基于氣候適應(yīng)性的城市屋頂綠化系統(tǒng)規(guī)劃研究以成都為例

董靚 黃瑞

1 引言

我國(guó)的城市化進(jìn)程正步入了高速發(fā)展期。工業(yè)化和城市化在豐富人們的物質(zhì)享受和帶來(lái)便捷生活的同時(shí)，也對(duì)城市生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生巨大的影響。世界上污染最嚴(yán)重的10個(gè)城市之中，有7個(gè)位于中國(guó)。中國(guó)500個(gè)大型城市中，只有不到1%達(dá)到世界衛(wèi)生組織空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[1]。建筑與路面吸收大量熱量、人口集中及高消耗帶來(lái)的熱量累加等使得城市內(nèi)部的溫度高出郊區(qū)形成城市“熱島”，從而更加惡化城市環(huán)境[2]。

根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件來(lái)進(jìn)行城市規(guī)劃，是解決城市環(huán)境問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。德國(guó)斯圖加特市（Stuttgart）的實(shí)踐也證明了這一點(diǎn)[2]。斯圖加特市的周?chē)磺鹆臧鼑?，由于風(fēng)力很弱，且常常產(chǎn)生逆溫層，因此隨著城市的不斷發(fā)展，大氣污染成為非常嚴(yán)重的問(wèn)題。規(guī)劃時(shí)首先對(duì)城市氣候進(jìn)行分析, 并據(jù)此對(duì)城市做出規(guī)劃。規(guī)劃人員為城市開(kāi)辟了“風(fēng)道”。模擬冷氣的流動(dòng)通道并消除通道上的障礙物，使冷氣通過(guò)“風(fēng)道”能夠無(wú)障礙地流入城市。夜間從城市周?chē)男泵婧蛵{谷吹來(lái)的冷氣流山風(fēng)，給城市帶來(lái)了新鮮的空氣，同時(shí)也減輕了大氣污染。

現(xiàn)代城市自然景觀高度破碎化，其生態(tài)服務(wù)功能?chē)?yán)重缺失。作為生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的綠地系統(tǒng)成為維護(hù)完整連續(xù)生態(tài)格局的關(guān)鍵，是改善城市生態(tài)環(huán)境的重要途徑。然而，城市，特別是中心區(qū)域土地稀缺始終是妨礙綠地系統(tǒng)發(fā)展的主要因素，這里的綠地率往往低于城市整體平均水平。屋頂綠化免去了高額的拆遷費(fèi)用，能經(jīng)濟(jì)快捷地增加城市三維綠量，從而倍受許多國(guó)家和地區(qū)關(guān)注。國(guó)內(nèi)外各種類(lèi)型、規(guī)模的屋頂綠化應(yīng)運(yùn)而生，相關(guān)的科學(xué)研究也隨之展開(kāi)[3-5]。生態(tài)系統(tǒng)的效益遠(yuǎn)大于個(gè)體。屋頂綠化正經(jīng)歷著從創(chuàng)造優(yōu)美景致、單體建筑節(jié)能到解決城市生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的漫長(zhǎng)歷程。其格局也從零星分布向成片成系統(tǒng)的空中綠地演變。屋頂綠化將成為城市綠地系統(tǒng)的有益補(bǔ)充，同其一道在解決空氣污染、熱島效應(yīng)等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題發(fā)揮著舉足輕重的作用。

氣候適應(yīng)性規(guī)劃強(qiáng)調(diào)城市規(guī)劃包括綠地系統(tǒng)的規(guī)劃應(yīng)以本地地域氣候特征為基本出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)。本文以成都為例，從改善城市環(huán)境的角度，探討城市尺度的屋頂綠化系統(tǒng)的氣候適應(yīng)性規(guī)劃問(wèn)題。

2 成都現(xiàn)行綠地系統(tǒng)規(guī)劃的氣候適應(yīng)性分析

成都市現(xiàn)行的《綠地系統(tǒng)規(guī)劃（2003-2020年）》通過(guò)3S技術(shù)、景觀格局分析、生態(tài)效益核算等方法，針對(duì)當(dāng)?shù)貧夂驐l件分別從熱島效應(yīng)緩解、綠地面積及分布、通風(fēng)策略等方面提出了相應(yīng)的規(guī)劃對(duì)策[6]。

城市熱島分析從遙感數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀解譯入手分析了城市熱環(huán)境的分布格局。結(jié)果顯示[7]以城市中心——天府廣場(chǎng)東南為西界, 向東向南至三環(huán)路, 是熱量分布的主要區(qū)域。線(xiàn)狀分布依托于城市交通干線(xiàn)。綠地規(guī)劃措施針對(duì)性地增加了熱島效應(yīng)明顯區(qū)域綠地面積，并利用水系及濕地保護(hù)建設(shè)發(fā)揮河流對(duì)熱島的阻隔作用。

景觀格局分析顯示，中心城區(qū)綠地景觀結(jié)構(gòu)存在的主要問(wèn)題有：綠地斑塊分布與布局極不平衡；綠地景觀多樣性較低；綠地斑塊破碎度大等。規(guī)劃方案提出了若干條解決措施，如增加綠地面積、加強(qiáng)綠地斑塊聯(lián)結(jié)、增加各類(lèi)綠地斑塊的自然性和復(fù)雜性等，并提出了各類(lèi)綠地面積的數(shù)量化指標(biāo)。

綠地系統(tǒng)規(guī)劃對(duì)于城市通風(fēng)的考慮也是一大亮點(diǎn)。成都這樣的靜風(fēng)城市，通風(fēng)策略尤為重要。如前所述，它不但能有效緩解熱島效應(yīng)，同時(shí)也是消除城市空氣污染的重要措施。在北、東北兩主導(dǎo)風(fēng)向上方即新都-青白江組團(tuán)和郫縣組團(tuán)之間、新都-青白江組團(tuán)和龍泉驛組團(tuán)之間設(shè)置人口密度上限，利用綠地等開(kāi)敞空間建設(shè)氣流通道，形成城市綠系軸心地帶。

盡管如此，仍然有一些棘手的問(wèn)題需要解決。如由于城市人均建設(shè)用地?cái)?shù)值偏低，導(dǎo)致用地緊張限制綠地發(fā)展；綠地布局還不盡合理，特別是二環(huán)路以?xún)?nèi)的城市核心區(qū)，由于土地資源緊張導(dǎo)致綠地比例偏低；城市氣流通道沒(méi)有延續(xù)進(jìn)入二環(huán)路內(nèi)的城市核心區(qū)等。

3 成都市屋頂綠化系統(tǒng)氣候適應(yīng)性規(guī)劃

國(guó)家氣象中心數(shù)據(jù)顯示，成都市全年晴天少、陰天多，年平均日照時(shí)數(shù)為1 003 小時(shí)。年平均降水總量850.9 mm，且主要集中在6-9月，其降水量占全年的76%。月平均相對(duì)濕度全年平均值為81%。成都市熱量豐富，四季分明，無(wú)霜期長(zhǎng)達(dá)350天左右。年平均溫度16.3 ℃，最熱月極端最高溫度37.3 ℃，最冷月極端最低溫度-3.6 ℃。年平均靜風(fēng)率高，年平均風(fēng)速為1.2 m/s。

圖01 成都市二環(huán)路內(nèi)屋頂綠化熱環(huán)境圖

3.1 研究范圍及現(xiàn)狀

從上節(jié)分析得知，成都市綠地系統(tǒng)突出的問(wèn)題主要集中在二環(huán)路以?xún)?nèi)的城市核心區(qū)。這里城市建設(shè)歷史悠久，土地資源稀缺，拓展綠地實(shí)屬不易。屋頂是擴(kuò)展綠化的重要空間。成都地區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，四季分明，夏無(wú)酷暑，冬無(wú)嚴(yán)寒。晴天少、熱量充足、雨量充沛、靜風(fēng)率高。氣候適宜屋頂綠化。

本研究范圍為成都市二環(huán)路內(nèi)全部屋頂。現(xiàn)狀調(diào)研采用在線(xiàn)電子地圖的遙感影像作為基礎(chǔ)底圖，在此之上運(yùn)用地理信息技術(shù)對(duì)影像中的單體建筑屋頂逐一描圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)屋頂及其綠化數(shù)據(jù)的數(shù)字化和分析。同時(shí)結(jié)合實(shí)地調(diào)研，完善數(shù)據(jù)成果。氣候因子分析是在國(guó)家氣象中心提供的成都市1981-2010年地面及高空氣象數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)、文獻(xiàn)分析和定量計(jì)算等方法，對(duì)屋頂光照、風(fēng)、水分、溫度環(huán)境進(jìn)行數(shù)量化研究。在此基礎(chǔ)上結(jié)合熱島分布狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)成都市中心區(qū)屋頂綠化系統(tǒng)氣候適應(yīng)性的規(guī)劃。

數(shù)字化之前，已通過(guò)人工判讀去除了能清晰判別的具有玻璃及金屬等材料屋頂、采光屋頂，以及大型體育、觀演、展覽（功能、形態(tài)、裝飾等需保持完整性）等明顯不適宜做屋頂綠化的建筑?，F(xiàn)狀研究結(jié)果表明，成都市二環(huán)路內(nèi)建筑約1.6萬(wàn)余座，屋頂總面積1 059.1hm2，占整個(gè)二環(huán)路內(nèi)區(qū)域總面積的17.6%。屋頂綠化面積達(dá)142.2hm2，占總建筑屋頂面積的13.4%，且綠化方式以密集型為主。未綠化的屋頂面積仍高達(dá)916.9 hm2?？臻g分布來(lái)看，綠化率最高的區(qū)域集中在一、二環(huán)路之間的西南和西北兩處；整個(gè)城西半側(cè)多于城東半側(cè)；一、二環(huán)路之間的建筑屋頂綠化面積及綠化率均明顯高于一環(huán)路以?xún)?nèi)的。7層及以下居住建筑是目前屋頂綠化的主力軍，綠化率為17.1%，商業(yè)建筑及公共建筑屋頂綠化率都不到5%。

3.2 基于熱環(huán)境和風(fēng)環(huán)境改善的屋頂綠化規(guī)劃

由于城市熱島和逆溫現(xiàn)象并存，成都市二環(huán)路內(nèi)溫度垂直變化復(fù)雜。高空氣象數(shù)據(jù)顯示，屋頂界面以下溫度與地面相比變化不大。近地面溫度高于470 m高空溫度，差值在0.15 ℃到0.75 ℃之間。而在水平方向熱量分布差異大，熱島效應(yīng)明顯。資料顯示[8]，2005-2010年，成都市多數(shù)地方的熱島強(qiáng)度在1.5-3.5 ℃。一環(huán)內(nèi)、一環(huán)與二環(huán)之間平均熱島強(qiáng)度分別為1.8 ℃和1.9 ℃，且呈明顯的季節(jié)變化。6月開(kāi)始增強(qiáng)，7月最強(qiáng)，從8月開(kāi)始逐漸減弱。6、7、8三個(gè)月二環(huán)路內(nèi)平均熱島強(qiáng)度為4.1 ℃。

按照熱島亮度圖[7]，將成都市二環(huán)路內(nèi)屋頂區(qū)域分為A、B兩部分（圖01）。A為強(qiáng)熱島效應(yīng)區(qū)，B為弱熱島效應(yīng)區(qū)。2006年數(shù)據(jù)顯示，A區(qū)域3月份熱島強(qiáng)度約為2以上，7月份約為4.5以上；B區(qū)域這兩者的數(shù)值分別在2及4.5以下。從熱環(huán)境規(guī)劃而言，區(qū)域A是屋頂綠化的優(yōu)先建設(shè)區(qū)。它的綠化建設(shè)對(duì)二環(huán)路內(nèi)熱島效應(yīng)的緩解至關(guān)重要。

通過(guò)植被的蒸騰散熱及對(duì)太陽(yáng)輻射熱的遮擋，綠化后的屋頂成為新的低溫區(qū)。由于太陽(yáng)輻射近地面加熱及汽車(chē)等人工熱源的存在，道路這個(gè)線(xiàn)狀污染源與綠化后的屋頂會(huì)形成溫度差。如果屋頂綠化面積大、綠量高，則會(huì)形成林源風(fēng)。即使無(wú)法滿(mǎn)足成風(fēng)條件，溫差也會(huì)引起局部空氣湍流，促使污染物擴(kuò)散稀釋。

國(guó)家氣象中心數(shù)據(jù)顯示，成都地區(qū)年平均靜風(fēng)率高，年平均風(fēng)速為1.2 m/s。非靜風(fēng)風(fēng)向除6-8月以N為主外，其余月均以NNE為主，且平均風(fēng)頻分別為8%和11.6%。水平方向上，風(fēng)吹過(guò)城市，由于下墊面參差不齊的龐大建筑物群的摩擦阻力，導(dǎo)致風(fēng)速減小。垂直方向，風(fēng)速隨高度呈指數(shù)律增加。在風(fēng)道范圍內(nèi)，熱島引起的局部熱湍流會(huì)抬升及削減風(fēng)速，而較低的溫度能保證風(fēng)順利吹過(guò)城市。將北、東北兩主導(dǎo)風(fēng)向上方的新都-青白江組團(tuán)和郫縣組團(tuán)之間、新都-青白江組團(tuán)和龍泉驛組團(tuán)之間的兩片進(jìn)風(fēng)綠地沿風(fēng)向穿過(guò)城市，與下風(fēng)方向的排氣綠地相連，此軌跡即為風(fēng)道（圖02）。二環(huán)路風(fēng)道范圍內(nèi)的屋頂則需要通過(guò)綠化降溫，以保證風(fēng)順利通行。不僅如此，綠化將原本裸露的建筑屋頂覆蓋，進(jìn)而降低了風(fēng)將已沉降的塵土等污染物重新帶入空氣的機(jī)會(huì)。另外，風(fēng)還與屋頂綠化協(xié)同工作，將被植被凈化后的新鮮空氣及其中的氧氣與周?chē)跋嘛L(fēng)方向空氣混合，擴(kuò)大了屋頂綠化的生態(tài)效應(yīng)范圍。

綜合考慮風(fēng)、熱環(huán)境（圖03），綠色區(qū)域即為成都市屋頂綠化的核心建設(shè)區(qū)域。此區(qū)域約占二環(huán)路內(nèi)屋頂總面積的89%。這一區(qū)域?qū)Τ啥际卸h(huán)路內(nèi)熱島的緩解和主導(dǎo)風(fēng)道的通暢起著重要的作用。

圖02 成都市二環(huán)路內(nèi)屋頂綠化風(fēng)環(huán)境圖

除了對(duì)熱環(huán)境和風(fēng)環(huán)境的考慮外，屋頂綠化可觀的綠量也是影響規(guī)劃的重要因素。雖然屋頂單體面積有限，但龐大的數(shù)量使得它的總體面積可觀。成都市二環(huán)路內(nèi)綠地面積為535.44hm2，綠地率僅為8.9%。本研究規(guī)劃屋頂綠化核心區(qū)的面積約940hm2，基本是地面綠地面積的1.8倍。其中，符合《成都市屋頂綠化及垂直綠化技術(shù)導(dǎo)則（試行）》要求的12層或40 m以下屋頂面積約846hm2，約為地面綠地面積的1.6倍。按照前述的《成都市城區(qū)建設(shè)項(xiàng)目配套綠地面積計(jì)算技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》計(jì)算（假設(shè)為綠化面積達(dá)到60%），可折合成169hm2綠地。這樣成都市二環(huán)路內(nèi)綠地率可達(dá)到11.7%。其余11%的非核心區(qū)屋頂仍需鼓勵(lì)綠化。

4 關(guān)于城市屋頂綠化系統(tǒng)規(guī)劃的氣候適應(yīng)性規(guī)劃的討論

通過(guò)上面的分析，基于氣候適應(yīng)性的城市屋頂綠化系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)需要注意：

（1）為消除空氣污染，綠化布局應(yīng)有利于城市通風(fēng)。由于城市綠化面積所占比例不高，植物對(duì)污染物的干降解能力非常有限，清除城市空氣污染物最有力的手段是通風(fēng)[10]。這一點(diǎn)對(duì)微風(fēng)及靜風(fēng)城市尤為重要。成片綠地與鄰近的建成區(qū)之間因兩處的升、降溫速度不一,可以導(dǎo)致出現(xiàn)速度達(dá)1m/s的局地風(fēng)[11]。除利用城市熱島和周?chē)笃G地共同作用制造城市環(huán)流外，在城市風(fēng)道上的屋頂應(yīng)盡可能進(jìn)行綠化，從而減少局部屋頂高溫對(duì)風(fēng)的削減作用，使得氣流能通暢得經(jīng)過(guò)城市。此外，屋頂綠化造成的局部林源風(fēng)也成為擴(kuò)散稀釋降解空氣污染的新生力量。

（2）利用屋頂綠化分散污染高濃度區(qū)域。根據(jù)空氣污染物的低空輻湊原理，城市混凝土下墊面組團(tuán)面積越大，空氣污染越嚴(yán)重。利用屋頂綠化打破城市中心區(qū)域建筑等人工構(gòu)筑物成片連續(xù)分布的格局。通過(guò)屋頂綠化過(guò)濾凈化及擴(kuò)散稀釋降解空氣污染物。這樣可以將原本集中的一個(gè)高濃度污染區(qū)分散成若干個(gè)，濃度得以稀釋?zhuān)兄诜稚⒅卫怼?/p>

（3）增加屋頂綠化面積。國(guó)外許多學(xué)者認(rèn)為，合理的綠化覆蓋率是市區(qū)面積的50%[12]。在寸土寸金的城市特別是中心區(qū)域，屋頂綠化無(wú)疑為我們向目標(biāo)靠近提供了新途徑。從理論上講，現(xiàn)有的技術(shù)及進(jìn)一步的政策支持能夠?qū)崿F(xiàn)城市屋頂?shù)娜婢G化。借鑒德國(guó)經(jīng)驗(yàn)[13]，增加屋頂綠化面積可以從建設(shè)開(kāi)敞型屋頂綠化入手。

（4）提升屋頂綠化質(zhì)量。主要有兩方面：一是指植物的生存質(zhì)量，需要從各個(gè)城市特有的氣候環(huán)境出發(fā)，根據(jù)植物的生存條件將屋頂分類(lèi)后，制定選擇綠化植物的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)而針對(duì)性的推薦適宜植物種類(lèi)；一是指屋頂綠化景觀格局。包括從氣候適宜角度優(yōu)先鼓勵(lì)和建設(shè)核心區(qū)；從生態(tài)學(xué)及景觀生態(tài)學(xué)出發(fā)，優(yōu)化屋頂綠化景觀格局，如不同格局對(duì)污染物擴(kuò)散及稀釋過(guò)程的影響等。提升質(zhì)量是下一步研究的主要內(nèi)容。

5 結(jié)語(yǔ)

氣候適應(yīng)性規(guī)劃強(qiáng)調(diào)城市規(guī)劃包括綠地系統(tǒng)的規(guī)劃應(yīng)以本地地域氣候特征為基本出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)?；跉夂蜻m應(yīng)性的城市屋頂綠化系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)需要注意：為消除空氣污染，布局應(yīng)有利于城市通風(fēng)；合理布局，利用熱島環(huán)流造風(fēng)；利用屋頂綠化分散污染高濃度區(qū)域。屋頂綠化應(yīng)作為城市綠地系統(tǒng)的一部分，從整個(gè)城市生態(tài)系統(tǒng)的角度入手研究和規(guī)劃。我們從氣候適應(yīng)性角度出發(fā)，對(duì)成都市二環(huán)路內(nèi)城市屋頂綠化進(jìn)行規(guī)劃研究，是這一方面的有益嘗試，意在拋磚引玉。

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