石河子熱島效應和通風廊道氣候分析

（新疆石河子氣象局，新疆石河子市，832000） 蒲云錦

城市熱島效應是指城市氣溫比郊區(qū)高的現象，隨著城市規(guī)模的迅速擴大，城市的熱島效應越來越明顯[1-4]。熱島效應的形成，一方面是城市工業(yè)的高度集中，工廠排放的煤灰、粉塵、二氧化碳，工業(yè)鍋爐產生的熱量、廢氣，汽車尾氣以及居民消耗的能源氣體覆蓋在城市上空，它們善于吸收長波輻射，增加溫度。另一方面現代城市規(guī)模擴大，高樓林立，植被破壞，而水泥建筑、馬路熱容量小，吸熱能力強，這些都使得城市溫度居高不下，城市白天大量吸熱，夜晚持續(xù)散發(fā)熱量，造成市區(qū)溫度降不下來。加上人口密集，家庭中大量使用電冰箱、微波爐、空調等家電，對城市熱島都起著推波助瀾的作用。

城市大氣污染日益嚴重，城市通風廊道有利大氣污染物的擴散，改善大氣環(huán)境[5-9]。城市通風廊道是以提升城市的空氣流動性、緩解熱島效應和改善人體舒適度為目的，為城區(qū)引入新鮮冷濕空氣而構建的通道。城市通風廊道主要作用有：①減輕城市內大氣污染。城市內工業(yè)工廠在生產的過程中會排放出大量的有毒有害氣體，對城市的空氣造成嚴重的污染，大量汽車尾氣排放也是重要的污染源。合理規(guī)劃城市通風廊道，保持暢通的空氣流動通道能及時排除城市內污染氣體，改善城市人居環(huán)境；②能夠降低城市流行性疾病發(fā)生率。非常多的傳染性疾病的傳播媒介就是空氣，進行合理規(guī)劃城市通風廊道，使儲備空間的新鮮空氣不斷的流入城市內部，抑制有害病菌的擴散；③降低城市的熱島效應。我國很多城市出現熱島效應，建筑群中產生的熱能量不能及時排除，合理的規(guī)劃城市通風廊道可以很大程度地降低熱島效應。

通風廊道建設目的是提高城市通風能力，所以廊道走向要與城市主導風向一致。影響通風廊道走向的主要因素是風向，尤其是風速在0.3～3.3m/s之間的軟輕風。本文從城市熱島效應和通風廊道這兩方面進行統(tǒng)計分析。

1 材料與方法

1.1 數據

城市熱島效應選用本次選取石河子城區(qū)站（高中城站）和郊區(qū)站（烏蘭烏蘇站），時間尺度為2016～2021 年近6年的月平均氣溫和季平均氣溫資料。城市通風廊道選用石河子市站2010～2021 年近12年逐小時2min風向風速自動觀測數據。

1.2 熱島強度等級劃分

根據《城市熱島效應評估技術指南（第1版）》[17]將熱島強度Ht劃分為五個等級（Ht≤0.5，0.5＜Ht≤1.5，1.5＜Ht≤2.5，2.5＜Ht≤3.5，Ht＞3.5），對應的表述是無、弱、中等、強、極強（見表1）。

表1 熱島強度等級劃分

本次選取城區(qū)站（高中城站）和郊區(qū)站（烏蘭烏蘇站）近6 年的月平均氣溫資料。由公式：Ht=Te-Ts算出熱島強度值得出下表。其中Ht是熱島強度，Te是城區(qū)月平均溫度，Ts是郊區(qū)月平均溫度。

從表2 可以看出：通過分析2016～2021 年近6年熱島強度值，2016 年2 月、8 月和9 月熱島強度等級為中等；2017年7月和9月熱島強度等級為中等；2018 年8 月和12月熱島強度等級為中等；2019 年7月和8 月熱島強度為中等；其余月份熱島強度為弱或無。6 年中7 月到9 月熱島強度大部分為中等。而6年的年平均熱島強度等級均為弱。

表2 月熱島強度

表3 是城區(qū)站和郊區(qū)站季節(jié)熱島強度值，除2019年夏季熱島強度等級為中等，其它熱島強度等級均為弱等級。

表3 季熱島強度

從上述城區(qū)站與郊區(qū)站的對比數據可看出，不同月份、不同季節(jié)和不同年份，無熱島效應和弱等級熱島強度占比例較大，熱島強度等級為中等的占比例較小；中等熱島強度主要集中在7～9 月，為盛夏至初秋時段。

1.3 軟輕風

風速在0.3～3.3m/s之間的風稱為軟輕風，石河子軟輕風出現頻率占所有風速的87%，所以分析軟輕風尤為重要。

1.3.1 軟輕風年風頻

依據《氣候可行性論證規(guī)范城市通風廊道》QX/T 437-2018[9]做以下分析論證。

選用2010～2021 年逐小時2 分鐘風向風速自動觀測數據，篩選出風速在0.3～3.3m/s之間的軟輕風，統(tǒng)計分析（圖1）顯示，近12 年石河子軟輕風風向頻率以西南偏南方向的風居多，風向頻率9.9%，次之為西南風，風向頻率9.1%。主導風向為西南偏南風。

圖1 石河子2010～2021年逐小時2分鐘軟輕風定時風向玫瑰圖

1.3.2 軟輕風季風頻

石河子四季中春秋季以東北偏東風居多，其次是西南偏南風；夏季以西南偏南和西南風居多，其次是東北偏東風；冬季西北偏西風居多，其次是西南偏南風。

綜合分析：春秋季風頻較為接近，除冬季外其他季節(jié)均有準西南-東北走向的風，冬季則西北偏西風頻率較高。

1.3.3 軟輕風白天夜間風頻

白天和夜間風向頻率（圖2）顯示，石河子白天西北偏西風居多，夜間則西南偏南風為主。

圖2 石河子2010～2021白天和夜間2分鐘軟輕風風向玫瑰圖

2 城市通風廊道規(guī)劃建議

城市主通風廊道宜貫穿整個城市，應沿低地表粗糙度區(qū)域和通風潛力較大的區(qū)域進行規(guī)劃，應連通綠源與城市中心、郊區(qū)通風量大與城區(qū)通風量小的區(qū)域，打通城市中心通風量弱、熱島強度強的區(qū)域。在用地上，除增加通風廊道用地外，宜依托城市現有交通干道、河道、公園、綠地、高壓線走廊、相連的休憩用地以及其他類型的空曠地作為廊道載體。

由軟輕風和城市熱島效應分析，城市建設應沿城市主導風向規(guī)劃建筑物走向。由于探測手段及技術難度限制，通風廊道的規(guī)劃還有待完善，應在城市用地現狀或規(guī)劃圖上利用地理信息技術疊加背景風況、通風潛力、通風量、城市熱島強度、綠源空間分布，在城市總體規(guī)劃或區(qū)域規(guī)劃層面（結合生態(tài)安全格局構建）確定城市主通風廊道和次通風廊道。通過與相關部門研討，對廊道走向、寬度、邊界等加以完善，確定最終的通風廊道規(guī)劃方案。

3 結語

石河子2016 年2 月、8 月和9 月熱島強度等級為中等，2017 年7 月和9 月熱島強度等級為中等，2018 年8 月和12月熱島強度等級為中等，2019 年7月和8 月熱島強度為中等，其余月份熱島強度為弱或無，石河子6 年的年平均熱島強度等級均為弱。石河子軟輕風出現頻率占所有風速的87%，年軟輕風風向頻率以西南偏南方向的風居多，石河子四季中春秋季以東北偏東風居多，夏季以西南偏南和西南風居多，冬季西北偏西風居多，石河子白天軟輕風以西北偏西風居多，夜間則西南偏南風為主。