改善杭州城市氣候環境的策略研究

◎ 俞 布 張瑋瑋 梁卓然 胡德云 崔 潔

提 要：城市化發展在給當地帶來機遇和便利的同時，也對城市氣候環境產生了明顯的影響，如城市熱島、通風不暢、空氣污染等氣候環境問題。隨著公眾對氣候變化與全球變暖的意識逐漸增強，適應氣候變化創造宜居城市環境是當前城市氣象、規劃部門的重要課題。然而在目前的城市規劃設計中對城市氣候信息的應用卻非常有限，甚至較少考慮城市氣候問題，以至于未來城市將不可避免地面臨更加嚴峻的城市病。本文結合杭州城市氣候環境研究，介紹了杭州城市氣候環境現狀，城市氣候環境圖的構建方法，并提出多種改善城市氣候的規劃策略。明確指出開展城市氣候環境圖研究對實現城市規劃多規合一的重要性和必要性，同時也為我國快速城鎮化中氣候信息在城市規劃中的應用提供了可借鑒的參照范例。

政府間氣候變化委員會（IPCC）第五次評估報告指出，1880～2012年全球平均地表溫度上升約0.85℃，2016年全球平均氣溫14.83℃，為有記錄以來全球最高平均氣溫。根據杭州近66年氣候觀測記錄，杭州年平均氣溫增幅0.28℃/10年，高于全國0.25℃/10年。2016年杭州年平均氣溫達到18.2℃，為1951年以來歷史第三高值，僅低于2007年（18.4℃）和2006年（18.3℃）。同時，結合杭州平均風速特征來看，20世紀80年代以來杭州平均風速呈現明顯減小趨勢，降幅約每10年0.36米/秒，這與杭州城市發展的集中期相對應。由此可見，在全球變暖與快速城市化背景下，大部分城市普遍存在高熱壓、通風不暢的城市病，并對城市生態環境與居民身心健康構成嚴重威脅。同時，城市靜風特征與空氣污染息息相關，尤其是在靜穩天氣控制下的晴朗夜晚更為嚴重。當盛行風對城市通風的驅動作用受到限制時，需要結合城市通風廊道或山谷風、海陸風等局地環流，將周邊山區或郊區的新鮮空氣引入城區，促進城市通風。因此，城市總體規劃設計必須考慮城市通風特征，并在關鍵的通風結點上設置必要的開敞空間，并對該地區的建設強度加以限制，進而改善城市內部的通風環境，提高人體舒適度水平，這也是開展城市氣候環境圖（Urban Climatic Map）研究的主要目的。

一 杭州城市氣候環境現狀評價

（一）城市氣候變暖趨勢明顯，熱島效應加劇，并呈現外疏內聚、島鏈分布的熱空間形態

近五十年來，杭州年平均氣溫增幅0.28℃/10年，高于全國0.25℃/10年，高溫日數增加3.3天/10年；平均熱島強度1.5～2.0℃，屬于中等到強熱島等級，極端小時熱島強度達5℃，略低于上海的6℃。杭州呈現外疏內聚的熱分布形態，以山地丘陵和江湖濕地為載體的六條生態帶為臨近城市的重要冷源，對城市具有明顯的熱疏解作用。以主、副城和城市組團為核心的城鎮區域則表現為熱聚集區，呈現組團式、島鏈狀的熱分布特征（見圖1）。杭州主城、濱江-蕭山、下沙、臨平、臨安、富陽六個城市熱組團，另有未來科技城和大江東產業集聚區呈現潛在的熱聚集狀態。目前，除主城、濱江-蕭山兩組團外，各熱組團總體保持良好間距，并在錢塘江兩岸分別形成兩條東西走向的城市熱島鏈。隨著城市擴展，臨平、下沙熱組團具有西向蔓延趨勢，并有可能與主城熱組團合并，而原本相互獨立的濱江-蕭山熱組團繼續呈現合并擴張的發展趨勢，有可能使杭州的“鏈狀”熱島特征消失，形成圍繞主城的“攤大餅式”強熱島中心。

（二）城市通風能力減弱，城區靜小風特征明顯，但郊區尚存在可利用的風資源區

圖1 杭州城市熱島結構分析

20世紀80年代以來杭州城市平均風速顯著降低，降幅約0.36米/秒/10年，高于全國指標0.12米/秒，并呈現城區靜小風“低谷”特征，中心城區風速較郊區偏小30%。根據城市通風潛力現狀，杭州郊區存在5個通風良好的大風資源區（見圖2），分別為東天目山—徑山大風區、靈山—龍塢—午潮山大風區、龍門山大風區、錢塘江大風區和江東濕地大風區，該地區平均風速大于3米/秒，為城區周邊的重要通風源地；同時，城市小風區、富春江沿岸小風區和臨浦谷地小風區為杭州現存的3個通風條件一般的區域，平均風速低于1.2米/秒。受兩側山體對冬、夏季主導風的遮蔽作用，富春江沿岸為杭州冬季小風區，臨浦谷地為杭州夏季小風區。受西部山地和東部海洋氣候調節作用，杭州存在山谷風、山地平原風和海陸風等局地風資源，是靜穩天氣條件下可利用的清潔風源，可以有效地改善局地風流通環境。其中，海陸風主要影響大江東地區，山谷風和山地平原風資源主要分布在北部東天目山—徑山、西部西湖風景區及南部青華山、石牛山一帶。此外，受地形遮蔽及中、小尺度局地環流影響，杭州城市主導風空間差異明顯，并可劃分為14個風玫瑰分區。

圖2 杭州冬、夏季風環境分區結構（左圖冬季 右圖夏季）

（三）城市短歷時、致災型降水概率增大，暴雨強度空間差異明顯

杭州呈現小雨日數減少、大雨日數增多特征，其中3～6小時短歷時、致災型降水概率明顯增大。杭州城區1年、5年和10年一遇1小時雨量最大值分別為46毫米、75毫米和87毫米。此外，根據各歷時最大降雨量空間分布，杭州城市暴雨強度空間差異明顯，并可劃分為17個暴雨強度公式分區。受地形迎風作用和局地氣候影響，余杭北部、富陽南部、蕭山中部及下沙東部為杭州城區暴雨強度中心區，而蕭山南部、余杭東部等區域暴雨強度總體偏弱。

二 杭州城市氣候環境圖的構建

城市氣候環境圖理論是指從城市氣候與環境學角度分析宏觀、中觀和微觀尺度下城市現有的問題，通過對城市各項氣候參數，如風向、風速、太陽輻射、氣溫等信息的分析，以地圖冊的形式展現城市中現存的環境和氣候狀況，繼而將所有科學研究結果轉化為有針對性的城市規劃建議，提供給城市規劃師、建筑師、政府管理者等。參考國內外研究思路及技術方法，我們構建了針對杭州城市氣候環境圖的研究框架，并主要從四個方面展開研究。①客觀評估杭州城市熱環境、風環境氣候環境特征，明確杭州存在的主要城市氣候環境問題。②定量分析自然地理環境和人為活動因素（包括人為熱、城市建筑形態等因子）對城市氣候環境的影響，并結合氣象數值模擬分析劃定杭州城市優良氣候資源空間和較差城市氣候待償空間，初步形成杭州城市氣候分析圖。③針對杭州現存的城市氣候環境問題，綜合劃定城市優良氣候資源空間和亟待改善的氣候待償空間。通過構建城市氣候規劃建議圖，預留出可用于城市氣候環境改善的氣候敏感空間，并給出相應城市規劃調整建議及用地策略。

同時，在研究過程中應用氣象觀測、數值模擬、空間分析和規劃設計四種主要技術手段。①基于氣象觀測的城市氣候特征分析。運用杭州市域范圍內約309個自動氣象站近十年的氣象觀測數據，分析杭州城市氣溫、風、降水要素的時空分布特征，明確杭州面臨的城市氣候問題，以及可用于規劃利用的城市氣候環境資源。②采用城市氣象多尺度數值模式，開展針對杭州城市現狀氣候特征，以及城市規劃方案情景下氣候特征的模擬分析。通過對比兩者的差異，提出杭州城市氣候規劃的合理策略或方案，以達到改善局地城市氣候條件，提高城市氣候舒適性的目的。③基于可分辨城市建筑形態和精細遙感影像來定量分析杭州城市氣候環境。包括對自然環境（如海拔、坡度、植被覆蓋、水系分布等）和典型城市形態因子（天穹可見度、建筑密度、建筑表面積、迎風面系數等）對杭州城市氣候環境的影響評價。利用多時相高分辨率遙感影像分析杭州城市地表熱環境，進而研究杭州城市熱島、城市冷島的時空分布及其成因。④提供杭州城市規劃應用策略，基于杭州城市氣候熱環境和風環境氣候分析圖綜合構建杭州城市氣候環境規劃建議圖。協同城市規劃師詳細分析杭州城市氣候環境特征，實現氣候語言向規劃語言的轉化，最終以規劃應用視角完成包括杭州城市通風廊道和城市熱環境改善的氣候規劃建議圖（見圖3）。

圖3 杭州城市氣候規劃建議

三 改善杭州城市氣候的策略

（一）預留保護城市風廊，改善城市呼吸

一級通風廊道為杭州的“城市通風動脈” （見圖4）。目前，現存的一級通風廊道主要分布在城郊，為杭州主要城市通風空間。受冬季西北風，夏季偏南、偏東風的主導風影響，杭州一級風廊總體呈“三縱三橫”格局。其中冬季風道分為六條，總體呈西北—東南方向，包括西部南苕溪、北苕溪兩條風道，東部江東風道，蕭山東風道，南部浦陽江風道及北部余杭東風道。夏季風道分為五條，總體呈西南—東北方向，包括北部苕溪風道，中部錢塘江風道，南部富春江風道，以及東部的兩條杭州灣風道。目前，杭州一級風廊主要以生態空間或低強度開發空間為主，基本形態保存良好。

圖4 杭州冬、夏季一級城市通風廊道建議

二級通風廊道主要分布在城市邊緣，作為一級風廊向城市內部延伸的“城市通風靜脈”，呈現“六橫四縱、外承內接”的空間分布特征。六橫分屬留石風道、余杭塘河風道、西溪風道、德勝風道、機場高速風道和湘湖風道；四縱為下沙風道、運河風道、良渚風道和滬昆高速風道。受城市下墊面粗糙度增大影響，二級風廊的通風能力有限且難以實現城市貫通。后期需結合城中村改造、騰退用地等城市改造契機，預留并拓寬通風廊道，盡可能向城市內部延續通風空間。

三級通風廊道總體位于城區內部，呈現“五橫七縱”布局（見圖5）。三級風廊已不具有明顯的通風功能，但仍可作為二級風廊滲入城市內部的“毛細血管”，可以通過綠廊規劃的方式合理布局，對緩解局部熱壓，改善局地空氣流通具有重要的氣候價值。

圖5 杭州二級、三級城市通風廊道

（二）修復拓展生態緩沖區，疏解城市熱島

在城市總體規劃層面，對以生態帶為載體的熱疏解區需加強保護，并強化對臨近城市生態冷源的禁建控制。在六個城市熱島組團之間，需結合城市一、二級通風廊道修復并構建連續、穩定的生態緩沖區，有效隔斷各熱島組團，保持良好間距的島鏈形態，控制熱島組團的蔓延趨勢。同時基于三級通風廊道（城市綠廊），構建由外而內的城市綠楔，由此打通城市組團外圍與內部的空間聯系，促進城市熱島的緩解。

在詳細規劃層面，通過與控規單元結合，基于地塊的熱壓狀況適時調整用地性質、建設強度及綠化率等規劃指標（見圖6）。針對熱島較強的區域，應強化氣候論證，構建可與外部生態帶及綠楔相聯系的帶狀綠地，并鼓勵城市中心綠化、屋頂綠化和立體綠化。

圖6 杭州城市熱島疏解分析

（三）強化小氣候資源應用管理，推進城市分區精細規劃

杭州繪制完成覆蓋市域范圍的分區風玫瑰圖和分區暴雨強度公式，在城鄉規劃、小城鎮規劃、海綿城市建設時，各歸屬行政區均應結合屬地風玫瑰和暴雨強度公式加以應用。同時在氣候變化背景下，每隔10年適時修編分區風玫瑰圖和暴雨強度公式。此外，應強化對山谷風、海陸風等氣候資源的保護和控制性開發，如山脊鞍部和山谷不宜作為建設用地，局地風流域應避免布置工業用地等，如因公共需要確須進行規劃、建設時，應提前進行氣候可行性論證。

（四）注重氣候可行性論證，融入杭州城市“多規合一”

氣候可行性論證是針對城市氣候環境的重要規劃評價策略。目前，世界上已有15個國家超過50個城市開展相關研究和應用。未來杭州需推動針對城鎮規劃、重大工程建設的氣候論證，注重對項目氣象安全及對周邊氣候環境影響的綜合評價。通過建立常態管理機制，將氣候可行性論證納入城市管理體系。同時，根據國家發展改革委、國土資源部、環境保護部、住房城鄉建設部等部委聯合下發的 《關于開展市縣“多規合一”試點工作的通知》，杭州已經基本實現了城市規劃的“多規合一”，將國民經濟和社會發展規劃、城鄉規劃、土地利用規劃、生態環境保護規劃等多個規劃融合到一個規劃體系中，解決現有各類規劃自成體系、內容沖突、缺乏銜接等問題。然而值得注意的是關于城市氣候環境的相關信息尚未全面應用到城市規劃系統中。例如目前的城市規劃往往僅依靠單一的城市風向玫瑰圖，并未充分考慮城市通風、城市環境容量等氣候信息，氣候學家并未真正參與到城市總體規劃設計當中。因此，在推進多規合一融合時，需增強城市氣候對城市規劃和管理的引導作用，使得城市氣候真正融入杭州城市總體規劃。