城市霧—霾、高溫與通風(fēng)道研究

盧山

摘要：近10年，我國(guó)霧-霾、高溫的日數(shù)和強(qiáng)度明顯增加，并頻現(xiàn)大中城市，已嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境與市民身心健康。通過(guò)對(duì)濟(jì)南、信陽(yáng)兩市城區(qū)不同地段的風(fēng)速、能見度及氣溫等資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析其分布規(guī)律。信陽(yáng)市新區(qū)的“兩縱一橫”寬直街道很好的承擔(dān)了城市通風(fēng)道功能；而濟(jì)南市尚沒(méi)有構(gòu)建城市通風(fēng)道措施。城市通風(fēng)道的構(gòu)建應(yīng)依據(jù)城市盛行風(fēng)設(shè)置街道走向，當(dāng)作城市通風(fēng)道的街道宜筆直貫穿城區(qū)，較大城市，還應(yīng)設(shè)置多條平行的通風(fēng)道。當(dāng)城市盛行風(fēng)向不明顯時(shí)，宜設(shè)置多條相互垂直的通風(fēng)道，同時(shí)應(yīng)當(dāng)與山谷風(fēng)、海陸風(fēng)等自然環(huán)流風(fēng)向相近。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)道；風(fēng)速；能見度；高溫；霧霾

1城市通風(fēng)道對(duì)城市風(fēng)速的影響分析

1.1濟(jì)南地面風(fēng)特點(diǎn)

筆者從濟(jì)南市氣象站64年資料數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，隨著城市化發(fā)展，濟(jì)南市區(qū)地面風(fēng)速呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)。與21世紀(jì)初相比，1.5米，秒以下的靜小風(fēng)發(fā)生概率由16%至20%提升到接近30%。而根據(jù)2011年—2014年間龜山站和城區(qū)站得到的資料，在10-3月霧-霾高發(fā)的月份，平均風(fēng)速呈現(xiàn)非常明顯的逐年遞減的趨勢(shì)，而且越靠近中心城區(qū)，平均風(fēng)速逐年遞減的趨勢(shì)越顯著。近年來(lái)，近地層風(fēng)速變小的趨勢(shì)還在持續(xù)。

濟(jì)南站在十六里河龜山頂上，海拔高度為170米，我們以濟(jì)南龜山站為實(shí)際大氣環(huán)境風(fēng)，來(lái)分析濟(jì)南市城區(qū)風(fēng)分布規(guī)律。而城區(qū)大部海拔高度在30-50米，所測(cè)風(fēng)向多受周圍街道影響，沒(méi)有可比性，僅比較分析風(fēng)速大小特點(diǎn)。由于我們分析下墊面對(duì)風(fēng)速影響，就忽略海拔高度對(duì)風(fēng)速的影響。

泉城廣場(chǎng)站周圍有東西向長(zhǎng)約2km，南北寬約200m的狹長(zhǎng)地帶為廣場(chǎng)公園綠地或高度小于20m的多層建筑。

市政府站位于市政府院內(nèi)，周圍為建筑包圍，門前道路狹窄只有30m左右，東邊站前路和緯二路也不足45m，道旁樹木高大，且街道彎曲。

從圖1可以看出，龜山站靜風(fēng)較少，城區(qū)站≥4.1m/s基本一致，百花公園和泉城廣場(chǎng)兩站僅靜風(fēng)差11%，其它差別不大，也反映出泉城廣場(chǎng)稍開闊，對(duì)靜穩(wěn)風(fēng)抑制小。市政府站風(fēng)速受周圍環(huán)境建筑物和高大樹木阻擋，>4m/s風(fēng)速出現(xiàn)極少，且≤1.0m/s和靜穩(wěn)風(fēng)占比達(dá)86%，說(shuō)明周圍街道對(duì)地面風(fēng)阻擋最嚴(yán)重。

1.2信陽(yáng)地面風(fēng)特點(diǎn)

信陽(yáng)市新區(qū)第七大街東西筆直長(zhǎng)17km，路面寬度80m，加上建筑退讓達(dá)到180-200m，是名副其實(shí)的城市通風(fēng)道，第七大街中段北側(cè)有一個(gè)0.6*0.6km2百花園；南北向有第六大街和第二十四大街筆直長(zhǎng)均超過(guò)6km。信陽(yáng)市老城區(qū)東風(fēng)路口為主干道近南北向的民權(quán)路（最寬處僅38m）和東西向的東方紅大道（最寬處為45m）交叉口，兩條主街道彎曲，是老城區(qū)中心，街道兩邊高樓林立。測(cè)點(diǎn)位于西南角小廣場(chǎng)內(nèi)，廣場(chǎng)80m*50m，四周被10-20米高的樹和建筑包圍。

我們借用兩臺(tái)手持三杯輕便測(cè)風(fēng)表分別在百花園和東風(fēng)路口進(jìn)行對(duì)比觀測(cè)，并將譚山包站風(fēng)經(jīng)訂正后，得到表1數(shù)據(jù)。由于新、舊城區(qū)人工對(duì)比測(cè)風(fēng)有效數(shù)據(jù)僅有565組，我們將其分為五個(gè)區(qū)段。

從表1可以看出，信陽(yáng)老城區(qū)東風(fēng)路口3.0米，秒以下的靜小風(fēng)發(fā)生概率為74.1%，比譚山包站和百花園分別高28.6和21.5個(gè)百分點(diǎn)。主要原因除因城市發(fā)展、高樓林立，下墊面的粗糙度增加外，更為主要的是街道狹窄彎曲，無(wú)長(zhǎng)、直、寬街道貫穿市區(qū)，不利于城市風(fēng)的形成，阻礙郊區(qū)風(fēng)的進(jìn)入和高層風(fēng)向地面?zhèn)鲗?dǎo)。

2城市通風(fēng)道對(duì)城區(qū)能見度的影響分析

2.1濟(jì)南霧霾特征

由于濟(jì)南市南依泰山，在春季溫度回暖時(shí)，偏小的西南風(fēng)受泰山的阻擋抬升作用，將懸浮顆粒物吹落到泰山腳下堆積，容易形成霾；而在秋、冬季的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，受泰山的阻擋抬升作用，弱冷空氣來(lái)臨時(shí)，濟(jì)南風(fēng)速較小，逆溫層不易被破壞，霾的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。

從圖2中可以看出霧霾總?cè)諗?shù)與城區(qū)范圍呈正相關(guān)。而霾的日數(shù)分布更明顯，依次為濟(jì)南、章丘、長(zhǎng)清、濟(jì)陽(yáng)、平陰和商河。輕霧（霧）日數(shù)還與水汽相關(guān)，黃河邊水汽充沛濕度大，輕霧（霧）日數(shù)就多（如商河、濟(jì)陽(yáng)）。

以濟(jì)南市區(qū)二測(cè)站（龜山、燕山立交）2013年10月-2015年3月間的10-3月的能見度監(jiān)測(cè)儀每分鐘自動(dòng)測(cè)試記錄（45萬(wàn)—47萬(wàn)有效數(shù)據(jù)），統(tǒng)計(jì)分析濟(jì)南市區(qū)能見度分布特征。

從表2可以看出，≤5.0km能見度兩站基本無(wú)差別，高濃度霧霾多為天氣環(huán)流影響所致，兩站基本相同，而5-8.5km燕山立交是龜山站的2.5倍，且≤8.5km時(shí)段占71.2%。說(shuō)明濟(jì)南市區(qū)10-3月多達(dá)70%以上被霧霾籠罩，也說(shuō)明其中至少有2/3為城市影響所致。還可以從測(cè)站周圍道路分布可以看出，燕山立交位于市區(qū)中心，東西向有經(jīng)十路與南北向二環(huán)東路交匯，車流量大，同時(shí)道路兩邊高樓林立，且縱橫街道都彎曲，東、南方向被山體阻擋，氣流不易順暢穿過(guò)，造成燕山立交周圍的灰霾不易擴(kuò)散。說(shuō)明市區(qū)“濁島”效應(yīng)非常明顯。

2.2信陽(yáng)市霧霾特征

在信陽(yáng)市新、老城區(qū)我們僅以霧霾時(shí)段36對(duì)人工觀測(cè)資料結(jié)合譚山包站自動(dòng)觀測(cè)資料分析，由于人工觀測(cè)精度低，數(shù)據(jù)僅分三段分析。

表3反映，老城區(qū)能見度沒(méi)有>10.0km的，5-10.0km明顯多于新區(qū)和觀測(cè)站，新區(qū)與觀測(cè)站相差不大。且老城區(qū)霧霾形成快、消散慢、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、濃度高，與濟(jì)南類似。同時(shí)還有一個(gè)特點(diǎn)，有通風(fēng)道區(qū)域的霧霾消散提前時(shí)段比形成落后時(shí)段明顯。

3城市通風(fēng)道對(duì)城市熱島效應(yīng)的影響分析

僅以濟(jì)南市2013、2014年7、8月份日最高氣溫分布說(shuō)明城市熱島效應(yīng)，由于百花公園站記錄缺測(cè)較多，沒(méi)有統(tǒng)計(jì)意義，故僅以泉城廣場(chǎng)和市政府站記錄分析，并以信陽(yáng)新舊城區(qū)輕便通風(fēng)溫度表觀測(cè)32天317組氣溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)一步佐證。

從表5信陽(yáng)新、舊城區(qū)氣溫與觀測(cè)站平均差值表可以看出：舊城區(qū)比新區(qū)要高2℃以上，個(gè)別最大達(dá)到4.2℃，新區(qū)與觀測(cè)站差值在0.3℃左右，比較穩(wěn)定。

我們以濟(jì)南2013年8月11日8時(shí)—12日7時(shí)氣溫紀(jì)錄，進(jìn)一步分析24小時(shí)溫度演變分布情況，如圖3。

全天記錄有輕霧，能見度為6.9—8.5km。13時(shí)至次日5時(shí)升溫明顯，特別是在15時(shí)至3時(shí)差值較大，最大的市政府站達(dá)到5.8℃，“熱島”效應(yīng)特別明顯。5-10時(shí)差值較小；從溫度值看，37℃以上差值更大。23時(shí)15分龜山測(cè)站記錄開始降雨，各測(cè)站于12日23時(shí)3分前后相繼轉(zhuǎn)偏北風(fēng)，龜山站風(fēng)速達(dá)11.9m/s，氣溫下降，城區(qū)內(nèi)測(cè)站降溫緩慢。

我們又分析了濟(jì)南城區(qū)三站高溫日數(shù)、平均最高氣溫和極端最高氣溫分布特征，均呈逐年遞增趨勢(shì)，且它們相互間存在顯著的正相關(guān)。從另—個(gè)方面佐證，通風(fēng)道對(duì)城市熱島效應(yīng)的影響。

結(jié)語(yǔ)：通過(guò)分析霧霾天氣條件下濟(jì)南和信陽(yáng)兩市低能見度的分布和演變特征，并結(jié)合觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步研究城市通風(fēng)道影響城區(qū)風(fēng)速、能見度、高溫的原因，驗(yàn)證了緩解城市“熱（濁）島”的通風(fēng)道措施效果明顯。主要結(jié)論為：（1）通風(fēng)道措施可以有效減少5-10.0km低能見度霧霾時(shí)段，緩解霧霾影響時(shí)間。還有利于霧霾消散，且消散提前時(shí)段比形成落后時(shí)段明顯。（2）城市通風(fēng)道宜筆直長(zhǎng)度大于2km，寬度大于50m，無(wú)障礙物橫亙，街道邊緣建筑物高度差異小。（3）濟(jì)南市沒(méi)有城市通風(fēng)道，信陽(yáng)市新區(qū)的“兩縱一橫”寬直街道（第六、第二十四和第七大道）很好的承擔(dān)了城市通風(fēng)道功能。endprint