基于气象环境影响效应的城市规划――以青岛市为例

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王天青冯启风毕波基于气象环境影响效应的城市规划——以青岛市为例

提要“城市规划”与“气象”是一对相互影响、相互制约的复杂矛盾因子。通过城市规划的气象环境影响效应研究,发现城市发展与气象变化的客观规律。研究城市规划的应对措施.时提高城市规划的科学性有重要意义。结合青岛市气象局的历史资料分析和数值模拟预测研究成果.重点从城市功能布局、防灾减灾、生态功能区的保护、城市发展建设密度等方面探讨适应气象条件的城市规划对策。

关键词气象环境;局地气候;城市规鬟n

中图分类号TU984

文献标识码A

文章编号1000-3363(2010)02-0064-06

作者简介

王天青.青岛市城市规划设计研究院规划三所所长.高级工程师,

qdghy3s@vip.163.COITI

冯启风。青岛市城市规划设计研完院规划三所工程师.qdghy3s@vip.163.com

毕波。青岛市城市规划设计研究院规划三所工程师.qdghy3s@vip.163.corn基于气象环境影响效应的

城市规划——以青岛市I-J4,J例

一以月向l】∥IJ

王天青冯启凤毕波

AStudyonUrbanPlanningandAtmosphedcEnvironmentallmpact争——-ACaseStudyofQingdao

WANG"l-ianqing.FENGQifeng.BlBo

Abstract:UrbanplanningandAtmosphereeffectandrestrainteachother.Basedonastudyofatmosphericenvironmentimpactsinurbanplanning,thispaperexaminestherelationshipsbetweenatmosphericchangeandurbandevelopment,whichhelpstOstrengthenthescientificcomponentsofurbanplanning.Thispaperproposesur-banplanningsolutionsofatmosphericenvironmentalproblemsbasedonhistoricdataanalysisandnumericalsimulation.Inaddition.discussionis

held劬mtheperspec?fivesoffunctionalzoing,disasterpreventionandmitigation,ecologicalprotectionzonesanddensitiesinurbandevelopment.

Keywords:atmosphericenvironment;localclimate;urbanplanning

1问题提出

“城市规划”与“气象”是一对相互影响、相互制约的复杂矛盾因子。一方面城市的风速、风频、风向以及污染气象条件等气候特征影响着城市规划布局;另一方面城市建筑物引起气体下垫层的变化以及人类的各种活动,对城市气象环境产生影响.从而改变城市局部小气候,加剧城市热岛效应、影响城市污染物的扩散速度和方向.并随着城市规模的扩大和建设密度、高度的增加对气象环境的影响效应逐步加强…。如因规划的不合理导致伴随城市发展的是空气环境质量恶化、城市热岛效应加尉、夏季高温热浪频发等负面效应儡。城市气象环境的恶化必然引起空调使用频率的提高、人类生态足迹的增大,对全球气候变化也会起到推波助澜的作用。

在城市规划中综合考虑气象环境条件,提高趋利避害能力,构筑社会、经济和生态协调发展的城市系统,对实现经济社会的持续健康发展具有重要意义。但是传统的城市规划对气象环境的研究主要是以静态的风玫瑰图和污染系数玫瑰图为依据,其局限性就十分明显四。气象条件和大气环境对城市的影响是一个复杂的系统过程,尤其是城市所在区域的局地气候对城市发展建设的影编更加复杂而动态.传统的规划研究方法已不能满足当前的需要。信息技术的发展又使数字规划技术成为城市规划编制与管理过程中的重要手段和推动力量唧。北京、佛山、青岛等国内部分城市

 

2010年第2期总第187期囊爵市删学留堪

在城市规划中增加了大气环境影响评

估,并将评估结果应用到城市规划方案

调整与决策中.大大提高城市规划编制

的科学性。大量的理论研究和实践探索

使基于气象环境影响效应的城市规划研

究技术和方法日趋成熟。具备了一定的

借鉴价值。

2主要研究思路

加强气象学研究。系统综合分析大

气环境和城市规划关系的主要目的是保

护和提高城市气候的宜居性。基于气象

环境影响效应的城市规划研究的主要目

的是寻找城市空间形态气候合理性实现

的规划途径。为此,主要研究思路是借

助现代计算机和其他信息技术手段。通

过数值模拟,综合评估城市格局对局地

气象环境,包括城市温度场、气流场变化和空气污染物分布等方面的影响。并将模拟结果及时应用到规划方案调整和决策中。研究的路径是城市气候特征分析一城市规划初步设想一气象环境影响效应研究一规划改进。主要技术手段是气象环境变化数值模拟技术。由于不同地区的自然地貌不同、地理区位不同.造成局地气候特征不同。气象条件对城市规划的具体影响程度和内容也各不相同:另外不同层次的城市规划尺度也不相同.具体研究的指标体系和目标体系需要结合城市情况灵活调整。

3规划实践中的应用

为加强青岛市新一轮总体规划(2006—2020年)的科学性,加强城市局地气候宜居性的保护,2008年9月青岛市立项了《胶州湾气象变化和城市规划关系研究》,并以该项科研成果为依据完善城市规划成果内容。由于城市气候特征分析和城市初步规划方案的研究方法、研究内容与传统城市规划基本一致。笔者主要介绍后面两个步骤的研究内容。

图1青岛市土地利用现状图(2006年)

Fig.1ThedrawingofQingdaolanduse¥tattLS(2006)

3.1气象环境影响效应研究

3.1.1大气影响效应研究

青岛市濒临黄海。属于海洋季风性

气候。冬无严寒,夏无酷暑,全年主导

风向为东南风。按照气候特征,历次的

总体规划均将胶州湾地区作为工业区进

行规划(图1)。胶州湾近岸地区一直被

青岛当地人称为“后海”阳。但是,通

过“城市大气环境多尺度数值模拟系

统”进行数值模拟发现环胶州湾地区的

污染气象条件与静态的风玫瑰图和污染

系数玫瑰图所表述的内容并不完全一

致。环湾地区污染气象条件十分突出。

青岛市东依崂山山脉,西依大、小

珠山山脉.北有大泽山山脉.中部断陷

成胶州湾(图2)。按市气象局专家分

析。由于受到山地地形和海陆风的共同

作用.逆温层结在各个季节均可出现

(图3).尤其是近5年来冬季的逆温现

象总体上呈加重趋势。污染扩散条件越

来越不利。1960—1970年代青岛市曾经

发生过较严重的大气污染.经治理后,

大气环境质量目前较好,但是在历史上

曾经有过污染较为严重的时候。由于形

图2膏岛市地形地貌模拟圈

Fig.2ThesimulativedrawingofQingdao

terrainandphysiognomy

成大气污染的物理机制还在,随着工业

项目总量的不断增加,会对环湾地区的

气象承载能力造成很大威胁,城市大气

质量的安全受到较大挑战回。

3.1.2气象灾害影响效应研究

综合分析1984—2007年来的气象灾

情普查资料.影响青岛地区的气象灾害

主要为台风、暴雨洪涝、大风、雷暴、

大雾和冰雹等,它们的频发给青岛地区

带来了严重的社会影响和经济损失。城

市规划对气象灾害的影响效应主要体现

在洪涝灾害上。暴雨在北部的莱西,即

墨和胶南也是暴雨致灾较重的地区,环

湾的大部分地区暴雨致灾的次数相对较

 

王天青冯启凤毕波基于气象环境影响效应的城市规划——以青岛市为例

图3青岛局地气候特征概念模型

Fig.3The

conceptualmodelofQingdaolocalclimatecharacter

资料来源:青岛市气象局.胶州湾气象变化和城市规划关系研究图4青岛地区年平均降水量分布图(单位:注:在环湾地区,越过崂山、大泽山、大珠山的下山气流易引起下沉逆温层结。从而影响nlm)

大气的扩散能力,并且下沉气流本身也不利于污染物向上层扩散;南面沿海的海陆风环流易使Fig.4Graphofaverageannual

得大气污染物在海陆风环流内循环而不易扩散;胶州湾区域及沿海海雾的发生也不利于污染物precipitationofQingcho(umt:mm)

的扩散,并且海雾本身也常常与逆温层结相伴随;崂山西侧以及黄岛以北地面风场容易形成线资料来源:青岛市气象局.胶州湾气象变化性辐合,也不利于污染物的扩散。和城市规划关系研究

表1新区城市建设对环胶州湾气候环境的影响分析

Tab.1The

analysisofimpactsofurbancomtructioninnew

regiononclimateenvironment

roundJiaozhouBay

温度(。C/km2)*风速(m/s/km2)**

模拟个例

夏季冬季夏季冬季

建成区扩张30%.建筑高度增高25%,密度加密20%0.170.20-0.23一O.39建成区扩张30%.建筑高度增高150%.密度加密60%O.330.49-0.79一1.02资料来源:青岛市气象局.胶州湾气象变化和城市规划关系研究

?.”.温度与风速的单位是模拟预测区域的平均值。

表2新区城市建设对胶州湾北岸地区气候环境的影响分析

Tab.2TheanalysisofimpactsofurbanconstructioninnewregiononclimateenvironmentofnorthcoastareaofJiaozhouBay

温度(℃/lcm'风速(m/s/kin2)

模拟个例

夏季冬季夏季冬季

建成区扩张30%。建筑高度增高25%.密度加密20%O.320.35-0.45-0.62

建成区扩张30%,建筑高度增高150%.密度加密60%O.63O.70-1.10一1.20

资料来源:青岛市气象局.胶州湾气象变化和城市规3t,J关系研究

低(图4)。但环湾地区的过程性降水极值多在200ram以上.胶州湾底部的红岛区甚至达到400一500ram。持续性暴雨和局地短时强降水易引发洪涝灾害。胶州湾东西两岸分别是崂山山脉和小珠山山脉的延伸区域,地势高、坡度较大,加上完善的城市排水体系不会发生严重的洪涝灾害。但是胶州湾北部地区地势平坦、高程低(海拔高程多在6m左右,局部地区低于3m.地形坡度在3‰以

下)。不利于雨水排放。而降雨程度较

高的即墨、莱西等地的洪水又沿大沽

河、墨水河汇至胶州湾北岸地区.如遇

到热带气旋(台风)、天文大潮(俗称

“三碰头”)引起胶州湾海平面上升对河

流水系的顶托,极易引起洪涝灾害。胶

州湾北部地区是本次城市规划的重点地

区。必须强化防洪排涝意识,在城市总

体布局方面就应加强城市防洪排涝的研

究12]。

3.1.3城区气温与风速影响效应研究

胶州湾是个湾口小、腹部大的“葫

芦型”海湾(图2),受青岛市现状城

区、凤凰岛、黄岛城区的阻挡,从黄海

吹来的季风对胶州湾北部的影响受到较

大的消弱.在此发展密集城区的热岛效

应显著。气象部门的数理模拟分析结果

显示,将城市建成区扩张30%.建筑物

平均高度增加25%。密度增加20%的条

件下。胶州湾平均升温均达0.17℃以

上,最大升温可达2℃以上。城区风速

也有较大幅度的降低,其中冬季风速减

小0.39m/s,风速减小面积约52%,对

北岸地区的影响效应尤其明显.将加剧

胶州湾地区的大气环境污染(表l一2)。

气象数值模拟显示北部地区气象敏感程

度很高.在胶州湾地区进行大面积的城

市建设必须采取气象适应性措施。否则

将对局地的气候环境带来不利影响,而

且在机动交通、空调、产业能耗总量增

加的多重作用下,不利影响会逐渐加剧日。

3.2规划改进措施研究

改革开放以来,青岛市发展先后经

历了西跨(经济技术开发区)、东拓

 

20104睇2期总第187期童式幸删学列

(高新技术开发区)两次大的空间拓展,

经过近30年的建设两处发展空间已基

本饱和。由于继续向东西方向发展受到

东部崂山风景区、西部小珠山风景区的

限制.依托胶州湾向北发展成为新时期

城市发展的主要方向。因此,新一轮城

市总体规划提出“依托主城,拥湾发

展”的思路。但是从气象环境影响效应

评价看,环湾地区的城市规划建设必须

采取气候合理性规划措施,避免带来严

重的气象灾害。

3.2.1提升环湾地区的产业等级.控制

城市污染源

胶州湾东岸北部地区的四方、李沧

区沿岸地区是青岛的传统工业区,生产经济效益较差.规划编制部门在研究的基础上提出搬迁老企业.对传统工业区进行升级改造的措施。形成以金融、信息、商务商贸、旅游等为主的现代服务业集聚地。

胶州湾西岸的黄岛北部地区是近期规划建设的工业项目.而且处于胶州湾南部,污染扩散能力较强,规划建议可按照原有计划继续发展。但要严格控制企业总体规模和污染治理措施。主要依托港口进行相关产业功能拓展,强化青岛港在环渤海以及东北亚经济圈的枢纽港地位,促进产业集群的集聚与辐射。

胶州湾北岸地区气象环境敏感程度最高,风速较弱,污染扩散能力低,必须严格控制城市发展功能。以面向未来的新型高科技产业为主,是青岛以及半岛都市圈的高端产业聚集区,规划形成国际一流的生态型科技新城。

通过传统工业升级改造、新城区的产业发展凋控,形成产业、城市和生态协调共生的内湾型新城区(图5)㈣。3.2.2创新防洪排涝理念,提升洪涝灾害易发区的防洪安全性

依托现状河流,结合盐田的特点.在北岸地区规划大面积的河流湖泊.形成纵横贯通的河流水系。应用“外挡内蓄、综合调蓄,防洪与生态、景观设施相结合”的防洪理念,大幅提升胶州湾北岸的防洪安全性。北部地区的地势低

图5环胶州湾地区土地利用规划图(方案)

Fig.5Theland—useplanofbearearound

JiaozhouBay

平.如采用传统“强排”方案进行防洪

排涝规划.会存在:①需要设置大管径

的管线和大量雨水提升泵站.投资成本

高:②“强排”方案中的管线和泵站设

置需要按照一定的降雨重现期进行设置

(一般为2年),防洪能力适应性低。城

区防洪安全性不高。规划采用的“外

挡”理念是在墨水河、大沽河等流域较

大的河流上设置防洪堤、拦水闸等设

施.将外来的“客水”挡在规划区外

围。“内蓄”是将内部的水系作为调蓄

设施,调节储存短时降水,同时采取高

潮位时蓄洪、低潮位时开闸泄洪的措

施,满足排涝的需要。为保证规划区的

安全。采取“综合调蓄”等非工程措施

来保证安全,即:根据天气预报.在强

降雨之前,依据潮位的变化提前开闸放

水,排出规划区内水系的蓄水。在降雨

过程中,根据内部水系水面高度与防潮

闸外海水潮位的关系.通过低潮位开闸

放水、高潮位关闸挡潮等措施。调节内

部水系的水面高度。在高潮位与强降雨

同时发生时,利用规划强排泵站强行排

水,降低区内水系水位。通过防潮闸的

适时开关,既可避免高潮时海水倒灌.

又能保证内蓄洪水能及时排出。规划区

内部水系通过水闸与大型河流相连接.

在规划区自然降水不足时.可引水至内

部水系,使水系的水量保持在适当的位

置,保持水系的景观性。同时也可提高

水系的生态调节作用(图6)㈣。

3.2.3划定胶州湾及生态湿地保护蓝

线。保护生态核心的有效空间

青岛市是较理想的避暑度假城市.

其气候宜居性不仅得益于黄海的影响.

胶州湾对气候环境调节功能也不容忽

视。胶州湾的存在使青岛成为三面临海

的半岛城市.城市的南、西两侧均受到

海陆风的影响(东面有崂山阻挡.影响

受到一定程度的消弱).当地专家称胶

州湾为青岛市的“天然空调”,它不仅

有300多km2的水域面积.还有300kin2

的生态湿地(含海洋湿地),根据气象

部门的数值模拟分析.胶州湾地区的城

市气候对胶州湾及生态湿地的保有量也

十分敏感。增加湿地面积之后。环湾地

区夏季白天的气温降低。风速增加;减

小湿地后气温升高、风速下降。按照减

少20%的湿地面积计算。最大升温幅度

可达2.00C。风速减小0.8m/s。可见,有

效保护胶州湾及其湿地的面积。是发挥

胶州湾的气候环境调节功能的重要措

施。为保护胶州湾的生态调节服务功

能,青岛市市政府正在着手研究划定胶

州湾水域、湿地的保护蓝线,从法制层

面实施胶州湾的生态保护【2IM。

3.2.4规划建设生态廊道,实现城市建

成区与海湾生态区的空间连通

胶州湾作为青岛市“拥湾发展”的

生态核心.但大量的城市建设割裂了城

区内部与生态核心气候调节的作用,引

起城内发生“热岛效应”。为加强城市与

生态核心的生态连接。最大限度地发挥

生态核心作用的最佳方法是采用生态隔

离廊道。已有的研究表明,生态隔离廊

道对于调节城市气候有巨大的功效,同

时,植被的自净能力,对于改善城市的

大气环境质量有重要的作用。为减少胶

州湾北部地区城市发展对局地气候的负

面影响.规划依托河流水系、农田、山

体、道路等规划建设城市生态间隔区,

将胶州湾与城市内部空间连接在一起

67

 

王天青冯启凤毕波基于气象环境影响效应的城市规划——以青岛市为例

图6胶州湾北岸新城区水系规划囤(方案)

Fig.6Thewatersystemplanofthenewcityatnorthcoastarea

ofJiaozhouthy(proiecO

(图7)。据气象专业部门的数值模拟分析生态隔离廊道的设置将导致夏季气温的大幅度降低,在白天,明显降温地区主要集中在生态隔离廊道的周边.降温区的分布和生态廊道隔离区的位置非常相近。并且降温幅度多在1.O。C以内;而夜间.整个环湾地区的地面气温降低的范围以及降温幅度最大可达2.0。C。这说明。在城市规划中采用生态隔离廊道建设.将有效地缓解城市化进程带来的热岛效应。在夏季对于缓解高温闷热带来的不适感,将起到重要作用12Iq6]。3.2.5增加绿地面积,控制新规划城区的建设密度

青岛市气象专家分别设置与青岛市规划建成区面积相当的,集中的带状、十字状、块状和分散的组团状4种布局方式.进行数值模拟分析得到的不同城市总体布局的夏季城市热岛强度(中心城区与郊区的气温差值)。从城市热岛强度来看.组团状方案能够有效地减少城市热岛的影响范嗣,在该种方案布局

下.夏季14:00时达到2.0℃的强热岛范

围仅为5.9%。比集中状减少36.3%,说

明组团状城市布局方式对于调节夏季高

温、改善城市气候有着非常明显的作

用。从大气污染物扩散能力对比结果来

看.组团状方案的大气扩散输送能力最

强。块状集中方案最弱。带状与十字状

相差不大。在相同初始浓度的状况下。

夏季组团状方案比块状集中方案的扩散

能力增强15%:冬季组团状方案比块状

集中方案的扩散能力增强ll%。

气象专家还在城市绿地比例、布局

方式(集中式和分散式)两方面.采用

数值模拟的方法对城市气候的调节作用

及对大气环境质量的影响进行了研究。

结果表明:随着绿地面积的增加。对气

温的调节作用也加大;分散式绿地布局

比集中式的影响范围更广,程度更深。

分散型绿地比例从8%增加到印%.其

影响范围从9%增加到100%.并使平均

图7胶州湾沿岸生态廊道规划图

Fig.7

The

ecological

corridorplanof

JiaozhouBaycoastwise

温度降低达1.650C(表3)。绿地面积的

增加。不仅对于缓解夏季高温和热岛效

应有较大帮助.并且也有助于增加城市

的通透性(绿地增加。建筑物的密度降

低)和提高城市的大气扩散能力。数值

模拟的结果表明.当绿地比例从8%提

高到60%,大气扩散能力增强约ll%回。

为将环湾地区的城市发展建设对局

地气候的影响降至最低.在北部地区的

规划布局中严格控制城市建设用地规模

和布局模式。根据气象模拟结论。北部

新城区规划建设用地的占地规模应控制

在总用地的40%以下。并依托河流水系

和城市绿地将建设用地分隔成若干功能

组团,形成城市功能区嵌在绿化生态体

系中的发展格局(图8)[51。

4结语

人类生活与自然环境相互影响.相

互制约.并正在逐渐变化,在城市建设

的同时保护和利用好环境.关系到人类

未来的发展,努力寻找一种双赢的措施

是城市规划行业的重要责任。在城市规

划建设中重视对气象问题和生态环境问

题的综合研究,利用气象学科的技术手

段更好地进行城市规划编制、决策、建

设与管理是促进城市科学发展的重要课

题。通过本次研究可以看到:在城市规

划中采取气候适应的规划设计方法可有

效避免或减小城市发展对局地气候的影

响:在严格的耕地保护和城市集约发展

的要求下,城市规划,尤其是城市总体

 

20lo年第2期总第187期毒瓯辛焉霹制学乱图8胶州湾北岸城市新城区概念规划

Fig.8Theconceptualplanofthe

nm

cityatnorthcoastarea

ofJiaozhouBay

注:规划总用地107.25km2,建设用地75.45kin2,其中城市公共绿地21km2,水域及生态用地45km2,城市公共绿地和生态用地合计达到66kinz,占规划总用地的61.4%。

裹3各种城市绿地方案对周围区域温度的影响(夏季昼间)

Tab.3Theimpactsofgreenbdtprojectsonthetemperatureofsu”oundingareas(summerday-mne)

绿地比例方案一(8%)方案二(16%)方案三(32%)方案四(48%)方案五(60%)布局方案分散集中分散集中分散集中分散集中分散集中影响范围9%8%36%24%52%40%88%62%100%80%

影响量值(oc)0.500.470.6l0.520.84O.621.330.781.651.60

资料来源:青岛市气象局.胶州湾气象变化和城市规划关系研究

规划要积极创新规划理念:集约并不一定意味着单纯的集中和高密度,分散中的集中.多组团紧凑型的城市形态是值得倡导的布局模式:城市中的生态空间可以是林地、湿地或水系.也可以是经济林地,甚至是耕地;在城市中包含一定规模的耕地可能会成为城市规划建设的一种思路。当然本次研究是建立在数值模拟的基础上的。能否有效解决城市发展中的局地气候问题还有待实践去检验,还需要建立长期的跟踪监测机制.时时关注气象变化。随时修正城市规划

建设的策略。

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收稿:2010-02

修回:2010-03

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本文来源:https://www.bwwdw.com/article/cpoq.html

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