基于WRF模式的長(zhǎng)株潭城市群綠心通風(fēng)廊道規(guī)劃策略研究

莫尚劍

沈守云

廖秋林*

數(shù)據(jù)顯示，2019年中國(guó)人口城鎮(zhèn)化率超過(guò)60%這一關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，預(yù)計(jì)在2030年這一數(shù)值會(huì)達(dá)到75%～80%[1]。城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)也引發(fā)了嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題，特別是城市熱島效應(yīng)和霧霾現(xiàn)象近年來(lái)對(duì)城市居民健康和城市安全造成了威脅。一方面是由于城市面積擴(kuò)大，人口增多致使人為活動(dòng)產(chǎn)生的熱量及排放的溫室氣體和氣溶膠增加；另一方面，在城市開發(fā)與建設(shè)過(guò)程中，包括反照率、粗糙度和熱導(dǎo)率等下墊面特性的改變導(dǎo)致風(fēng)阻效應(yīng)和熱島效應(yīng)增強(qiáng)。熱島會(huì)使城市流場(chǎng)復(fù)雜化、整體通風(fēng)能力下降、增加靜風(fēng)和小風(fēng)頻率，不利于城市污染物擴(kuò)散[2]。而通風(fēng)廊道建設(shè)可以通過(guò)促進(jìn)城市空氣循環(huán)改善城市通風(fēng)環(huán)境，發(fā)揮舒緩夏季熱島效應(yīng)、降低冬季采暖期霧霾發(fā)生頻率的作用[3]。

近年來(lái)在風(fēng)景園林視角下，諸多學(xué)者提出了通過(guò)綠色開放空間的構(gòu)建，組成促進(jìn)城市內(nèi)外空氣交換的通風(fēng)廊道概念，例如楔形綠地、綠廊和綠色風(fēng)廊等。相關(guān)研究表明，不同城市綠地根據(jù)其特性的差異會(huì)對(duì)城市風(fēng)環(huán)境產(chǎn)生不同程度的影響，影響要素包括綠地的面積、布局、綠化覆蓋率和植物類別等[4-5]，如位于上風(fēng)方向的綠地能顯著降低城市的熱島效應(yīng)[6]。城市的開放空間根據(jù)形態(tài)差異分為不同類型，可針對(duì)其邊界形態(tài)提出風(fēng)環(huán)境優(yōu)化策略[7]。這些研究中使用的數(shù)據(jù)主要來(lái)源于不同歷史時(shí)期的遙感影像和氣象觀測(cè)資料，如何將該類資料的客觀性與數(shù)值模型的時(shí)間、空間模擬優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，已成為城市大氣環(huán)境模擬研究的熱點(diǎn)方向之一。

WRF(Weather Research and Forcasting Model)是由NCAR、NECP等科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合研制的中尺度天氣預(yù)報(bào)模式和同化系統(tǒng)[8]。它的開發(fā)為理想化的大氣動(dòng)力學(xué)研究、局地氣候模擬，以及全物理過(guò)程的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)提供了一個(gè)通用的模擬框架。該模式使用高度模塊化和分層設(shè)計(jì)方法，具有可移植、易維護(hù)、方便擴(kuò)充等諸多特性，特別是在驅(qū)動(dòng)層可根據(jù)研究側(cè)重的需求選取不同的物理參數(shù)化方案及組合方式，提高模擬計(jì)算的速度和準(zhǔn)確性。隨著系統(tǒng)的不斷更新，數(shù)據(jù)同化方法逐步完善，在WRF模式中允許使用者編譯并替換下墊面地理信息數(shù)據(jù)，使探究未來(lái)城市發(fā)展對(duì)區(qū)域氣象要素的影響成為可能，為國(guó)土空間規(guī)劃提供新的思路和方法。

圖1 模擬區(qū)域和氣象站位置分布示意

1 資料和方法

1.1 研究區(qū)概況

根據(jù)《湖南省長(zhǎng)株潭生態(tài)綠心地區(qū)總體規(guī)劃(2010—2030)》中對(duì)綠心范圍的界定，長(zhǎng)株潭城市群綠心位于湖南省中東部，地處長(zhǎng)沙、株洲、湘潭三市交界的三角地帶，面積約523km2。其中部地勢(shì)高，向東西兩側(cè)地勢(shì)逐漸降低，主要地貌類型包括低山丘陵和谷底平原。湘江由南向北縱貫株洲、湘潭、長(zhǎng)沙三市。綠心地區(qū)氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤(rùn)氣候，春濕多變，夏秋多睛，嚴(yán)冬期較短，暑熱期較長(zhǎng)。綠心多年平均氣溫約16.8℃，夏季盛行偏南風(fēng)，冬季盛行偏北風(fēng)。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

土地利用數(shù)據(jù)采用的是MODIS數(shù)據(jù)中植被指數(shù)產(chǎn)品MCD12Q1，空間分辨率為500m，其覆被類型按照IGBP的標(biāo)準(zhǔn)分為20類。由于歷年遙感影像顯示長(zhǎng)沙、株洲、湘潭3座城市的邊界在2013年逐漸發(fā)展擴(kuò)張至綠心區(qū)域內(nèi)，因此本文選取2012年的MODIS數(shù)據(jù)。規(guī)劃方案資料來(lái)源于《長(zhǎng)株潭城市群生態(tài)綠心地區(qū)總體規(guī)劃》中空間規(guī)劃管制部分內(nèi)容。氣象背景場(chǎng)數(shù)據(jù)使用NCEP三階段的再分析大氣資料，其分辨率為1°×1°，包含26個(gè)標(biāo)準(zhǔn)等壓層(10～1 000hPa)、對(duì)流層和地表邊界層的要素信息。氣象觀測(cè)資料是長(zhǎng)沙馬坡嶺、株洲、湘潭三地的國(guó)家基本氣象站觀測(cè)統(tǒng)計(jì)的地面2m高溫度(統(tǒng)稱近地面溫度)數(shù)據(jù)。

1.3 研究方法和試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

本研究使用WRF3.6.1版本，模擬區(qū)域采用3層網(wǎng)格嵌套，其中心經(jīng)緯度為28.06°N、1 1 3.0 5°E，水平分辨率為1 2.5、2.5、0.5km，網(wǎng)格數(shù)分別為78×78、108×108、155×155，垂直方向取27層，頂層氣壓為100hPa(圖1)。選取夏季和冬季晴天進(jìn)行模擬，考慮2013年1月長(zhǎng)株潭城市群區(qū)域表現(xiàn)為持續(xù)的陰雨天氣，因此相應(yīng)的FNL資料時(shí)段為2013年7月25日0：00—26日0：00，以及12月27日0：00—28日0：00。模式選取的物理參數(shù)化方案包括Lin微物理過(guò)程參數(shù)化方案、Kain-Fritsch積云對(duì)流參數(shù)化方案、Goddard短波輻射方案、RRTM長(zhǎng)波輻射方案、Noah陸面過(guò)程模式，以及YSU邊界層方案。

在WRF預(yù)處理系統(tǒng)中修改下墊面土地利用數(shù)據(jù)，具體處理方法如下：首先將遙感影像中城市區(qū)域和2012年MODIS土地利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成格點(diǎn)文件并將2種數(shù)據(jù)疊加；將其輸入GIS平臺(tái)中進(jìn)行投影變換，選取需要替換的土地類型，重新采樣和插值并轉(zhuǎn)換格式；使用ASC格式文件輸入WRF模式，運(yùn)用write_geogrid程序，將修改后的土地主導(dǎo)類型(LU_INDEX)和是否為水體(LANDMASK)替換原有數(shù)據(jù)，制作索引文件后進(jìn)行模擬計(jì)算[9]。

1.3.2 模擬試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)長(zhǎng)株潭城市群綠心規(guī)劃中空間管制分區(qū)內(nèi)容，將綠心地區(qū)劃分為建設(shè)協(xié)調(diào)區(qū)、一般限制開發(fā)區(qū)、嚴(yán)格限制開發(fā)區(qū)和禁止開發(fā)區(qū)4種類型。情景1是在MODIS數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上根據(jù)城市群2013年實(shí)際發(fā)展情況修正后的初始方案，此方案中長(zhǎng)沙、株洲、湘潭3座城市剛擴(kuò)張至綠心邊界，綠心基本處于原始未開發(fā)狀態(tài)；情景2是將建設(shè)協(xié)調(diào)區(qū)域和一般限制開發(fā)區(qū)的土地利用類型修改為城鎮(zhèn)和建設(shè)用地；情景3是在情景2的基礎(chǔ)上將嚴(yán)格限制開發(fā)區(qū)域也替換為城鎮(zhèn)和建設(shè)用地，后2種情景分別對(duì)應(yīng)綠心內(nèi)城市化發(fā)展的一般情況和極限情況。試驗(yàn)均使用相同的WRF模式參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，綠心內(nèi)開放空間格局的變化作為3組試驗(yàn)中唯一的變量(圖2)。城鎮(zhèn)和建設(shè)用地面積在3個(gè)情景中分別為24.5、103.5和274.25km2，分別占綠心總面積的4.68%、24.47%和52.43%(表1)。

1.3.3 模擬結(jié)果檢驗(yàn)

提取長(zhǎng)沙馬坡嶺氣象站、株洲氣象站和湘潭氣象站近地面10m高風(fēng)速的逐小時(shí)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)與初始方案，即情景1的模擬結(jié)果中氣象站坐標(biāo)區(qū)域風(fēng)速進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)算模擬值與觀測(cè)值的偏差(Bias)、均方根誤差(RMSE)和相關(guān)系數(shù)(R)，計(jì)算公式如下：

檢驗(yàn)結(jié)果表明，WRF模式在2013年7月25日和12月27日的溫度模擬結(jié)果可以較好地反映研究區(qū)域10m高風(fēng)速的實(shí)際情況，模擬精度滿足相關(guān)統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證要求。長(zhǎng)沙和湘潭氣象站的模擬值與實(shí)測(cè)值較為接近，株洲氣象站2組數(shù)據(jù)的偏差值和均方根誤差值相對(duì)較大。產(chǎn)生誤差的原因可能包括3個(gè)方面：1)氣象站點(diǎn)坐標(biāo)和模擬區(qū)域取值坐標(biāo)之間的誤差；2)模擬時(shí)間取值不同，模擬輸出數(shù)據(jù)為瞬時(shí)輸出數(shù)據(jù)，而氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)為小時(shí)平均數(shù)據(jù)；3)WRF模式模擬計(jì)算過(guò)程中的誤差(表2)。

2 WRF模擬結(jié)果分析

2.1 日平均風(fēng)速對(duì)比分析

從3個(gè)情景風(fēng)速模擬結(jié)果中提取每小時(shí)的風(fēng)速數(shù)值，計(jì)算得到日平均風(fēng)速。在夏季晴天，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)和東南風(fēng)，情景1中綠心區(qū)域風(fēng)速與周邊差異較小，其中部和西部風(fēng)速較低，為2.8～3.2m·s-1。城市區(qū)域風(fēng)速低于周邊地區(qū)0.5～1.0m·s-1，3座城市之間的風(fēng)速差別較小，風(fēng)速都在2.8～3.4m·s-1。隨著城市用地面積的增加，模擬區(qū)域日平均風(fēng)速呈下降趨勢(shì)，風(fēng)速變化主要集中在綠心范圍內(nèi)，部分地區(qū)風(fēng)速下降0.5～1.0m·s-1，長(zhǎng)沙市南側(cè)和北側(cè)風(fēng)速下降0.1～0.3m·s-1(圖3)。

冬季晴天主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，情景1中綠心風(fēng)速較快，大部分區(qū)域風(fēng)速為3.0～4.5m·s-1。城市風(fēng)速明顯低于周邊地區(qū)0.5～1.0m·s-1，3座城市中長(zhǎng)沙市平均風(fēng)速相對(duì)較低，為2.5～3.0m·s-1，湘潭市其次，風(fēng)速為2.8～3.0m·s-1，株洲市最高，風(fēng)速為3.0～3.5m·s-1。情景2和情景3中日平均風(fēng)速呈下降趨勢(shì)，模擬區(qū)域最高風(fēng)速降低0.6m·s-1。綠心風(fēng)速變化明顯，風(fēng)速高于3.5m·s-1的區(qū)域面積明顯縮小。城市風(fēng)速變化主要出現(xiàn)在湘潭市區(qū)和株洲市西北側(cè)鄰近綠心地區(qū)，風(fēng)速降低0.3～0.5m·s-1(圖4)。

圖2 不同情景主要用地類型分布

圖3 2013年7月25日不同情景日平均風(fēng)速分布

圖4 2013年12月27日不同情景日平均風(fēng)速分布

2.2 綠心自然通風(fēng)潛力分析

在長(zhǎng)株潭城市群綠心中構(gòu)建通風(fēng)廊道需要對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行全面的風(fēng)環(huán)境評(píng)估，宏觀地挖掘城市周邊補(bǔ)償空間的位置及其潛在可利用的風(fēng)系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)。綠心風(fēng)場(chǎng)的模擬結(jié)果顯示，隨著城鎮(zhèn)和建設(shè)用地面積的增加，綠心內(nèi)空間格局變化使主導(dǎo)風(fēng)下風(fēng)方向的城市風(fēng)速出現(xiàn)一定程度的下降。城市風(fēng)速降低可能加劇熱島效應(yīng)和空氣污染問(wèn)題，特別是在小風(fēng)和靜風(fēng)環(huán)境下。而在強(qiáng)勁的風(fēng)環(huán)境背景下，城市效應(yīng)對(duì)氣象要素的影響較為微弱，而在天氣背景較為穩(wěn)定的小風(fēng)環(huán)境中，下墊面改變對(duì)氣象要素的影響較為明顯[10]。因此提取綠心初始狀態(tài)下即情景1的風(fēng)場(chǎng)模擬結(jié)果，選取模擬區(qū)域平均風(fēng)速相對(duì)較低時(shí)的風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行通風(fēng)潛力分析。

7月25日8：00的風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)，模擬區(qū)域風(fēng)速在5.5m·s-1以內(nèi)。城市風(fēng)速明顯低于周邊地區(qū)，為2.0～3.0m·s-1。綠心范圍內(nèi)風(fēng)速相對(duì)較高的區(qū)域分布在湘江沿岸地區(qū)及綠心外圍與城市鄰近地帶，風(fēng)速為4.0～5.0m·s-1。14：00模擬區(qū)域風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，風(fēng)速為1.2～5.2m·s-1，城市風(fēng)速為1.6～2.4m·s-1。綠心東南側(cè)與北側(cè)部分區(qū)域風(fēng)速相對(duì)較大，風(fēng)速為3.5～4.2m·s-1，其余地區(qū)風(fēng)速為2.2～3.5m·s-1?？梢钥闯瞿巷L(fēng)和東南風(fēng)經(jīng)過(guò)城市群地區(qū)，受城市空間擠壓，在下風(fēng)方向城市周邊出現(xiàn)明顯的加速區(qū)域，尤其是在長(zhǎng)沙市東西兩側(cè)，風(fēng)速高于市區(qū)1.0～3.0m·s-1。在南風(fēng)條件下，由于綠心東南部分和北側(cè)部分地區(qū)土地利用類型主要為裸地和耕地，其下墊面粗糙程度較低，對(duì)區(qū)域風(fēng)的流動(dòng)阻力較小，因此湘江沿岸及長(zhǎng)沙市南部地區(qū)通風(fēng)性能相對(duì)東南風(fēng)時(shí)更好。在湘潭市和株洲市中間地帶，由于城市狹管效應(yīng)，風(fēng)速較快(圖5)。

表1 不同情景土地利用類型面積變化(單位：km2)

表2 10m高風(fēng)速模擬值與觀測(cè)值驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)

12月27日2：00模擬區(qū)域風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，風(fēng)速為2.0～6.0m·s-1。由于城市溫度較高，氣壓相對(duì)較低，風(fēng)在經(jīng)過(guò)城市區(qū)域時(shí)速度增加，風(fēng)速略高于周邊地區(qū)，風(fēng)速為3.0～4.5m·s-1。20：00模擬區(qū)域風(fēng)速為1.0～4.0m·s-1，風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)。城市風(fēng)速與附近區(qū)域差異較小，風(fēng)速為2.0～3.0m·s-1，株洲市北部風(fēng)速較大，達(dá)3.5m·s-1。綠心外圍與城市相鄰地區(qū)風(fēng)速較大，在東部和北部裸地和耕地用地集中區(qū)域風(fēng)速為3.0～4.0m·s-1。湘江風(fēng)速明顯高于模擬區(qū)域中的其他地區(qū)，在2：00綠心南部湘江地區(qū)風(fēng)速超過(guò)10.0m·s-1，8：00高于6.0m·s-1。從綠心范圍內(nèi)湘江風(fēng)速分布情況可以看出，當(dāng)風(fēng)向與湘江走向平行或二者夾角較小時(shí)，風(fēng)速較其他區(qū)域大，主要體現(xiàn)在湘潭市東北側(cè)湘江段，以及湘潭市與株洲市中間地帶湘江段(圖6)。

圖5 情景1中7月25日8：00(5-1)與14：00(5-2)風(fēng)速分布

圖6 情景1中12月27日2：00(6-1)與20：00(6-2)風(fēng)速分布

圖7 優(yōu)化方案通風(fēng)廊道構(gòu)建示意(7-1 夏季；7-2 冬季)

3 通風(fēng)廊道規(guī)劃策略

3.1 構(gòu)建通風(fēng)廊道

城市通風(fēng)廊道一般是在城市邊界設(shè)置通風(fēng)口，以大型空曠地帶連接建成的綠色生態(tài)廊道，其主要由城市道路、綠地、河道及其他非建筑用地組成。而城市快速發(fā)展使城市的邊界持續(xù)擴(kuò)大，城市的功能布局和景觀結(jié)構(gòu)同時(shí)處于動(dòng)態(tài)變化之中，所以通風(fēng)廊道構(gòu)成要素還應(yīng)包括市域?qū)用娴拈_敞空間，如城郊的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地和與城市相鄰的林地[11]。依據(jù)綠心規(guī)劃方案，綠心將逐步發(fā)展成為大型城市組團(tuán)內(nèi)部的綠色開放空間，是不同城市風(fēng)系統(tǒng)的連通地帶。考慮研究區(qū)域面積較大，并且是在規(guī)劃階段考慮優(yōu)化城市群的通風(fēng)性能，因此通風(fēng)廊道構(gòu)建策略主要從宏觀層面制定，通過(guò)調(diào)整城市和建筑用地的面積和布局，使綠心內(nèi)的開放空間能夠保持或引導(dǎo)城市群補(bǔ)償空間的天然氣流流向城市地區(qū)，同時(shí)最大限度地利用綠心自身的自然通風(fēng)性能，為提高城市內(nèi)部的熱舒適度和空氣質(zhì)量創(chuàng)造有利條件。然而需要注意的是，風(fēng)場(chǎng)變化具有不同的時(shí)間性和空間性，應(yīng)結(jié)合重要的時(shí)段和對(duì)應(yīng)的風(fēng)環(huán)境情況綜合考慮通風(fēng)廊道的構(gòu)建策略。

分析綠心的自然通風(fēng)潛力時(shí)發(fā)現(xiàn)，在冬季、夏季主導(dǎo)風(fēng)向下，當(dāng)風(fēng)速較低時(shí)，綠心內(nèi)通風(fēng)性能較好的區(qū)域主要分布在湘江地區(qū)、土地利用類型為裸地和耕地地區(qū)，以及湘潭市和株洲市中間地帶。因此通風(fēng)廊道構(gòu)建策略是在敏感性試驗(yàn)情景3的基礎(chǔ)上，調(diào)整綠心范圍內(nèi)新增城鎮(zhèn)和建設(shè)用地的面積與布局，在保證通風(fēng)廊道與綠心外部補(bǔ)償空間連通性的前提下，使通風(fēng)性能較好的區(qū)域能夠在主導(dǎo)風(fēng)向上相互串聯(lián)形成通風(fēng)廊道，減小綠色開放空間格局變化對(duì)城市群風(fēng)環(huán)境的影響。在夏季主導(dǎo)風(fēng)為偏南風(fēng)的情況下，在綠心范圍內(nèi)構(gòu)建2條通風(fēng)廊道。一條由湘潭市和株洲市的連接區(qū)域進(jìn)入，通過(guò)湘潭市東側(cè)至長(zhǎng)沙市南部湘江周邊地區(qū)；另一條在株洲市西側(cè)與其北側(cè)新增城市區(qū)域之間，通過(guò)綠心中部到達(dá)長(zhǎng)沙市西南邊界。在冬季主導(dǎo)風(fēng)為西北風(fēng)時(shí)，設(shè)置2條通風(fēng)廊道，一條從長(zhǎng)沙市東部耕地集中地區(qū)進(jìn)入綠心，沿長(zhǎng)沙南部邊界至湘江株洲段位置；另一條由綠心西北角開始，沿綠心東側(cè)邊界及株洲市北側(cè)到達(dá)湘潭市與株洲市湘江地區(qū)中間地帶(圖7)。

3.2 通風(fēng)效果檢驗(yàn)

根據(jù)通風(fēng)廊道構(gòu)建策略，在情景3的土地利用格局基礎(chǔ)上建立一個(gè)城市群風(fēng)環(huán)境優(yōu)化方案。將新增城鎮(zhèn)和建設(shè)用地中通風(fēng)潛力相對(duì)較好地區(qū)的用地類型轉(zhuǎn)變成初始用地類型，使用與敏感性實(shí)驗(yàn)相同的參數(shù)設(shè)置，輸入WRF模式模擬計(jì)算檢驗(yàn)通風(fēng)廊道的通風(fēng)效果。優(yōu)化方案中綠心范圍內(nèi)城鎮(zhèn)和建設(shè)用地面積相較情景3下降了20.8%，為57.25km2。對(duì)比分析優(yōu)化方案與情景3在風(fēng)速較低情況下的風(fēng)速模擬結(jié)果，7月25日，用地類型轉(zhuǎn)變的區(qū)域風(fēng)速顯著提升。8：00主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)，綠心中部及北側(cè)部分地區(qū)風(fēng)速略微提升，下風(fēng)方向包括長(zhǎng)沙市區(qū)東部的風(fēng)速上升約0.2m·s-1。14：00主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，模擬區(qū)域東部和綠心內(nèi)部分地區(qū)風(fēng)速最高提升0.3m·s-1。在綠心北面，長(zhǎng)沙市內(nèi)的帶狀區(qū)域風(fēng)速提升0.1～0.3m·s-1(圖8)。

12月27日主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，2：00綠心內(nèi)土地利用類型變化的區(qū)域風(fēng)速下降最高達(dá)1.3m·s-1，綠心中部及東南邊界風(fēng)速略微提升。下風(fēng)方向湘潭市內(nèi)部分地區(qū)風(fēng)速略微提升約0.2m·s-1。株洲市西北部風(fēng)速提升較為明顯，為0.3～0.5m·s-1。20：00用地類型轉(zhuǎn)化的區(qū)域風(fēng)速明顯下降，綠心內(nèi)大部分地區(qū)風(fēng)速略微上升約0.1m·s-1。下風(fēng)方向湘潭市部分地區(qū)風(fēng)速提升0.1～0.2m·s-1，株洲市提升較為明顯，提升幅度為0.2～0.3m·s-1(圖9)。

圖8 7月25日8：00(8-1)和14：00(8-2)優(yōu)化方案與情景3風(fēng)速差值分析

圖9 12月27日2：00(9-1)和20：00(9-2)優(yōu)化方案與情景3風(fēng)速差值分析

4 結(jié)論與討論

本文根據(jù)長(zhǎng)株潭城市群綠心規(guī)劃方案中綠心不同程度城市化發(fā)展情況，修改下墊面土地利用數(shù)據(jù)，設(shè)置多情景試驗(yàn)方案。使用WRF模式進(jìn)行綠心開放空間格局變化對(duì)城市群近地面風(fēng)場(chǎng)影響的敏感性模擬試驗(yàn)，通過(guò)分析風(fēng)速模擬結(jié)果提出綠心通風(fēng)廊道構(gòu)建策略并檢驗(yàn)其通風(fēng)效果。研究發(fā)現(xiàn)，隨著綠心內(nèi)城鎮(zhèn)和建設(shè)用地的增加，在夏季晴天，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)的情況下，處于下風(fēng)方向的長(zhǎng)沙市區(qū)東部及南部風(fēng)速降低0.1～0.3m·s-1。在冬季晴天，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)時(shí)，處于下風(fēng)方向的湘潭市區(qū)和株洲市西北側(cè)與綠心相鄰區(qū)域風(fēng)速下降0.3～0.5m·s-1。綠心內(nèi)自然通風(fēng)潛力較高的區(qū)域分布在湘江地區(qū)、土地利用類型為裸地和耕地類型的區(qū)域，以及湘潭和株洲2座城市之間的狹長(zhǎng)地帶。在風(fēng)速較低時(shí)，通風(fēng)廊道構(gòu)建策略為調(diào)整綠心內(nèi)新增城鎮(zhèn)和建設(shè)用地格局，將通風(fēng)性能較好的區(qū)域在主導(dǎo)風(fēng)向上連接，并保證綠心與城市群外部補(bǔ)償空間的連通性。通風(fēng)廊道能使下風(fēng)方向城市部分區(qū)域風(fēng)速提升0.1～0.3m·s-1，風(fēng)速提升范圍和分布主要受風(fēng)向影響。

風(fēng)景園林專業(yè)倡導(dǎo)的“人與天調(diào)”思想在通風(fēng)廊道規(guī)劃策略中得到充分發(fā)揮，利用綠心內(nèi)開放空間的合理布局改善長(zhǎng)株潭城市群的風(fēng)環(huán)境，提升城市在發(fā)展過(guò)程中應(yīng)對(duì)氣候問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題的能力。但影響城市風(fēng)場(chǎng)的因素較多也較為復(fù)雜，因此本文還有許多不足之處有待完善，在未來(lái)的研究中可綜合考慮城市的布局形式和城市環(huán)境構(gòu)成要素等方面可能產(chǎn)生的影響，并在宏觀確定規(guī)劃發(fā)展策略的基礎(chǔ)上，對(duì)中觀層面和微觀層面的規(guī)劃應(yīng)用與政策實(shí)施進(jìn)行探討，例如綠地和自然植被形態(tài)控制、建筑和道路形態(tài)控制，以及公園與休閑用地分布等。

注：文中圖片均由作者繪制。