改善杭州城市氣候環(huán)境的策略研究

◎ 俞 布 張瑋瑋 梁卓然 胡德云 崔 潔

提 要：城市化發(fā)展在給當(dāng)?shù)貛?lái)機(jī)遇和便利的同時(shí)，也對(duì)城市氣候環(huán)境產(chǎn)生了明顯的影響，如城市熱島、通風(fēng)不暢、空氣污染等氣候環(huán)境問(wèn)題。隨著公眾對(duì)氣候變化與全球變暖的意識(shí)逐漸增強(qiáng)，適應(yīng)氣候變化創(chuàng)造宜居城市環(huán)境是當(dāng)前城市氣象、規(guī)劃部門的重要課題。然而在目前的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中對(duì)城市氣候信息的應(yīng)用卻非常有限，甚至較少考慮城市氣候問(wèn)題，以至于未來(lái)城市將不可避免地面臨更加嚴(yán)峻的城市病。本文結(jié)合杭州城市氣候環(huán)境研究，介紹了杭州城市氣候環(huán)境現(xiàn)狀，城市氣候環(huán)境圖的構(gòu)建方法，并提出多種改善城市氣候的規(guī)劃策略。明確指出開展城市氣候環(huán)境圖研究對(duì)實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃多規(guī)合一的重要性和必要性，同時(shí)也為我國(guó)快速城鎮(zhèn)化中氣候信息在城市規(guī)劃中的應(yīng)用提供了可借鑒的參照范例。

政府間氣候變化委員會(huì)（IPCC）第五次評(píng)估報(bào)告指出，1880～2012年全球平均地表溫度上升約0.85℃，2016年全球平均氣溫14.83℃，為有記錄以來(lái)全球最高平均氣溫。根據(jù)杭州近66年氣候觀測(cè)記錄，杭州年平均氣溫增幅0.28℃/10年，高于全國(guó)0.25℃/10年。2016年杭州年平均氣溫達(dá)到18.2℃，為1951年以來(lái)歷史第三高值，僅低于2007年（18.4℃）和2006年（18.3℃）。同時(shí)，結(jié)合杭州平均風(fēng)速特征來(lái)看，20世紀(jì)80年代以來(lái)杭州平均風(fēng)速呈現(xiàn)明顯減小趨勢(shì)，降幅約每10年0.36米/秒，這與杭州城市發(fā)展的集中期相對(duì)應(yīng)。由此可見，在全球變暖與快速城市化背景下，大部分城市普遍存在高熱壓、通風(fēng)不暢的城市病，并對(duì)城市生態(tài)環(huán)境與居民身心健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。同時(shí)，城市靜風(fēng)特征與空氣污染息息相關(guān)，尤其是在靜穩(wěn)天氣控制下的晴朗夜晚更為嚴(yán)重。當(dāng)盛行風(fēng)對(duì)城市通風(fēng)的驅(qū)動(dòng)作用受到限制時(shí)，需要結(jié)合城市通風(fēng)廊道或山谷風(fēng)、海陸風(fēng)等局地環(huán)流，將周邊山區(qū)或郊區(qū)的新鮮空氣引入城區(qū)，促進(jìn)城市通風(fēng)。因此，城市總體規(guī)劃設(shè)計(jì)必須考慮城市通風(fēng)特征，并在關(guān)鍵的通風(fēng)結(jié)點(diǎn)上設(shè)置必要的開敞空間，并對(duì)該地區(qū)的建設(shè)強(qiáng)度加以限制，進(jìn)而改善城市內(nèi)部的通風(fēng)環(huán)境，提高人體舒適度水平，這也是開展城市氣候環(huán)境圖（Urban Climatic Map）研究的主要目的。

一 杭州城市氣候環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

（一）城市氣候變暖趨勢(shì)明顯，熱島效應(yīng)加劇，并呈現(xiàn)外疏內(nèi)聚、島鏈分布的熱空間形態(tài)

近五十年來(lái)，杭州年平均氣溫增幅0.28℃/10年，高于全國(guó)0.25℃/10年，高溫日數(shù)增加3.3天/10年；平均熱島強(qiáng)度1.5～2.0℃，屬于中等到強(qiáng)熱島等級(jí)，極端小時(shí)熱島強(qiáng)度達(dá)5℃，略低于上海的6℃。杭州呈現(xiàn)外疏內(nèi)聚的熱分布形態(tài)，以山地丘陵和江湖濕地為載體的六條生態(tài)帶為臨近城市的重要冷源，對(duì)城市具有明顯的熱疏解作用。以主、副城和城市組團(tuán)為核心的城鎮(zhèn)區(qū)域則表現(xiàn)為熱聚集區(qū)，呈現(xiàn)組團(tuán)式、島鏈狀的熱分布特征（見圖1）。杭州主城、濱江-蕭山、下沙、臨平、臨安、富陽(yáng)六個(gè)城市熱組團(tuán)，另有未來(lái)科技城和大江東產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)呈現(xiàn)潛在的熱聚集狀態(tài)。目前，除主城、濱江-蕭山兩組團(tuán)外，各熱組團(tuán)總體保持良好間距，并在錢塘江兩岸分別形成兩條東西走向的城市熱島鏈。隨著城市擴(kuò)展，臨平、下沙熱組團(tuán)具有西向蔓延趨勢(shì)，并有可能與主城熱組團(tuán)合并，而原本相互獨(dú)立的濱江-蕭山熱組團(tuán)繼續(xù)呈現(xiàn)合并擴(kuò)張的發(fā)展趨勢(shì)，有可能使杭州的“鏈狀”熱島特征消失，形成圍繞主城的“攤大餅式”強(qiáng)熱島中心。

（二）城市通風(fēng)能力減弱，城區(qū)靜小風(fēng)特征明顯，但郊區(qū)尚存在可利用的風(fēng)資源區(qū)

圖1 杭州城市熱島結(jié)構(gòu)分析

20世紀(jì)80年代以來(lái)杭州城市平均風(fēng)速顯著降低，降幅約0.36米/秒/10年，高于全國(guó)指標(biāo)0.12米/秒，并呈現(xiàn)城區(qū)靜小風(fēng)“低谷”特征，中心城區(qū)風(fēng)速較郊區(qū)偏小30%。根據(jù)城市通風(fēng)潛力現(xiàn)狀，杭州郊區(qū)存在5個(gè)通風(fēng)良好的大風(fēng)資源區(qū)（見圖2），分別為東天目山—徑山大風(fēng)區(qū)、靈山—龍塢—午潮山大風(fēng)區(qū)、龍門山大風(fēng)區(qū)、錢塘江大風(fēng)區(qū)和江東濕地大風(fēng)區(qū)，該地區(qū)平均風(fēng)速大于3米/秒，為城區(qū)周邊的重要通風(fēng)源地；同時(shí)，城市小風(fēng)區(qū)、富春江沿岸小風(fēng)區(qū)和臨浦谷地小風(fēng)區(qū)為杭州現(xiàn)存的3個(gè)通風(fēng)條件一般的區(qū)域，平均風(fēng)速低于1.2米/秒。受兩側(cè)山體對(duì)冬、夏季主導(dǎo)風(fēng)的遮蔽作用，富春江沿岸為杭州冬季小風(fēng)區(qū)，臨浦谷地為杭州夏季小風(fēng)區(qū)。受西部山地和東部海洋氣候調(diào)節(jié)作用，杭州存在山谷風(fēng)、山地平原風(fēng)和海陸風(fēng)等局地風(fēng)資源，是靜穩(wěn)天氣條件下可利用的清潔風(fēng)源，可以有效地改善局地風(fēng)流通環(huán)境。其中，海陸風(fēng)主要影響大江東地區(qū)，山谷風(fēng)和山地平原風(fēng)資源主要分布在北部東天目山—徑山、西部西湖風(fēng)景區(qū)及南部青華山、石牛山一帶。此外，受地形遮蔽及中、小尺度局地環(huán)流影響，杭州城市主導(dǎo)風(fēng)空間差異明顯，并可劃分為14個(gè)風(fēng)玫瑰分區(qū)。

圖2 杭州冬、夏季風(fēng)環(huán)境分區(qū)結(jié)構(gòu)（左圖冬季 右圖夏季）

（三）城市短歷時(shí)、致災(zāi)型降水概率增大，暴雨強(qiáng)度空間差異明顯

杭州呈現(xiàn)小雨日數(shù)減少、大雨日數(shù)增多特征，其中3～6小時(shí)短歷時(shí)、致災(zāi)型降水概率明顯增大。杭州城區(qū)1年、5年和10年一遇1小時(shí)雨量最大值分別為46毫米、75毫米和87毫米。此外，根據(jù)各歷時(shí)最大降雨量空間分布，杭州城市暴雨強(qiáng)度空間差異明顯，并可劃分為17個(gè)暴雨強(qiáng)度公式分區(qū)。受地形迎風(fēng)作用和局地氣候影響，余杭北部、富陽(yáng)南部、蕭山中部及下沙東部為杭州城區(qū)暴雨強(qiáng)度中心區(qū)，而蕭山南部、余杭東部等區(qū)域暴雨強(qiáng)度總體偏弱。

二 杭州城市氣候環(huán)境圖的構(gòu)建

城市氣候環(huán)境圖理論是指從城市氣候與環(huán)境學(xué)角度分析宏觀、中觀和微觀尺度下城市現(xiàn)有的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)城市各項(xiàng)氣候參數(shù)，如風(fēng)向、風(fēng)速、太陽(yáng)輻射、氣溫等信息的分析，以地圖冊(cè)的形式展現(xiàn)城市中現(xiàn)存的環(huán)境和氣候狀況，繼而將所有科學(xué)研究結(jié)果轉(zhuǎn)化為有針對(duì)性的城市規(guī)劃建議，提供給城市規(guī)劃師、建筑師、政府管理者等。參考國(guó)內(nèi)外研究思路及技術(shù)方法，我們構(gòu)建了針對(duì)杭州城市氣候環(huán)境圖的研究框架，并主要從四個(gè)方面展開研究。①客觀評(píng)估杭州城市熱環(huán)境、風(fēng)環(huán)境氣候環(huán)境特征，明確杭州存在的主要城市氣候環(huán)境問(wèn)題。②定量分析自然地理環(huán)境和人為活動(dòng)因素（包括人為熱、城市建筑形態(tài)等因子）對(duì)城市氣候環(huán)境的影響，并結(jié)合氣象數(shù)值模擬分析劃定杭州城市優(yōu)良?xì)夂蛸Y源空間和較差城市氣候待償空間，初步形成杭州城市氣候分析圖。③針對(duì)杭州現(xiàn)存的城市氣候環(huán)境問(wèn)題，綜合劃定城市優(yōu)良?xì)夂蛸Y源空間和亟待改善的氣候待償空間。通過(guò)構(gòu)建城市氣候規(guī)劃建議圖，預(yù)留出可用于城市氣候環(huán)境改善的氣候敏感空間，并給出相應(yīng)城市規(guī)劃調(diào)整建議及用地策略。

同時(shí)，在研究過(guò)程中應(yīng)用氣象觀測(cè)、數(shù)值模擬、空間分析和規(guī)劃設(shè)計(jì)四種主要技術(shù)手段。①基于氣象觀測(cè)的城市氣候特征分析。運(yùn)用杭州市域范圍內(nèi)約309個(gè)自動(dòng)氣象站近十年的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析杭州城市氣溫、風(fēng)、降水要素的時(shí)空分布特征，明確杭州面臨的城市氣候問(wèn)題，以及可用于規(guī)劃利用的城市氣候環(huán)境資源。②采用城市氣象多尺度數(shù)值模式，開展針對(duì)杭州城市現(xiàn)狀氣候特征，以及城市規(guī)劃方案情景下氣候特征的模擬分析。通過(guò)對(duì)比兩者的差異，提出杭州城市氣候規(guī)劃的合理策略或方案，以達(dá)到改善局地城市氣候條件，提高城市氣候舒適性的目的。③基于可分辨城市建筑形態(tài)和精細(xì)遙感影像來(lái)定量分析杭州城市氣候環(huán)境。包括對(duì)自然環(huán)境（如海拔、坡度、植被覆蓋、水系分布等）和典型城市形態(tài)因子（天穹可見度、建筑密度、建筑表面積、迎風(fēng)面系數(shù)等）對(duì)杭州城市氣候環(huán)境的影響評(píng)價(jià)。利用多時(shí)相高分辨率遙感影像分析杭州城市地表熱環(huán)境，進(jìn)而研究杭州城市熱島、城市冷島的時(shí)空分布及其成因。④提供杭州城市規(guī)劃應(yīng)用策略，基于杭州城市氣候熱環(huán)境和風(fēng)環(huán)境氣候分析圖綜合構(gòu)建杭州城市氣候環(huán)境規(guī)劃建議圖。協(xié)同城市規(guī)劃師詳細(xì)分析杭州城市氣候環(huán)境特征，實(shí)現(xiàn)氣候語(yǔ)言向規(guī)劃語(yǔ)言的轉(zhuǎn)化，最終以規(guī)劃應(yīng)用視角完成包括杭州城市通風(fēng)廊道和城市熱環(huán)境改善的氣候規(guī)劃建議圖（見圖3）。

圖3 杭州城市氣候規(guī)劃建議

三 改善杭州城市氣候的策略

（一）預(yù)留保護(hù)城市風(fēng)廊，改善城市呼吸

一級(jí)通風(fēng)廊道為杭州的“城市通風(fēng)動(dòng)脈” （見圖4）。目前，現(xiàn)存的一級(jí)通風(fēng)廊道主要分布在城郊，為杭州主要城市通風(fēng)空間。受冬季西北風(fēng)，夏季偏南、偏東風(fēng)的主導(dǎo)風(fēng)影響，杭州一級(jí)風(fēng)廊總體呈“三縱三橫”格局。其中冬季風(fēng)道分為六條，總體呈西北—東南方向，包括西部南苕溪、北苕溪兩條風(fēng)道，東部江東風(fēng)道，蕭山東風(fēng)道，南部浦陽(yáng)江風(fēng)道及北部余杭東風(fēng)道。夏季風(fēng)道分為五條，總體呈西南—東北方向，包括北部苕溪風(fēng)道，中部錢塘江風(fēng)道，南部富春江風(fēng)道，以及東部的兩條杭州灣風(fēng)道。目前，杭州一級(jí)風(fēng)廊主要以生態(tài)空間或低強(qiáng)度開發(fā)空間為主，基本形態(tài)保存良好。

圖4 杭州冬、夏季一級(jí)城市通風(fēng)廊道建議

二級(jí)通風(fēng)廊道主要分布在城市邊緣，作為一級(jí)風(fēng)廊向城市內(nèi)部延伸的“城市通風(fēng)靜脈”，呈現(xiàn)“六橫四縱、外承內(nèi)接”的空間分布特征。六橫分屬留石風(fēng)道、余杭塘河風(fēng)道、西溪風(fēng)道、德勝風(fēng)道、機(jī)場(chǎng)高速風(fēng)道和湘湖風(fēng)道；四縱為下沙風(fēng)道、運(yùn)河風(fēng)道、良渚風(fēng)道和滬昆高速風(fēng)道。受城市下墊面粗糙度增大影響，二級(jí)風(fēng)廊的通風(fēng)能力有限且難以實(shí)現(xiàn)城市貫通。后期需結(jié)合城中村改造、騰退用地等城市改造契機(jī)，預(yù)留并拓寬通風(fēng)廊道，盡可能向城市內(nèi)部延續(xù)通風(fēng)空間。

三級(jí)通風(fēng)廊道總體位于城區(qū)內(nèi)部，呈現(xiàn)“五橫七縱”布局（見圖5）。三級(jí)風(fēng)廊已不具有明顯的通風(fēng)功能，但仍可作為二級(jí)風(fēng)廊滲入城市內(nèi)部的“毛細(xì)血管”，可以通過(guò)綠廊規(guī)劃的方式合理布局，對(duì)緩解局部熱壓，改善局地空氣流通具有重要的氣候價(jià)值。

圖5 杭州二級(jí)、三級(jí)城市通風(fēng)廊道

（二）修復(fù)拓展生態(tài)緩沖區(qū)，疏解城市熱島

在城市總體規(guī)劃層面，對(duì)以生態(tài)帶為載體的熱疏解區(qū)需加強(qiáng)保護(hù)，并強(qiáng)化對(duì)臨近城市生態(tài)冷源的禁建控制。在六個(gè)城市熱島組團(tuán)之間，需結(jié)合城市一、二級(jí)通風(fēng)廊道修復(fù)并構(gòu)建連續(xù)、穩(wěn)定的生態(tài)緩沖區(qū)，有效隔斷各熱島組團(tuán)，保持良好間距的島鏈形態(tài)，控制熱島組團(tuán)的蔓延趨勢(shì)。同時(shí)基于三級(jí)通風(fēng)廊道（城市綠廊），構(gòu)建由外而內(nèi)的城市綠楔，由此打通城市組團(tuán)外圍與內(nèi)部的空間聯(lián)系，促進(jìn)城市熱島的緩解。

在詳細(xì)規(guī)劃層面，通過(guò)與控規(guī)單元結(jié)合，基于地塊的熱壓狀況適時(shí)調(diào)整用地性質(zhì)、建設(shè)強(qiáng)度及綠化率等規(guī)劃指標(biāo)（見圖6）。針對(duì)熱島較強(qiáng)的區(qū)域，應(yīng)強(qiáng)化氣候論證，構(gòu)建可與外部生態(tài)帶及綠楔相聯(lián)系的帶狀綠地，并鼓勵(lì)城市中心綠化、屋頂綠化和立體綠化。

圖6 杭州城市熱島疏解分析

（三）強(qiáng)化小氣候資源應(yīng)用管理，推進(jìn)城市分區(qū)精細(xì)規(guī)劃

杭州繪制完成覆蓋市域范圍的分區(qū)風(fēng)玫瑰圖和分區(qū)暴雨強(qiáng)度公式，在城鄉(xiāng)規(guī)劃、小城鎮(zhèn)規(guī)劃、海綿城市建設(shè)時(shí)，各歸屬行政區(qū)均應(yīng)結(jié)合屬地風(fēng)玫瑰和暴雨強(qiáng)度公式加以應(yīng)用。同時(shí)在氣候變化背景下，每隔10年適時(shí)修編分區(qū)風(fēng)玫瑰圖和暴雨強(qiáng)度公式。此外，應(yīng)強(qiáng)化對(duì)山谷風(fēng)、海陸風(fēng)等氣候資源的保護(hù)和控制性開發(fā)，如山脊鞍部和山谷不宜作為建設(shè)用地，局地風(fēng)流域應(yīng)避免布置工業(yè)用地等，如因公共需要確須進(jìn)行規(guī)劃、建設(shè)時(shí)，應(yīng)提前進(jìn)行氣候可行性論證。

（四）注重氣候可行性論證，融入杭州城市“多規(guī)合一”

氣候可行性論證是針對(duì)城市氣候環(huán)境的重要規(guī)劃評(píng)價(jià)策略。目前，世界上已有15個(gè)國(guó)家超過(guò)50個(gè)城市開展相關(guān)研究和應(yīng)用。未來(lái)杭州需推動(dòng)針對(duì)城鎮(zhèn)規(guī)劃、重大工程建設(shè)的氣候論證，注重對(duì)項(xiàng)目氣象安全及對(duì)周邊氣候環(huán)境影響的綜合評(píng)價(jià)。通過(guò)建立常態(tài)管理機(jī)制，將氣候可行性論證納入城市管理體系。同時(shí)，根據(jù)國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)土資源部、環(huán)境保護(hù)部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部等部委聯(lián)合下發(fā)的 《關(guān)于開展市縣“多規(guī)合一”試點(diǎn)工作的通知》，杭州已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了城市規(guī)劃的“多規(guī)合一”，將國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃、城鄉(xiāng)規(guī)劃、土地利用規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃等多個(gè)規(guī)劃融合到一個(gè)規(guī)劃體系中，解決現(xiàn)有各類規(guī)劃自成體系、內(nèi)容沖突、缺乏銜接等問(wèn)題。然而值得注意的是關(guān)于城市氣候環(huán)境的相關(guān)信息尚未全面應(yīng)用到城市規(guī)劃系統(tǒng)中。例如目前的城市規(guī)劃往往僅依靠單一的城市風(fēng)向玫瑰圖，并未充分考慮城市通風(fēng)、城市環(huán)境容量等氣候信息，氣候?qū)W家并未真正參與到城市總體規(guī)劃設(shè)計(jì)當(dāng)中。因此，在推進(jìn)多規(guī)合一融合時(shí)，需增強(qiáng)城市氣候?qū)Τ鞘幸?guī)劃和管理的引導(dǎo)作用，使得城市氣候真正融入杭州城市總體規(guī)劃。