城市通風(fēng)道規(guī)劃設(shè)計(jì)方法研究*
——以貴陽(yáng)市為例

周雪帆 陳 宏 管毓剛 ZHOU Xuefan, CHEN Hong, GUAN Yugang

城市通風(fēng)道規(guī)劃設(shè)計(jì)方法研究*
——以貴陽(yáng)市為例

周雪帆 陳 宏 管毓剛 ZHOU Xuefan, CHEN Hong, GUAN Yugang

摘 要為了提高環(huán)境的舒適性，節(jié)約能源資源、減輕環(huán)境污染，特別是為了避免城市霧霾天氣，貴陽(yáng)市政府自2013年10月起組織開展了貴陽(yáng)市通風(fēng)道專項(xiàng)規(guī)劃。該規(guī)劃研究項(xiàng)目，從貴陽(yáng)市自然環(huán)境、氣象條件等方面出發(fā)，利用中尺度氣象模擬模型WRF（Weather & Research Forecasting Model）對(duì)貴陽(yáng)市城區(qū)范圍內(nèi)風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬，并對(duì)貴陽(yáng)市城市氣候現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)貴陽(yáng)市原有綠地、水系、路網(wǎng)等自然資源和條件，以“保外圍、疏通道、控建設(shè)”為原則，在貴陽(yáng)市全市范圍內(nèi)，規(guī)劃設(shè)計(jì)了一級(jí)通風(fēng)道6條、二級(jí)通風(fēng)道16條，以及三級(jí)通風(fēng)道30條，為貴陽(yáng)市“通風(fēng)、換氣”。模擬結(jié)果顯示，規(guī)劃通風(fēng)道后，貴陽(yáng)市冬季平均風(fēng)速提高了近8%，夏季平均風(fēng)速提高了近6%，貴陽(yáng)市老城區(qū)冬季平均風(fēng)速提高了近12%，夏季平均風(fēng)速提高了近9%，此城市通風(fēng)道規(guī)劃方案非常有效地改善了貴陽(yáng)市的城市通風(fēng)條件。

關(guān)鍵詞城市通風(fēng)道；中尺度氣象模擬；城市規(guī)劃

周雪帆, 陳宏, 管毓剛. 城市通風(fēng)道規(guī)劃設(shè)計(jì)方法研究——以貴陽(yáng)市為例[J]. 西部人居環(huán)境學(xué)刊, 2015, 30(06): 13-18.

1 城市通風(fēng)道相關(guān)研究

近年，我國(guó)各大、中城市頻繁爆發(fā)城市高溫及空氣污染問題，嚴(yán)重影響城市居民的生活、工作、學(xué)習(xí)環(huán)境，降低人體舒適性，甚至直接威脅到居民身體健康。合理建設(shè)城市通風(fēng)廊道可將郊區(qū)新鮮涼爽潔凈的空氣引入城區(qū)，使城郊大氣得以良性循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，能有效緩解城市濁島效應(yīng)與空氣污染。合理利用城市周邊的“冷島”并規(guī)劃通風(fēng)走廊形成城市“穿堂風(fēng)”，可大大降低城市中心氣溫，提高城市環(huán)境質(zhì)量，以達(dá)到節(jié)約能源的目的[1-2]。

截止目前，我國(guó)相繼已有武漢[3]、香港[4]、長(zhǎng)沙[5]、重慶[6]、深圳[7]等城市開展通風(fēng)道規(guī)劃。其中，武漢市通過限制特定區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度劃定不同等級(jí)的城市通風(fēng)道，建立以路網(wǎng)為骨架的系統(tǒng)性城市通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。除了武漢市以外，重慶也利用城市道路在南部新城內(nèi)規(guī)劃出三級(jí)通風(fēng)道幫助城市通風(fēng)。香港利用GIS數(shù)據(jù)計(jì)算出城市內(nèi)各朝向迎風(fēng)面積比并據(jù)此發(fā)現(xiàn)城市潛在通風(fēng)道，在此基礎(chǔ)上規(guī)劃出相應(yīng)的城市通風(fēng)道。然而，我國(guó)城市規(guī)劃界在城市通風(fēng)道規(guī)劃研究方面起步較晚[8]。國(guó)際上，德國(guó)在城市通風(fēng)道規(guī)劃研究與實(shí)踐領(lǐng)域一直處于世界領(lǐng)先水平，早在20世紀(jì)80年代左右就有相關(guān)研究理論被提出[9]。Kress將城市通風(fēng)系統(tǒng)劃分成作用空間、補(bǔ)償空間、空氣引導(dǎo)通道三個(gè)組成部分，并根據(jù)作用功能的不同對(duì)各組成部分采取不同的規(guī)劃措施。日本東京市[10]、巴西的圣保羅地區(qū)[11]善用其臨海的地理位置，垂直于海岸線規(guī)劃風(fēng)道，通過引入海風(fēng)的方式改善城市通風(fēng)。

在技術(shù)的應(yīng)用上，國(guó)外規(guī)劃師、研究者也處在較為領(lǐng)先的位置。Gal and Unger[11]利用3D建筑物數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)依據(jù)在匈牙利賽格德市內(nèi)規(guī)劃出可行性較高的城市通風(fēng)道。Mfula等[12]通過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)對(duì)1:100的街道模型進(jìn)行風(fēng)環(huán)境模擬，找到需要通風(fēng)改善的區(qū)域建立城市通風(fēng)道。Ashie等[13]利用CFD技術(shù)模擬了東京市內(nèi)5km見方區(qū)域內(nèi)的流場(chǎng)分布情況，以此確定需要通風(fēng)改善區(qū)域。然而以上各技術(shù)手段在城市通風(fēng)道的研究上都或多或少存在一定的局限性。利用3D建筑物數(shù)據(jù)庫(kù)或GIS能有效地幫助找到現(xiàn)狀中的潛在通風(fēng)道，但在對(duì)城市未來(lái)發(fā)展條件下城市通風(fēng)道的營(yíng)造及其效果的預(yù)測(cè)上存在不足。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)軠?zhǔn)確地模擬街區(qū)風(fēng)環(huán)境，但因其模型的尺度有限且造價(jià)過高，導(dǎo)致其在城市尺度風(fēng)環(huán)境模擬上較難以實(shí)現(xiàn)。CFD計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)改進(jìn)了前兩種技術(shù)的不足，但由于其復(fù)雜的模擬網(wǎng)格及計(jì)算原理，該技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)性能及計(jì)算資源的依賴性較大，難以處理城市尺度的模擬。

因此，本研究選用新一代中尺度氣象模擬模型WRF-ARW，該模型專為中尺度（1~100km）氣象學(xué)研究設(shè)計(jì)，不僅能得到更精確的氣象模擬數(shù)據(jù)，在加入城市冠層模型后，能更貼合城市氣象學(xué)研究要求，對(duì)類似城市通風(fēng)道這類需要考察城市尺度（50km左右）風(fēng)環(huán)境、熱環(huán)境的模擬研究具有很強(qiáng)的針對(duì)性，是目前最先進(jìn)的城市模擬模型之一，被廣泛應(yīng)用于氣象、氣候及城市問題研究[14]。

圖1 城市通風(fēng)道規(guī)劃設(shè)計(jì)方法示意圖Fig.1 the urban ventilation corridor planning method

2 城市通風(fēng)道規(guī)劃設(shè)計(jì)方法

劉姝宇，沈濟(jì)黃[8]通過對(duì)德國(guó)斯圖加特市通風(fēng)道規(guī)劃案例的研究、分析，曾提出信息采集、氣候功能評(píng)估、指導(dǎo)方針與規(guī)劃目標(biāo)制定、措施概念明晰等規(guī)劃工作程序及方法。在此基礎(chǔ)上，本研究在規(guī)劃工作的前期及后期加入最先進(jìn)的分析和模擬技術(shù)，得到一套更為完善的城市通風(fēng)道規(guī)劃設(shè)計(jì)方法。該方法包括：一是現(xiàn)狀基礎(chǔ)信息及規(guī)劃基礎(chǔ)信息采集；二是城市現(xiàn)狀風(fēng)環(huán)境模擬及評(píng)估；三是城市通風(fēng)道指導(dǎo)方針與規(guī)劃目標(biāo)的明確；四是城市通風(fēng)道規(guī)劃方案的提出；五是規(guī)劃方案的模擬與驗(yàn)證；六是規(guī)劃方案的調(diào)整及落實(shí)。城市通風(fēng)道規(guī)劃設(shè)計(jì)方法示意圖如圖1所示。

在應(yīng)用了最先進(jìn)的分析及模擬技術(shù)的基礎(chǔ)上，本規(guī)劃設(shè)計(jì)方法能更有針對(duì)性地分析城市現(xiàn)狀風(fēng)環(huán)境，找出通風(fēng)不暢的薄弱區(qū)域，有的放矢地提出具體的城市通風(fēng)道規(guī)劃方案。除此之外，利用城市尺度模擬技術(shù)對(duì)規(guī)劃方案進(jìn)行模擬，并評(píng)估方案的可行性，便于及早地對(duì)方案進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，這將大大提高城市通風(fēng)道的通風(fēng)效果。

圖2 貴陽(yáng)市地形圖（a）及風(fēng)玫瑰圖（b）Fig.2 the topographic map (a) and wind rose map (b) of Guiyang

3 貴陽(yáng)市概況

貴陽(yáng)市是中國(guó)貴州省省會(huì)，位于中國(guó)西南部，截止2012年末常住人口為445.17萬(wàn)人。貴陽(yáng)市海拔高度在1100m左右，總地勢(shì)西南高、東北低，屬于以山地、丘陵為主的丘原盆地地區(qū)（圖2a）。貴陽(yáng)市屬亞熱帶濕潤(rùn)溫和型氣候，夏無(wú)酷暑，冬無(wú)嚴(yán)冬，全年平均氣溫為15.3℃，全年各月平均氣溫范圍在4.6℃至23.7℃之間。貴陽(yáng)市年平均相對(duì)濕度為77%，年平均降水量為1129.5mm，處于費(fèi)德爾環(huán)流圈，常年受西風(fēng)帶控制，然而貴陽(yáng)市西南面地勢(shì)偏高，市內(nèi)風(fēng)速偏低，全年平均風(fēng)速2.49m/s。貴陽(yáng)市冬季以東風(fēng)、東北風(fēng)為主，夏季以南風(fēng)為主，風(fēng)玫瑰圖如圖2b所示。

貴陽(yáng)市受山地地形影響，近地層粗糙度大，風(fēng)速隨高度在0至200m內(nèi)每升高100m僅增加0.9（冬季）至1.6m/s, 在200至600m內(nèi)每升高100m僅增加0.3（冬季）至1.2m/s。近地層風(fēng)速垂直切變小，導(dǎo)致由動(dòng)力因素引起的大氣湍流運(yùn)動(dòng)弱，因此大氣污染物在垂直方向的擴(kuò)散能力較差。

為了能更加清楚地了解貴陽(yáng)市內(nèi)各區(qū)域風(fēng)環(huán)境現(xiàn)狀，首先，筆者對(duì)貴陽(yáng)市風(fēng)環(huán)境進(jìn)行了初步模擬，通過對(duì)貴陽(yáng)市冬、夏季10m高度處風(fēng)速結(jié)果的分析，找到貴陽(yáng)市內(nèi)亟需改善通風(fēng)的區(qū)域。

圖3 貴陽(yáng)市冬季（a）夏季（b）下午3點(diǎn)風(fēng)速分布情況Fig.3 the distribution of wind speeds at 1500 LST of winter (a) and summer (b)

圖4 貴陽(yáng)市綠化隔離帶（a）及水系、公園自然風(fēng)道（b）Fig.4 the location of urban greenbelt (a) and water system (b) in Guiyang

圖3a顯示的是冬季下午3點(diǎn)左右貴陽(yáng)市范圍內(nèi)風(fēng)速情況。在該時(shí)刻，貴陽(yáng)風(fēng)速情況不太理想，大部分區(qū)域小于2.0m/s。其中龍洞堡、永樂鄉(xiāng)、火車北站、長(zhǎng)坡嶺等區(qū)域情況最嚴(yán)重。老城區(qū)存在風(fēng)向輻合，易造成污染物堆積。圖3b顯示的是夏季下午3點(diǎn)左右貴陽(yáng)市范圍內(nèi)的風(fēng)速情況，在該時(shí)刻貴陽(yáng)市以南風(fēng)及東南風(fēng)為主，風(fēng)速較低區(qū)域包括龍洞堡西北角、小河、西南商貿(mào)城、長(zhǎng)坡嶺、環(huán)保 科技園等。

4 貴陽(yáng)市通風(fēng)道規(guī)劃設(shè)計(jì)

4.1 城市通風(fēng)道規(guī)劃基本思路

影響城市通風(fēng)的主要要素包括：綠化植被、建筑布局、地形地貌、道路系統(tǒng)等四個(gè)方面。成規(guī)模的綠地建筑密度低，上空較為開敞，有利于通風(fēng)，并且可以在城市中形成較為顯著的溫度差，進(jìn)而形成區(qū)域性的微風(fēng)和氣體環(huán)流，加強(qiáng)城市內(nèi)空氣流動(dòng)性。另外，不同的建筑布局也會(huì)形成各異的城市通風(fēng)環(huán)境，因此對(duì)城市內(nèi)建筑物高度、密度、街巷形式等方面進(jìn)行合理規(guī)劃控制是城市通風(fēng)道規(guī)劃中不可或缺的一部分。每個(gè)城市都有其所在區(qū)域的地理特征，自然地形、地貌可直接引起地表流場(chǎng)的變化，因此在城市通風(fēng)不暢的情況下可考慮合理改造地形、地貌，以此有效地優(yōu)化地表流場(chǎng)。在道路系統(tǒng)的規(guī)劃上，應(yīng)使城市路網(wǎng)的方位與城市主導(dǎo)風(fēng)向一致，并利用路網(wǎng)輔助通風(fēng)道規(guī)劃，大大提高城市通風(fēng)效果。

針對(duì)以上列舉的城市通風(fēng)影響因素并結(jié)合貴陽(yáng)市實(shí)際情況，筆者總結(jié)了以下三點(diǎn)貴陽(yáng)市通風(fēng)道規(guī)劃基本指導(dǎo)方針和規(guī)劃目標(biāo)。一是保外圍：貴陽(yáng)市自然資源完善，已有多個(gè)環(huán)城林帶及組團(tuán)間綠化隔離帶（圖4a），應(yīng)充分利用這些天然綠化屏障隔離污染為城市提供新鮮清爽的空氣；二是疏通道：結(jié)合貴陽(yáng)市地形地貌，整合貴陽(yáng)市內(nèi)河流、水庫(kù)、濕地公園、山谷等形成連續(xù)送風(fēng)通道，如十里河灘自然風(fēng)道、南明河自然風(fēng)道、阿哈水庫(kù)自然風(fēng)道、小關(guān)湖自然風(fēng)道等（圖4b）。除此之外還需要依托人工建設(shè)的鐵路、城市主干路等形成人工風(fēng)道，如二戈寨編組站人工風(fēng)道、甲秀南路人工風(fēng)道、川黔鐵路人工風(fēng)道等；三是控建設(shè)：為了建設(shè)合理的城市通風(fēng)道，對(duì)建筑密度、建筑布局、建筑高度、空地率等各項(xiàng)指標(biāo)須進(jìn)行嚴(yán)格控制，并結(jié)合城市各類綠地、河湖水系、道路等形成點(diǎn)、線、面相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)空間，以此加強(qiáng)空氣微循環(huán)。

4.2 貴陽(yáng)市通風(fēng)道規(guī)劃方案

盡管在城市通風(fēng)道的規(guī)劃上，貴陽(yáng)市具有得天獨(dú)厚的自然環(huán)境資源，但仍存在不少需要克服及規(guī)整的問題。首先，貴陽(yáng)市現(xiàn)有綠地及水系系統(tǒng)性不足，布局上的連續(xù)性較差，沒有形成良好的通道，致使城市總體通風(fēng)不暢；其次，由于貴陽(yáng)市的快速發(fā)展，導(dǎo)致城市內(nèi)容積率、密度過大，綠化率偏小，亟需進(jìn)行合理的規(guī)劃控制；再者，由于地形、地貌的限制作用，貴陽(yáng)市老城區(qū)、龍洞堡區(qū)域、小河區(qū)域、長(zhǎng)城嶺區(qū)域等通風(fēng)不暢，風(fēng)速較弱。

針對(duì)以上三個(gè)問題，貴陽(yáng)市通風(fēng)道的規(guī)劃需要做到：一是連通現(xiàn)有天然綠地及水系，形成從點(diǎn)到線、面的城市冷源，為城市提供新鮮清爽的空氣；二是規(guī)整通風(fēng)存在明顯問題的區(qū)域，利用綠地、水系、路網(wǎng)，為這些區(qū)域規(guī)劃對(duì)應(yīng)的通風(fēng)、換氣道；三是對(duì)潛在通風(fēng)道區(qū)域進(jìn)行合理的建設(shè)控制，以免建設(shè)強(qiáng)度過大阻斷城市通風(fēng)道。依據(jù)上述思路和方法，筆者在貴陽(yáng)市內(nèi)標(biāo)記出可作為通風(fēng)道的綠地、水體以及路網(wǎng)（圖5），并在此基礎(chǔ)上規(guī)劃出三級(jí)通風(fēng)道幫助貴陽(yáng)市通風(fēng)、換氣（圖6）。

一級(jí)通風(fēng)廊道貫穿整個(gè)中心城區(qū)，為保證風(fēng)流暢通，盡量平行城市主導(dǎo)風(fēng)，作為城市風(fēng)道體系的主要組成部分，寬度控制為100~500m，間距約2~4km，根據(jù)現(xiàn)狀風(fēng)環(huán)境情況，中心城區(qū)共布局了6條，金陽(yáng)、白云區(qū)域3條，花溪、老城區(qū)2條，龍洞堡、永樂區(qū)域1條。由于空氣凈化是一級(jí)廊道的主要功能之一，建議每隔3km設(shè)置一個(gè)公共綠地，面積不小于1hm2，以喬木為主，且水體面積不小于2000m2。

二級(jí)通風(fēng)廊道輔助一級(jí)廊道組織通風(fēng)，使通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成完善的網(wǎng)絡(luò)，其主要串聯(lián)干道、公共綠地、廣場(chǎng)和水體等，寬度為50~300m，共布局了16條，金陽(yáng)、白云區(qū)域3條，花溪、老城區(qū)九條，龍洞堡、永樂區(qū)域4條。

三級(jí)通風(fēng)廊道輔助一、二級(jí)廊道，結(jié)合中心城區(qū)各級(jí)城市道路，綠地組織城區(qū)空氣微循環(huán)。布局盡量結(jié)合道路、帶狀綠地、水體，共設(shè)30條，寬度在50~100m，金陽(yáng)、白云區(qū)域10條，花溪、老城區(qū)八條，烏當(dāng)區(qū)1條，龍洞堡、永樂區(qū)域3條。在貴陽(yáng)市各大片區(qū)內(nèi)選擇與主導(dǎo)風(fēng)向基本一致的道路，及建筑密度較小的區(qū)域，作為三級(jí)風(fēng)道網(wǎng)絡(luò)的主體，以此承接上一級(jí)風(fēng)道的氣流，深入城區(qū)內(nèi)部，以達(dá)到更好的城市通風(fēng)效果。

圖5 貴陽(yáng)市綠地（a）及水系(b)、路網(wǎng)（c）潛在通風(fēng)道Fig.5 potential urban ventilation corridors of green area (a), water system (b), and traffic network in Guiyang

5 貴陽(yáng)市通風(fēng)道模擬分析

5.1 模擬邊界條件設(shè)定

為了比較說明加設(shè)通風(fēng)道前、后，市內(nèi)風(fēng)速及氣溫的變化，本研究采用the Advanced Research Weather Research and Forecasting Numerical Model（WRF）（ARW），version 3.4.1. 基于本研究目的為計(jì)算模型配置了兩層domain，domain中心點(diǎn)設(shè)置在26.6°N，106.7°E，最小網(wǎng)格為500-m精度網(wǎng)格。垂直向設(shè)置35層網(wǎng)格，水平向沿東西、南北方向各設(shè)置100格網(wǎng)格。模擬計(jì)算邊界條件為National Centers for Environment Prediction（NCEP）提供的精度為1°的Final Analyses（FNL）data。模型計(jì)算總時(shí)長(zhǎng)78h，冬季案例設(shè)置從2011年12月29日2000 LST起至2012年1月2日0200 LST止，夏季案例設(shè)置從2012年8月17日2000 LST起至2012年8月21日0200 LST止。

本研究采用了適合城市模擬的物理模型，其中行星邊界層湍流動(dòng)能（PBL_TKE）模型選用的是Mellor-Yamada-Janjic （Eta）方案[15]，以及標(biāo)準(zhǔn)化Noah地表物理模型（the Unified Noah Land Surface Physics Scheme）[16]；微物理模型采用的是Thompson Graupel（2-Moment Scheme in V3.1）方案[17]；長(zhǎng)波輻射模型選用的是快速輻射輸送方案（the Rapid Radiative Transfer Model）[18]；短波輻射物理模型采用的是Goddard方案[19]。在此基礎(chǔ)上，本研究還加入了單層城市冠層模型（the Single-Layer Urban Canopy Model），研究中所使用的街區(qū)平均建筑高度、街道寬度數(shù)據(jù)由貴陽(yáng)市規(guī)劃局提供。

5.2 模擬結(jié)果分析

為了分析說明貴陽(yáng)市通風(fēng)道規(guī)劃方案的作用與效果，筆者模擬并比較了加設(shè)通風(fēng)道前、后冬季及夏季風(fēng)速值，并將風(fēng)速變化分布情況展示于圖7和圖8中。

冬季凌晨?jī)牲c(diǎn)加入通風(fēng)道后，貴陽(yáng)市新城區(qū)西南部及老城區(qū)位置（中心區(qū)）風(fēng)速值有明顯的改善，最高可達(dá)1m/s到1.5m/s左右。在這一時(shí)刻?hào)|西向通風(fēng)道作用明顯。冬季下午3點(diǎn)加入通風(fēng)道后，作用最為明顯的是貴陽(yáng)市南面三條南北向的一級(jí)通風(fēng)道，這些通風(fēng)道的共同作用使得貴陽(yáng)市內(nèi)老城區(qū)風(fēng)速提高在1.5m/s以上。加設(shè)通風(fēng)道后，解決了改善前案例中老城區(qū)南部成片風(fēng)速過低的問題，并消除了城市通風(fēng)死角，緩解了城市內(nèi)污染物淤積的問題。

圖6 貴陽(yáng)市城市通風(fēng)道規(guī)劃圖Fig.6 the planning of urban ventilation corridor of Guiyang

引入南北向通風(fēng)道后，夏季凌晨?jī)牲c(diǎn)，風(fēng)速沿貴陽(yáng)市南面南北向的一級(jí)風(fēng)道方向呈逐漸升高趨勢(shì)，風(fēng)速明顯增大，說明通風(fēng)道能很好地將城郊?xì)饬饕氲匠鞘欣铣菂^(qū)（中心部）。夏季下午3點(diǎn)左右結(jié)果顯示，東西、南北向通風(fēng)道的交錯(cuò)配合作用，使靜穩(wěn)的大氣狀態(tài)被打破，呈現(xiàn)較為紊亂的風(fēng)速增長(zhǎng)趨勢(shì)，貴陽(yáng)市老城區(qū)中心區(qū)域風(fēng)速值有明顯的改善，最高可達(dá)1.5m/s左右。

從圖9a冬季風(fēng)速日變化規(guī)律圖中可以看出，在冬季，城市通風(fēng)道對(duì)于城市風(fēng)環(huán)境的改善作用主要發(fā)生在日出前及日落后，而日中時(shí)分作用并不明顯。因而，在城市居民進(jìn)行戶外活動(dòng)的主要時(shí)間段內(nèi)不必?fù)?dān)心風(fēng)速過大引起的不舒適問題。在夜晚，風(fēng)速逐步提高將積累了一天的空氣污染物擴(kuò)散出去，以免由于熱島環(huán)流的存在淤積于市內(nèi)形成惡性循環(huán)。

圖7 貴陽(yáng)市加設(shè)通風(fēng)道前后風(fēng)速變化情況，冬季凌晨2點(diǎn)（a）下午3點(diǎn)（b）Fig.7 distribution of the differences in wind speed at winter 0200 LST (a), winter 1500 LST (b)

圖8 貴陽(yáng)市加設(shè)通風(fēng)道前后風(fēng)速變化情況，夏季凌晨2點(diǎn)（a）下午3點(diǎn)（b）Fig.8 distribution of the differences in wind speed at summer 0200 LST (a), summer 1500 LST (b)

通過比較可以看出貴陽(yáng)市城市通風(fēng)道對(duì)于老城區(qū)的風(fēng)環(huán)境改善作用比全市大部分區(qū)域顯著，從表1可以看出，老城區(qū)內(nèi)平均風(fēng)速的改善比例高達(dá)12%，高于全市平均改善比例（8%）。圖9b顯示的是夏季加設(shè)通風(fēng)道前、后平均風(fēng)速變化情況，相較于冬季（圖9a）有序的風(fēng)速日變化，夏季情況更加紊亂無(wú)章一些。加設(shè)通風(fēng)道對(duì)于改善通風(fēng)的明顯作用僅出現(xiàn)在上午10點(diǎn)至下午5點(diǎn)左右，通風(fēng)道對(duì)夏季夜晚風(fēng)速的增長(zhǎng)作用并不如冬季案例那么明顯。因此，夏季夜晚城市通風(fēng)道可能無(wú)法充分發(fā)揮其城市排濁，清潔空氣的作用，然而在白天，由于通風(fēng)道的作用，風(fēng)速存在顯著的提高，這對(duì)于城市降溫能起到較為積極的作用。

類似于冬季案例結(jié)果，通過比較可以發(fā)現(xiàn)，在夏季，貴陽(yáng)市通風(fēng)道對(duì)于老城區(qū)的風(fēng)環(huán)境改善作用較全市大部分區(qū)域更為明顯，老城區(qū)內(nèi)平均風(fēng)速的改善比例高達(dá)9%，高于全市平均改善比例（6%）。

表1 貴陽(yáng)市加設(shè)通風(fēng)道前、后風(fēng)速變化情況一覽表Tab.1 the wind speed differences of Guiyang

圖9 貴陽(yáng)市加設(shè)通風(fēng)道前、后冬季（a）夏季（b）平均風(fēng)速日變化規(guī)律圖Fig.9 diurnal wind speed regulation at winter (a) and summer (b)

6 結(jié) 語(yǔ)

城市通風(fēng)道具有打破城市熱島環(huán)流，提高城市內(nèi)空氣流動(dòng)性，增加城市綠化率，分割大面積城市空間的作用，對(duì)于城市通風(fēng)、換氣、降溫、排濁有較為顯著的效果。因此，全球許多國(guó)家、城市都在積極開展城市通風(fēng)道專項(xiàng)規(guī)劃工作。其中，德國(guó)是較早開展此領(lǐng)域研究的國(guó)家，我國(guó)是開展城市最多的國(guó)家之一。歐美、日本等較早將衛(wèi)星遙感技術(shù)、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)應(yīng)用于此領(lǐng)域中。本研究創(chuàng)新性的在城市通風(fēng)道規(guī)劃中采用新一代中尺度氣象模擬模型WRF-ARW，該模型專為中尺度（1~100km）氣象學(xué)研究設(shè)計(jì)，不僅能得到更精確的氣象模擬數(shù)據(jù)，在加入城市冠層模型后，更貼合城市氣象學(xué)研究要求，對(duì)類似城市通風(fēng)道這類需要考察城市尺度（50km左右）范圍風(fēng)環(huán)境、熱環(huán)境的模擬研究具有很強(qiáng)的針對(duì)性，是目前最先進(jìn)的城市模擬模型之一，被廣泛應(yīng)用于氣象、氣候及城市問題研究。

本研究利用中尺度氣象模擬模型，對(duì)貴陽(yáng)市風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬分析，找到城市內(nèi)通風(fēng)受阻區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)規(guī)劃和改造，并結(jié)合貴陽(yáng)市地形、地貌、城市建設(shè)現(xiàn)狀，制定了“保外圍、疏通道、控建設(shè)”的貴陽(yáng)市通風(fēng)道規(guī)劃原則，基于貴陽(yáng)市現(xiàn)有綠地、水系、路網(wǎng)，規(guī)劃了一級(jí)通風(fēng)道6條、二級(jí)通風(fēng)道16條、三級(jí)通風(fēng)道30條，對(duì)貴陽(yáng)市因山地地形，粗糙度較大帶來(lái)的城市通風(fēng)不暢，污染物聚積等問題改善作用顯著。通過模擬分析，本通風(fēng)道規(guī)劃設(shè)計(jì)方案對(duì)冬季城市平均風(fēng)速的提高可達(dá)8%左右，對(duì)冬季老城區(qū)平均風(fēng)速的提高可達(dá)12%左右，對(duì)夏季城市平均風(fēng)速的提高可達(dá)6%左右，對(duì)夏季老城區(qū)平均風(fēng)速的提高可達(dá)9%左右。

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圖表來(lái)源：

圖1-9：作者繪制表1：作者繪制

（編輯：蘇小亨）

* “十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2011BAJ03B03）；中國(guó)博士后科學(xué)基金第57批面上資助項(xiàng)目（2015M572144）

DOI:10.13791/j.cnki.hsfwest.20150604

中圖分類號(hào)TU984.199

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B

文 章 編 號(hào)2095-6304(2015)06-0013-06

收稿日期：2015-11-02

作者簡(jiǎn)介

周雪帆： 華中科技大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，講師，xuefanzhou@hust.edu.cn

陳 宏： 華中科技大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，教授管毓剛：華中科技大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，講師

Study of Urban Ventilation Corridor Planning Method Based on a Case Study of Guiyang, China

Abstract:To improve the urban environment comfort, save energy consumption, and reduce the air pollutant especially the dusts and haze in the air, the city council of Guiyang has organized a special project of urban ventilation corridor planning and design in Guiyang since October, 2013. Based on the environment, natural resources, and weather condition of Guiyang, the Weather & Research Forecasting model of WRF is applied to this project to find out the areas and locations with poor wind environment in Guiyang. According to the principles of urban ventilation corridor planning of Guiyang, which are reserving the green space, dredging the channels, and controlling the development, the planners have designed six first-level corridors, 16 second-level corridors, and 30 third-level corridors basing on the existing green area, water system, and traffic network of Guiyang. The simulation results of WRF illustrate that due to the planning of urban ventilation corridor, the winter average wind speed of Guiyang increases 8%, summer average wind speed of Guiyang increases 6%, winter average wind speed of the central city of Guiyang increases 12%, and summer average wind speed of central city of Guiyang increases 9%.

Keywords:Urban Ventilation Corridor; Mesoscale Meteorology Simulation; Urban Planning