通风廊道规划的实施过程中,广东《强化方案》中提到的“禁止在城市通风廊道上新建高层建筑群”的规定,备受关注。

  这是否意味着现有的建筑就要大拆大建?王春林认为,对于已有的高层建筑也不能人为强拆,而是通过自然淘汰的方式,到达使用年限后再拆除,以免造成资源浪费。

  “禁在城市通风廊道上新建高层建筑群”主要出于两方面考虑:一是高层建筑群会增加城市下垫面的粗糙度,降低风廊空气流通效率,是空气流动的瓶颈区。二是风廊上高层建筑物迎风风速较大,有诸多弊端:高层建筑后部形成大面积静风区,夏季会异常闷热,影响舒适度;其后部的回流如果遇上有污染物,会造成近地层空气污染影响人体健康等。

  “即使有的建筑很高,但是否会对风廊造成很大的影响,这需要具体情况具体分析。”王春林说。假设将广州市天河北路到花城广场延续下来的广州市新中轴线也设置为一条通风廊道,高耸的小蛮腰(又名:广州塔)正好在中轴线下方的中间,但是由于小蛮腰建筑结构比较细长,加上采用镂空设计,所以并不会对风廊造成很大阻挡。

  城市盛行风向是影响风廊走向的决定性因素。王春林表示,以广州等不少珠三角城市为例,夏季盛行东南风、冬季盛行偏北风,南北向风廊有利于利用北部从化等地的生态冷源和南部的海洋冷源。

  当前,广州正在编制的《广州总体城市设计》中也明确要求,确定广州市主导风向进入城市的主要廊道,提出城市“造风、聚风、通风”策略,建立广州市城市风廊、水廊、绿廊、视廊等。

  规划如何实施?

  ——尚缺统一标准,各地均在摸索

  八仙过海,各显神通。事实上,目前中国内地对于城市通风廊道并没有设定统一的标准,各地尚在实践中摸索。

  王春林透露,广州今年被列为第二批城市设计试点城市,规划和设计部门在今年广州城市总体设计中,基于对广州风环境的数值模拟,初步规划设计了广州城市通风廊道系统。

  不过,不少对通风廊道研究规划更为先行的城市,在实践中也面临一些困惑。例如在北京市规划建设的多条通风廊道中,仍有不少高度较高、密度较大的建筑群落,会成为空气流动的瓶颈区。

  王春林认为,城市通风廊道规划与完善需要与城市规划部门充分研讨交流,共同推进通风廊道的规划和实施进程。

  事实上,除了直接规划城市通风廊道,多地也采取了一些措施改善城市微气候。如深圳市将楼盘的首层作为架空层处置纳入城市整体规划中,合理安排城市建筑布局;厦门、重庆、南宁等30个试点城市加快建设“海绵城市”。

  王春林透露,通风廊道规划前后局地通风量和热岛强度的变化,可借助数值模拟、现场观测或者风洞试验等技术完成。其中局地风环境精细模拟可采用计算流体力学(CFD)技术进行。他介绍,CFD是近代流体力学、数值数学和计算机科学结合的产物。它以电子计算机为工具,应用各种离散化的数学方法,对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究,以解决各种实际问题。不过,限于巨量的计算资源需求,CFD技术通常应用在小区规模的风场模拟分析,更大范围的应用未来可以在城市通风廊道规划中尝试。

  链接:关于通风廊道的争议

  电影《不见不散》中有句经典台词:把喜马拉雅山炸开一个宽50公里的口子,让印度洋上的暖湿气流经尼泊尔吹进青藏高原,彻底改变那里恶劣的生态环境,摘掉那里的落后帽子,把青藏高原变成美丽富饶的鱼米之乡。这句台词也被用来调侃通风廊道。的确,一个新的工程设计,尚处科学论证阶段,会引发很多争议。

  争议的焦点之一是雾霾能否被吹走。反对者认为,冬季雾霾出现的主要原因是冷空气较弱,来自南部的暖湿空气北上,僵持后形成静稳天气。想通过通风廊道驱散雾霾,必须先有风,但静稳天气下本来就没风。支持者认为,现有研究证明,中心城区通风廊道网络的形成对改善微气候有效,对促进污染物扩散有一定辅助作用。

  争议的另一个焦点是成功经验能否复制。据报道,德国慕尼黑每年都有焚风,当地规划建设了5条城市通风廊道,让焚风从城市中穿过,并把城市中的脏空气带出去,效果非常好。不过也有反对者认为,慕尼黑焚风是由阿尔卑斯山北坡地理因素所致的,与很多城市的气候背景不同,通风廊道在其他城市能发挥多大作用,尚不得而知。

  还有些争议是围绕建设中的实际困难而展开。有人认为,城市建设基本成形,未来通风廊道落地,需要依靠城市规划倒逼,难以一蹴而就。还有人质疑,雾霾和热浪如果被通风廊道成功驱散,是否会影响到周边地区?支持者称,一是不必对城市建设“大动干戈”,只需稍作调整;二是空气流动带走的污染物除了向城市周边的开阔地带扩散,也将向上空扩散,并且是逐渐稀释的过程,不会给周边地区带来影响。

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