城市風(fēng)向頻率與森林空間規(guī)劃布局的探討

王風(fēng)臻，姜建成，趙 燕，劉 政，蔣海明，張 鵬

（山東省國土空間規(guī)劃院，山東 濟南250014）

城市綠地（森林）適宜性分析是城市綠地空間規(guī)劃的必要條件，2010年，周媛以沈陽市為例，選取綠地適宜性分析評價因子，采用層次分析法和成對比較法相結(jié)合確定不同因子權(quán)重系數(shù)，通過GIS 空間分析模塊對沈陽市三環(huán)內(nèi)城區(qū)綠地建設(shè)空間進行評價，結(jié)果表明：最適宜、適宜、基本適宜、不適宜、不可用地面積比例分別為11.1%、19.2%、23.3%、29.5%、16.5%，并提出了構(gòu)建沈陽城市風(fēng)道、組團綠地、綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)等空間規(guī)劃布局的建議[1]。2018年，吳梅利用1981-2015年新疆阿克蘇市、喀什市、和田市和阿圖什市多年形成的風(fēng)向頻率特征，結(jié)合2016年城市空氣污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析研究，提出了4 市工業(yè)區(qū)空間布局和多層次綠地結(jié)構(gòu)，提高城市生態(tài)承載力的建議[2]。各大城市在不同季節(jié)、不同地點，其風(fēng)向頻率特征差異明顯。本文以濟南市城區(qū)為例，依據(jù)主城區(qū)風(fēng)向頻率特征，結(jié)合主要災(zāi)害性或高影響性天氣，辯證分析了城市森林空間布局原則和樹木配置方式。

近10年來，濟南市作為省會城市實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，城區(qū)建設(shè)規(guī)模不斷擴大，三次產(chǎn)業(yè)不斷優(yōu)化。2019年城區(qū)常住人口達到595.66 萬人，邁入我國特大城市行列；2020年GDP 突破萬億，是我省政治、經(jīng)濟、文化和交通中心。為建設(shè)生態(tài)美麗宜居新城市，需要優(yōu)化國土空間布局，科學(xué)合理規(guī)劃生活、生產(chǎn)和生態(tài)空間，以精準(zhǔn)規(guī)劃森林為主體的生態(tài)空間尤為重要。并且要遵循特大城市生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)在規(guī)律，堅持因地制宜，適地適綠，宜喬則喬，宜灌則灌，宜草則草，以降低大氣細(xì)顆粒物（PM2.5）濃度，改善區(qū)域空氣質(zhì)量為主要目標(biāo)。筆者經(jīng)過多年的調(diào)查，對濟南市城區(qū)夏季、冬季和全年的風(fēng)向頻率對森林規(guī)劃布局和樹木配置進行了分析研究。

1 關(guān)于風(fēng)向頻率

風(fēng)向頻率（Frequency of wind direction）系指在一定時期內(nèi)（1 季、1年或多年），累計各個方位風(fēng)向（通常分8 個或16 個羅盤方位）的次數(shù)，以各個風(fēng)向（包括靜風(fēng)）發(fā)生的次數(shù)占該時期內(nèi)各方位總次數(shù)的百分比來表示。

城市風(fēng)向頻率在不同城市、不同季節(jié)差異明顯，風(fēng)向頻率最多者為當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向，山脈、河流、溝谷、大型道路的走向?qū)χ鲗?dǎo)風(fēng)向具有較大影響，一般情況下兩者方向往往一致。主導(dǎo)風(fēng)向是城市規(guī)劃、工業(yè)布局和建筑設(shè)計的重要參數(shù)，也是森林和濕地規(guī)劃、樹木配置的重要依據(jù)。通常居民區(qū)應(yīng)布置在主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)向，空氣清新，環(huán)境優(yōu)美；工業(yè)區(qū)應(yīng)布置在主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向，最小風(fēng)頻的上風(fēng)向； 在季風(fēng)氣候區(qū)，工業(yè)區(qū)應(yīng)布局在與季風(fēng)風(fēng)向垂直的郊外，以減輕對城市大氣質(zhì)量的影響。

2 濟南市城區(qū)風(fēng)向頻率

2.1 自然條件

濟南市位于山東省中西部，地理位置介于東經(jīng)116°11′-117°44′，北緯36°01′-37°32′之間，總面積10244 km2。南依泰山，北跨黃河，地處魯中南低山丘陵與魯西北沖積平原的交接帶上，地勢南高北低，依次為低山丘陵、山前傾斜平原和黃河沖積平原。地形地貌可分為北部臨黃河帶、中部山前平原帶和南部丘陵山區(qū)帶；河流分屬黃河、小清河、海河三大水系。湖泊有大明湖、白云湖等。低山丘陵區(qū)北麓有眾多泉群出露，主城區(qū)分布趵突泉、黑虎泉、五龍?zhí)逗驼渲槿拇笕骸Ｍ寥李愋陀凶厝?、褐土、潮土、沙姜黑土、水稻土和風(fēng)砂土6 種，以棕壤、褐土為主。自然植被屬于暖溫帶落葉闊葉林地帶，有植物149 科，1175 種和變種，溫帶植物居多，陸棲野生動物211 種。

據(jù)濟南市人民政府官方網(wǎng)站公開資料，濟南屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，日照充分，年平均氣溫13.9℃，年平均降水量623.0 mm。主要災(zāi)害性或高影響性天氣包括霧霾、大風(fēng)、寒潮、臺風(fēng)、強對流、春旱和高溫等。

2.2 主城區(qū)風(fēng)向頻率

根據(jù)全國風(fēng)向地理區(qū)劃，濟南市屬于東南季風(fēng)區(qū)。濟南市主城區(qū)風(fēng)向頻率在東南季風(fēng)、南部低山丘陵阻擋、黃河河道和大型道路走向等綜合因素的影響下，近30年的風(fēng)向頻率如圖1 所示，風(fēng)玫瑰圖見圖2。

圖1 濟南市城區(qū)風(fēng)向頻率圖

從圖1、圖2 中分析，濟南市主城區(qū)夏季主導(dǎo)風(fēng)向是南西南（SSW），其次是東東北（ENE），最弱是東南（SE）；冬季主導(dǎo)風(fēng)向是南西南（SSW），其次是東北（NE），最弱是東南（SE）；全年主導(dǎo)風(fēng)向是南西南 （SSW），其次是東東北 （ENE），最弱是東東南（ESE），靜風(fēng)頻率為14%。

圖2 濟南市城區(qū)風(fēng)玫瑰圖

3 風(fēng)向頻率影響下的城市森林規(guī)劃和樹木配置

當(dāng)前，在城市森林和植樹綠化規(guī)劃設(shè)計過程中，設(shè)計者和管理者首先參考當(dāng)?shù)氐牡乇砘|(zhì)情況，密切相關(guān)的土壤類型、土層厚度和土壤理化指標(biāo)等立地條件，其次是參考平均氣溫、降水量、光照、熱量等氣候條件。而對當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)風(fēng)向、災(zāi)害天氣、局部特殊小環(huán)境等因素參考較少。加之優(yōu)先考慮森林景觀、美化效果和經(jīng)濟成本，而對生態(tài)功能則涉及不足，對森林、樹木和環(huán)境之間的相互影響、相互促進的辯證關(guān)系研究的不夠嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，對以人為本的理念重視不足等問題。

3.1 森林規(guī)劃原則

城市森林和樹木具有涵養(yǎng)水源、保持水土、防風(fēng)固沙、吸附灰塵、凈化空氣、調(diào)節(jié)氣溫、改善氣候、消減噪音、固碳釋氧、改善景觀等多種生態(tài)功能，是城市重要的生命支持系統(tǒng)，是維護城市生態(tài)安全的重要保障。但因森林空間規(guī)劃不合理、樹木配置不科學(xué)、樹木生物學(xué)特性和特有的城市生態(tài)環(huán)境等因素，導(dǎo)致城市部分樹木抗逆性較差[3]，存在不良作用[4]，對人產(chǎn)生不良影響[5]。

根據(jù)濟南市主城區(qū)夏季、冬季和全年主導(dǎo)風(fēng)向分布情況，應(yīng)將森林、森林公園、濕地、濕地公園、城市公園等規(guī)劃布局在南西南、東北和東東北區(qū)域。森林水平結(jié)構(gòu)設(shè)計以簇狀和不均勻分布為主，均勻分布為輔；垂直結(jié)構(gòu)設(shè)計以喬木-鋪地藤本+多年生草本為主，喬灌草結(jié)合為輔；樹種以高大落葉喬木為主，常綠樹種為輔；單位面積林木密度不宜過大，單株喬木地表空間不應(yīng)低于10 m2，確保樹木生長良好，保持較強的抗逆性，以充分發(fā)揮其生態(tài)功能，改善城區(qū)空氣質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境。

3.2 喬木樹種配置方式

為營造城市多彩森林，提升城市森林景觀，改善樹木視覺效果，濟南市栽植了許多以常綠闊葉樹為代表的亞熱帶樹種，冬季需要采取適當(dāng)?shù)谋卮胧?。依?jù)城區(qū)冬季東北風(fēng)是主導(dǎo)風(fēng)向的特點，東北風(fēng)攜帶寒冷氣流穿過城區(qū)，在上風(fēng)向和下風(fēng)向配置亞熱帶樹種，均易遭受凍害和風(fēng)害，生長不良，樹冠稀疏。應(yīng)將抗寒性弱的樹種配置在側(cè)風(fēng)向或背風(fēng)向；城區(qū)春季、夏季南西南風(fēng)是主導(dǎo)風(fēng)向的特點，南西南風(fēng)攜帶暖濕氣流穿過城區(qū)，降水增加，在上風(fēng)向或高層建筑密集區(qū)狹長通道配置淺根性喬木樹種，易遭受風(fēng)倒和風(fēng)折。不適宜配置懸鈴木（Platanus）、楊樹（Populus）、柳樹（Salix）等植源性污染樹種[6]，易導(dǎo)致飛毛飛絮污染。城市高大喬木綠化帶適宜采用通風(fēng)結(jié)構(gòu)、疏透結(jié)構(gòu)，樹冠不宜相互交接覆蓋，有利于局部空氣水平和垂直流通，改善氣流微循環(huán)，有利于細(xì)顆粒物擴散，提高空氣質(zhì)量。

3.3 灌木樹種配置方式

濟南市城區(qū)栽植花灌木和常綠灌木較多，對改善城市景觀發(fā)揮重要作用。在主干道路兩側(cè)配置綠籬和模紋花壇，綠化美化效果良好；但在工業(yè)區(qū)和居住區(qū)綠籬則多生長不良，管理不善，是藏污納垢、蚊蟲棲息之地，不利于空氣流通和環(huán)境衛(wèi)生，弊病較多。

3.4 其他木本植物配置方式

在主導(dǎo)風(fēng)向增加垂直綠化和地表覆蓋綠化對防止城市揚塵作用較大，例如紫藤（Wisteria sinensis）、凌霄（Campsis grandiflora）、爬山虎（Parthenocissus tricuspidata）、五葉地錦（Parthenocissus quinquefolia）等木質(zhì)藤本植物用于城市垂直綠化，也可顯著提高建筑物景觀效果；扶芳藤（Euonymus fortunei）、鋪地柏（Sabina procumbens）、忍 冬（Lonicera japonica）等是優(yōu)良木質(zhì)地被植物，結(jié)合多年生草本植物，用于地表覆蓋綠化，可減緩地表徑流，利于降水滲透和節(jié)水保泉，減少地表揚塵，吸收有害物質(zhì)等生態(tài)作用。

4 結(jié)語

我國特大城市建筑容積率大，人口密度高，工商業(yè)發(fā)達，有其獨特的生態(tài)環(huán)境。主導(dǎo)風(fēng)和森林是其重要的自然資源，充分發(fā)揮其有益作用，對提高空氣質(zhì)量，改善生態(tài)生活環(huán)境具有重要作用。當(dāng)前濟南市主城區(qū)治理霧霾、大風(fēng)、寒潮等災(zāi)害性或高影響性天氣，要利用城區(qū)全年風(fēng)向頻率與森林及其樹木之間相互影響的辯證關(guān)系，科學(xué)規(guī)劃森林空間位置，將森林、濕地、綠地等生態(tài)用地規(guī)劃布局在南西南、東北和東東北區(qū)域；參考夏季和冬季風(fēng)向頻率，優(yōu)先選擇抗性強的鄉(xiāng)土生態(tài)樹種，順應(yīng)風(fēng)向規(guī)律合理配置抗性較弱和植源性污染的樹種，保持樹木合理營養(yǎng)空間，可持續(xù)地發(fā)揮森林和樹木的多種生態(tài)功能，保護傳承森林文化，構(gòu)建和諧美麗泉城，建設(shè)生態(tài)宜居城市，均有重要的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟價值。