城市通風廊道規劃技術研究
——以石家莊都市區為例

張 碩， 房小怡， 陳 靜， 程 宸， 程鵬飛， 智利輝， 張 強， 于 瀛， 杜吳鵬

(1.中國氣象科學研究院，北京 100081； 2.石家莊市氣象局，石家莊 050081； 3.北京師范大學地理科學學部減災與應急管理研究院，北京 100875； 4.中國城市規劃設計研究院，北京 100044； 5.北京市氣候中心，北京 100089)

引 言

城市自然通風是指城市中基于環境風壓差及熱壓差所產生的非機械式通風[1]。隨著城市化進程的推進，自然通風受阻，主要表現為下墊面同質，導致溫度梯度變小，空氣交換減少，靜風頻率升高[2]；內部建設密集，增加了下墊面的粗糙度，對空氣動力產生阻礙和拖曳，降低了地表風速[3]；高密度高層建筑群聳立，阻擋了氣流穿行，造成建筑物背風面較大面積小風區，使局地通風環境和氣候舒適度明顯下降[4]。根據《中國氣候變化藍皮書(2017)》，1961-2017年間，我國城市化高速發展，大部分地區平均風速呈減少趨勢，平均每10年減少0.13 m/s。城市靜風狀態增加，并不是受整個區域大氣變化影響，主要是城市對盛行風的削弱作用[5]。與此同時，城市越來越“密不透風”，加劇了其熱島和污染程度。以本文研究對象石家莊為例，其年平均氣溫(1981-2010年)明顯升高，增溫速率達0.36 ℃/10a；年平均風速(1972-2012年)減少速率為-0.15(m/s)/10a，城市化貢獻率達86%[6]；2017年第一批實施空氣質量新標準的74個城市空氣質量排行榜中，石家莊居末位，全年平均優良天數比率只有41.4%[7]。

城市規劃是城市發展藍圖。運用城市規劃的方法，以自然通風規劃技術為參考，調整城市發展模式及建筑、綠地、水體等區域的空間布局來提高城市“呼吸”能力和通透度，對于改善局地氣候和大氣環境，實現高品質城市建設和城市的宜居可持續發展具有重要的意義[8]。

城市自然通風的有效性取決于所處城市冠層下部空氣交換與流動的狀況，還與周邊的地形地貌、面積、長度、朝向、非透水面比例、植被覆蓋類型及是否有高大建筑物的遮擋有關。對于通風評估，國內外已有先例，研究方法主要集中在基于風環境站點觀測的通風構建[9-10]、針對單體建筑或小區域建筑群體的風洞試驗[11]及考慮下墊面特征的數值模擬。其中，現場觀測受限于點位稀少和分布不均等問題，普適性和代表性不強。風洞實驗多用于小范圍的風場模擬，模擬成本高，評估周期長，并不適用于城市和區域尺度的自然通風評估。數值模擬雖有利于從全局把握風環境特征，但很難反映建筑物總體布局對城市內部風場的影響。遙感(RS)和地理信息系統(GIS)技術能支持空間連續的城市地表形態信息提取，且數據分辨率較高，不受研究尺度限制，為城市尺度的通風環境評估提供了新的手段。Gal等[12]通過GIS技術和高分辨率激光雷達(LiDAR)數據庫估算了大曼徹斯特地區下墊面動力粗糙度長度，根據動力粗糙度長度大小來確定該地區的潛在通風廊道。劉勇洪等[13]基于遙感和GIS技術，建立了一套面向城市規劃的熱環境與通風環境評估指標和技術方法，初步開展了濟南中心城通風廊道規劃應用。詹慶明等[14]應用遙感、地理信息技術，構建氣候學及生態學模型，結合夏熱時段山谷風和海陸風的時空特點，挖掘現有通風廊道，為城市風道規劃提供決策依據。但以上研究尚缺乏對真實街區的氣候模擬評估及對廊道效果的實際觀測驗證。

本文綜合氣象觀測、數值模擬、遙感反演和觀測實驗的方法，基于城市建設現實，分析不易于擴散和熱排放的小風區和熱島區，以及對氣候能形成補償的新鮮冷空氣產生區，利用通風能力較強地塊，制定覆蓋城市—小區尺度的風道規劃策略，具體應用在石家莊通風廊道劃定中，有針對性地提出尊重自然通風的城市規劃設計引導，并對通風廊道的自然通風效能進行了觀測驗證，為相關城市規劃氣候問題的解決提供有效決策依據和管控手段。

1 研究區域與研究方法

1.1 研究區概況

石家莊市地處河北省中南部，距北京270 km(圖1a)。地勢西北高東南低，西部海拔在1000 m左右，東部為滹沱河沖積平原，海拔一般在30～100 m(圖1b)。受地形影響，北風和西北風受到山體阻擋后進入城市，易被削弱，而刮東南風時，受到山體阻擋后形成回流渦旋，因而地形決定其基本風場條件不利于空氣流通和污染物擴散。付桂琴等[15]分析了河北省霾日變化及成因時指出，石家莊“喇叭口”地形效應不利于污染物擴散；陳靜等[16]的研究也指出，受太行山阻擋，石家莊市東南部地區污染物向山前匯聚是污染嚴重的成因之一。

本文以石家莊市2017-2030年城市總體規劃修編工作關注的主城區及周邊4個建置區，包括正定、鹿泉、欒城、藁城(以下合稱為“都市區”)，為研究對象，所轄面積為2638 km2(圖1b)。

圖1 研究區地理位置(a)及國家級氣象站點分布(b)

1.2 研究方法

首先，收集研究所需數據資料，主要分為以下幾類：

(1)石家莊地區16個國家基本氣象站和25個區域自動氣象站氣象觀測資料。其中，國家基本氣象站為1981-2010年氣候整編資料，用于市域范圍風環境評估。區域自動氣象站為石家莊都市區范圍內的2017-2018年的10 min風速、10 min風向逐時數據，按照蒲氏風等級，將風速劃分為11個風速段，即[0,0.5](0.5,1](1,1.5](1.5,2](2,2.5](2.5,3](3,3.5](3.5,4](4,4.5](4.5,5]和>5 m·s-1，用于統計都市區局地風場特征。數據來源于石家莊市氣象局。

(2)石家莊市2016年8月31日成像的美國陸地衛星Landsat8 OLI和TIRS傳感器數據，其中OLI空間分辨率為30 m，用于提取土地利用類型、葉面積指數(Leaf Area Index)與綠量等，TIRS空間分辨率100 m，用于地表溫度反演與熱島強度計算。數據來源于地理空間數據云遙感數據引擎網站(http://www.gscloud.cn/sources)。

(3)石家莊市數字高程影像(DEM)數據，空間分辨率為30 m，用于基本自然地理條件、地形高度與坡度提取。數據來源于地理空間數據云遙感數據引擎網站(http://www.gscloud.cn/sources)。

(4)石家莊都市區2014年1∶2000基礎地理信息建筑圖層數據，用于提取建筑物高度和密度，計算建筑地區地表粗糙度和天空開闊度，從而估算地表通風潛力。數據來源于石家莊市勘察測繪研究院。

(5)美國地球科學激光測高儀系統(Geoscience Laser Altimeter System，GLAS)反演的全球1 km空間分辨率的森林植被高度數據和石家莊地區農業氣象觀測站根據平原地區農作物的生理物候特征獲取的植被高度數據，用于計算植被地區的地表粗糙度及通風潛力。

其次，把握城市整體的氣候環境狀況、地形地貌的特點及自然要素，進行背景風環境分析，通過氣象統計分析或數值模擬了解新鮮空氣的來源及城市空氣環流的類型，評估可利用的自然風環境系統及局地風環流系統[17]。對于通風而言，風速過大或過小，有無通風廊道對城市內部通風的效果差異并不明顯。根據氣象行業標準《氣候可行性論證規范城市通風廊道》[18]將風頻集中的中小風速段(占全部風頻的70%左右)確定為對通風廊道起作用的軟輕風范圍，在此范圍，廊道更能有效利用這段風速，從而提高實際通風效果。因此，開展軟輕風的風速范圍統計，分析都市區軟輕風的風向頻率及局地特征，繪制對通風廊道起作用的軟輕風玫瑰圖。

再次，由于城市中的綠地、河流等是低溫區域，與城市建筑區域之間形成循環風，利于改善城市的熱環境[19-20]。因此，基于Landsat衛星影像數據，進行地表溫度反演和城市綠量估算。在此基礎上開展熱島及生態綠源空間分布分析，利用熱島和冷源的熱力差異產生的局地環流，作為自然“空調”系統，加速城市內部空氣流動，改善城市的熱環境。

最后，利用建筑高度、密度和土地利用數據，通過遙感和GIS技術，提取城市地表參數和空間形態參數，對地表通風能力進行評估；利用開敞空間和建筑錯落，提出城市通風廊道分級構建方案；選取典型廊道的典型街區，模擬街區尺度氣候環境，并提出有利于自然通風的規劃建議。同時開展人居氣候環境觀測，對比驗證通風廊道的自然通風效果。

2 通風評估結果與分析

2.1 背景風環境評估

根據石家莊代表站歷史觀測數據統計結果，石家莊市年平均風速為1.7 m·s-1，全年1/5為靜風(指距地面10 m高處平均風速小于0.5 m/s的氣象條件)，靜風頻率較高。從歷年風速變化來看，1955-1980年年平均風速為1.74 m·s-1，1981-2010年年平均風速下降為1.70 m·s-1，風速呈減小趨勢。全年主導風向以南東南風最多，累計頻率為12%，其次為北風，累計頻率為10%。各季節主導風向存在明顯差異，秋、冬季主導風向為偏北風(N)，春、夏季主導風向為偏南風(SSE)。就各風向的年平均風速來看，南東南風的風速最大，西北西和西風的風速次之。

根據石家莊市域國家基本氣象觀測站數據統計的主導風空間分布見圖2。由圖2可看出，都市區風源主要由自西部山區吹向平原的山風，即西風、西北風，以及來自東部平原地區的偏南風組成，是石家莊市自然通風的進氣口，且西部山區植被覆蓋度高，是都市區重要的清潔空氣來源。根據石家莊都市區自動氣象觀測站數據統計的軟輕風主導風向分布見圖3。由圖3可看出，鹿泉區位于沿山地區，由于受山地與平原間熱力差異影響，在軟輕風風速段以西風和西北風為主，預留西-東、西北-東南方向的空氣引導通道有利于將外圍清潔空氣引入城區。新華區、橋東區和長安區位于主城區偏北地區，軟輕風主導風向以東北風、北風為主；橋西區和裕華區位于主城區偏南地區，以東南風、南風為主；南部欒城區和東部藁城區則以東南、南風較多。預留走向以東南-西北、南-北方向為主的空氣引導通道，有利于提高通氣量和自然通風效能。綜上，空氣引導通道設置為西部沿西-東、西北-東南方向，中部和東部沿南-北方向更有利于城市內部通風環境營造。

圖2 石家莊市域主導風向空間分布

圖3 石家莊都市區軟輕風主導風向空間分布

2.2 熱環境評估

地表熱島強度(SUHI)指通過衛星遙感觀測到的某位置處的陸表溫度與鄉村背景內的陸表溫度平均值的差值。本文利用Landsat數據反演地表溫度，從而得到SUHI。將熱島強度等級劃分為7級，具體參見表1(QX/T 437-2018)。

表1 地表熱島強度等級劃分及含義

圖4為石家莊熱島強度空間分布圖。由圖4可知，石家莊都市區熱島總體上呈東西走向橢圓狀分布，強熱島區主要集中在二環內繁華的道路、商業區、居住區及建材城等，說明城市建筑、道路的吸熱作用較強。這些區域建筑密度大且綠地覆蓋率低，缺少生態補給。此外，熱島中心有明顯向外圍擴張趨勢，以東部擴張明顯，主城區熱島與藁城熱島形成連片趨勢。周邊大量的農田處于無熱島狀態，水體呈明顯冷島或無熱島效應。

圖4 石家莊都市區熱島強度空間分布

由于水體、林地與城鎮建設用地之間的溫度差，即使在弱風情況下，也可產生新鮮冷空氣流動的現象，可以有效減緩城市熱島效應，同時也是冷空氣來源和改善空氣流通與人居環境的重要場所，是自然通風規劃的重要前提條件之一。因此，把水體、林地和農田，以及城市綠地里的林地灌木和草地定義為城市生態冷源。綠量是綜合反映植被葉面積指數、植被覆蓋和植被結構的重要指標，是衡量城市不同綠地生態效益及其綠化水平的重要參數，對降溫、增濕、改善城市小氣候具有明顯意義[21]。因此，采用土地利用類型和綠量綜合評估的方法，對生態冷源進行等級劃分。具體參見表2(QX/T 437-2018)。

圖5是石家莊生態冷源空間分布。由圖5可知，強冷源集中于黃壁莊水庫、滹沱河等水體區域，較強冷源主要分布于鹿泉區西部綠量較大的山區林地，平原農田屬一般冷源，城郊綠地和城區河道為較弱冷源。二環內由于綠化和水體較少，生態冷源稀少，且分布分散，未能形成有效串聯，不利于對熱島進行有效切割。正定新區屬于新開發區，綠量較大，同時滹沱河是正定與主城區之間的天然生態屏障，對減緩熱島有積極作用。

2.3 通風潛力評估

通風潛力是指由地表植被和建筑覆蓋及周邊區域開放程度而確定的空氣流通能力，通過天空開闊度(SVF)和粗糙度長度(Z0)計算[20]。劉勇洪等[21]初步建立了一套基于GIS和RS技術的城市通風環境評估指標體系與技術方法，開展100 m左右分辨率的城市地表通風潛力研究。由于城區粗糙度主要由建筑物引起，郊區主要由植被造成，因此，本研究在其基礎上，考慮城區和郊區不同的通風潛力計算方法，對石家莊都市區地表通風潛力進行評估。

圖5 石家莊都市區生態冷源空間分布

(1)對于城市下墊面，建筑物是影響粗糙元吸收動量能力的主要因素。通過1∶2000城市基礎地理信息數據獲取建筑物圖層信息，提取建筑密度和建筑高度兩個參數，得到石家莊都市區25 m空間分辨率的城區地表粗糙度長度。

(2)郊區地表粗糙度主要取決于植被類型、葉面積指數和植被高度。結合實地調查數據，將郊區地表植被分為森林、農田兩種類型。葉面積指數的計算利用2016年8月31日成像的美國陸地衛星Landsat數據，采用王修信等[22]建立的葉面積指數LAI與歸一化植被指數(NDVI)的多項式回歸關系，Jasinski等[23]確定的不同植被類型的形態模型參數，以及Zeng等[24]定義的植被冠層面積指數Λ的計算方法。植被高度的估算考慮森林及平原農田，其中森林地區植被高度采用美國地球科學激光測高儀系統(Geoscience Laser Altimeter System，GLAS)反演的全球1 km空間分辨率的森林植被高度數據，平原農田植被高度的估算采用石家莊地區農業氣象觀測站根據平原地區農作物的生理物候特征獲取的植被高度數據。綜上，得到石家莊都市區25 m空間分辨率的郊區地表粗糙度長度。

綜合城市和郊區地表粗糙度長度空間分布，得到都市區粗糙度長度(圖6)。由圖6可看出，主城區Z0值較高，大部分在1 m以上，其中北二環至北三環之間、長安區西側二環以內的部分地區，Z0達到3 m以上。三環外由于建筑高度和密度不大，粗糙度長度明顯低于主城區的，一般在1 m以下。郊區地表主要以林地、低矮農作物、休閑裸地和水體為主，Z0為0～0.3 m，這與Shinsuke等[25]把水體、裸地、冰面、平坦草地、低矮作物等的Z0值定義為0.0002～0.25 m接近。鹿泉地區的Z0大部分為0.2～0.3 m，這與山區森林植被高度較高直接相關[26-27]。

圖6 石家莊都市區地表粗糙度長度空間分布

開敞空間是空氣匯集、流通和引導的重要區域，也是人們室外休憩、交流的重要場所，對于城市通風、生態環境穩定和優化具有重要意義[28]。天空開闊度(SVF)是對某一點可視空間特征的描述，可以定量反映開放空間敞開區域的程度。采用Zak?ek等[29]提出的基于高分辨率數字高程模型(DEM)的柵格計算模型，利用1∶2000基礎地理信息數據，計算石家莊都市區SVF空間分布，結果見圖7。

由圖7可知，橋東區中部至長安區西部部分地區、北二環至北三環之間部分地塊，建筑物密集且建筑高度較高，SVF在0.6以下；其余城市建成區SVF普遍為0.6～0.8；部分山區及山前地區SVF為0.7～0.9；周邊平原地區普遍大于0.9。

良好的自然通風環境的營造，需要盡可能選擇通風潛力較大、風易于穿過的地區。結合地表粗糙度長度和天空開闊度兩個指標，綜合評價石家莊都市區通風潛力。根據Matzarakis等[30]提出風道的首要指標是空氣動力粗糙長度小于0.5 m，因此，定義粗糙長度0.5 m作為較高通風潛力的上限值，而把1.0 m作為具有較低通風潛力的空氣動力粗糙長度下限值。Oke[31]的研究指出，城市街道空間的天空開闊度與城市熱島效應的產生密切相關，SVF越小，形成城市熱島效應的概率和強度越大。Chen等[32]在研究香港城市天空開闊度時發現，天空開闊度與熱島強度的回歸關系中SVF的有效范圍是0.76，因此，定義具有較高通風潛力的SVF下限值為0.75(表3)。

圖7 石家莊都市區天空開闊度空間分布

表3 通風潛力等級劃分及含義

基于以上結果計算的地表通風潛力見圖8。由圖8可知，二環內城市建設密集，寬闊連續的水體、道路、綠地稀少，通風能力較好的連續帶狀區域的空間尺度也較小，低潛力區域占比大，除京廣鐵路軸線外，基本無較高通風潛力斑塊分布，地表通風潛力較差。三環區域內分布有零散的通風潛力較大的城區河道、公園綠地及寬闊街道或低矮零碎的建筑區，建立連接進行貫通，有利于形成良好的通風環境。三環外目前通風較好，高通風潛力區域有連貫開闊的地帶。

圖8 石家莊都市區通風潛力等級分布

3 應用與策略

城市空間形態對氣候產生的影響體現在宏觀和微觀兩種不同尺度上。因此，在城市規劃建設中，對于通風評估來說，應根據城市規劃中不同層面的應用，分為城市尺度和小區尺度兩部分，分別提出規劃設計策略。

3.1 城市尺度

根據圖2、圖3，由于西部綠色山體生態屏障與滹沱河水體是石家莊都市區最為重要的生態冷源，廊道自西/西北延伸向東/東南，順應自然風場，引山水之風；東部側重在城市組團間進行熱島切割，廊道宜南北向貫穿，增強通透性，建“呼吸”之城。

在以上研究分析的基礎上，初步勾畫潛在通風廊道。研究表明，空氣引導通道的大小和數量與城市規模及所需通風效率有關[33-34]。設城市建成區的邊長為L(km)，風速為V(km/h)，則每天城市的大氣被新鮮空氣置換的次數T=24V/L，進氣通道的總寬度W占城市邊長L的比例是T的倒數，即W/L=1/T，W=L/T，W=L1×L2/24V。石家莊都市區東西長約26 km，南北長約20 km，年均風速1.7 m·s-1(6.12 km/h)，代入公式，得到東西方向T=5.65，W=2.72 km。若一級廊道每條寬約1 km，共2條，則剩余二級廊道總寬度為0.72 km，假設平均每條二級廊道寬約100 m，則總共還需7條二級廊道。同理，南北方向T=7.34,W=4.6 km，一級廊道4條，每條寬約1 km，二級廊道6條，每條寬約100 m。因此，構建“6+13”通風廊道系統。

根據圖4、圖5，可在規劃通風廊道時，充分利用主導風串連冷源和熱島區域，利用河流水系所形成的河道，如滹沱河、洨河，與城市對外交通干道(高速公路、國道、鐵路)的林地化綠帶，如京廣鐵路、新元高速、京港澳高速等，構建一級通風廊道，將外圍自然風引入、城區的熱空氣導出，形成局地氣流良性運轉，打散熱空氣團，緩解城市熱島效應。

根據圖8，可在城郊高通風潛力的連貫開闊地帶，將新鮮空氣引至城區邊緣后，再根據城區內開敞空間的尺度，采用一級廊道與二級廊道互相連接、輔助和延展的形式，選擇如園博園、植物園、民心河、城市公園等相互連接形成的冷源型補償空間，或和平路、槐安路、二環路等穿越城區的長距離主干道，或正定站、云龍大橋、正定中學等大型開放空間，作為載體，在整個區域內呈網狀均衡分布，形成促進城區空氣流通的“藍網”。利用地理信息技術繪制城市氣候分析圖[13，35-36]，根據城市建設對不同的建設區、開敞空間、復雜地形區的氣候影響程度，將研究區分為五類氣候空間(圖9)。一級區域主要為強熱島、通風潛力最差、植被覆蓋度極低的城市高強度開發區域，是氣候環境亟須改善的敏感區域。二級區域主要為熱島較強、植被覆蓋一般、通風潛力偏差的城市建設或村鎮建設地區。這些地塊如果開發不合理，將導致氣候環境惡化，是未來建設主要管控和改善的目標區域，需嚴防熱島升級和通風環境惡化，也是通風廊道重點關注的區域。三級區域主要為二級區域的邊緣地塊，熱島強度一般。如果臨界的二級區域或一級區域面積較大，開發建設中應考慮生態隔離空間的規劃。四級區域為熱島較弱、植被覆蓋較好的城市氣候補償區域，主要為淺山地區、城市公園、郊野區域等。五級區域主要為植被覆蓋較好的林地和農田等生態冷源區域。

圖9 石家莊都市區自然通風營造方案

3.2 小區尺度

在城市總體規劃基礎上，針對城市設計與控制性詳細規劃，研究城市微觀尺度上用地的布局和形態與局地小尺度氣候的相互作用、相互影響[37-38]。采用計算流體力學數值模擬的方法，對石家莊典型街區進行微氣候環境模擬，分析不同建筑格局對風、熱環境的影響。

典型街區選取京廣線一級通風廊道內的部分地塊，端點北至和平路，南至槐安路，西至中華南大街，東至建設南大街(圖10a)，用以分析街區風環境特征，獲得風速、街道走向及建筑布局對街區通風影響的一般規律。區域內含有各類住宅小區、商業辦公樓、公共建筑等，建筑高度錯落、布局密度適中，具有良好的街區代表性。

利用建筑數據，進行典型街區三維實體模型構建(圖10b)，將模型導入流體力學軟件，并將建筑物及周邊范圍內所有的地形、地物進行網格化，完成比例尺與方位角等匯入參數設置。風環境對人體舒適度的影響集中在行人高度層，即1.5 m高度處。因此選擇距地2 m高度，分別模擬典型街區主導風向——東南風、北風兩種風條件下，街區的風場分布。基準風速設定為3 m/s，基準高度為10 m，大氣層邊緣參數按照建筑結構荷載規范(2012最新修訂版)中有密集建筑群的城市地況類進行設置。

圖10 典型街區位置(a)與三維模型(b)示意圖

從北風的模擬結果來看(圖11a)，京廣鐵路走向與主導風向一致，沿線空間較為開闊，其中中山西路至裕華路之間(1區域)最為開闊，風速最大，達2.4～-3 m·s-1；其次為解放廣場(2區域)，由于其建筑物密度較低，風速約為1.8～-2 m·s-1，風環境較好；平安大街(a)、建設大街(b)、中山路(c)、裕華路(d)街道較寬，區域內部風速也較高。將風場模擬結果與建筑密度作相關分析，得到典型街區風速衰減與建筑密度的關系(表4)。由表4得出，風速衰減等級隨建筑密度升高而增加，即建筑密度越大，風速減小越多。

從東南風的模擬結果來看(圖11b)，南部區域平均風速最大，風環境最好，與位于主導風向上游的建筑高度普遍偏低有關；京廣鐵路、廣場等開闊空間，通風環境較好；北部區域處于風向下游，建筑覆蓋密集且高層建筑偏多，通風條件差，平均風速在0.5 m·s-1以下，存在大面積連片分布的無風區域。

圖11 典型街區風環境模擬分析

綜上所述，上游來風方向建筑物越少、密度越小越有利于通風；通風效果的保證有賴于下墊面屬性及寬度、周邊開發強度等[39]。相比較而言，寬闊道路的通風環境較好，呈東西方向排列(垂直于風向)且建筑密度較高的建筑群，擋風效果最為明顯。

表4 典型街區風速衰減與建筑密度的關系

為驗證廊道的實際通風效果，捕捉城市街道、樓宇冠層微氣候特點，開展了人居氣候環境觀測。綜合考慮用地情況、通風廊道位置、觀測站分布密度等因素，建立了7個城市微氣候觀測站(圖12)，包括3個地面觀測站、4個樓宇觀測站。選取2019年7月28日典型中小風天氣條件逐小時觀測的風速和氣溫，并進行各站的對比分析，風速統計結果見圖13。對比分析表明，樓宇站風速較大，地面站風速較小。如家酒店站、華夏家具城站和懷特站主要分布于11號二級廊道上(圖9)，街道較寬闊，通風環境較好，且如家酒店站的觀測風速高于華夏家具城站和懷特站的，表明局地風速具有西部的高于東部的特征，說明離山區生態冷源越近，風速越大。華藥站和懷特站主要分布于5號二級廊道上，且大部分時刻懷特站的觀測風速高于華藥站的，表明南部片區通風環境好于北部的，即主導風上游通風環境好于下游的。地面站以科大新校區站通風環境最佳，民心河站風速較小，表明民心河雖為生態冷源，但其氣候效應并未有效發揮，建議在城市更新中拓寬河道，控制兩旁建筑高度和密度，改善局地氣候環境。

圖12 微氣候站分布

4 結 論

本研究在先期城市通風潛力及通風環境評估技術研究基礎上，以石家莊為例，構建了基于城市建設與通風環境之間關系的自然通風規劃技術方法，并對通風廊道的自然通風效能進行觀測驗證，對未來規劃建設提供優化城市空間、改善城市氣候環境、提升宜居品質的指導建議。結果表明：

圖13 微氣候站風速對比

(1)根據通風效率要求，利用河流水系所形成的河道，與城市對外交通干道(高速公路、國道、鐵路)的林地化綠帶，構建6條一級通風廊道；根據地表通風能力，以城市公園等形成的冷源型補償空間，或穿越城區的長距離主干道，或廣場等大型開放空間為載體，構建13條二級通風廊道。

(2)應依據城市氣候分析圖(圖9)，采取不同策略:一級、二級區域應充分尊重已有城市建設格局，采取“優化與更新”策略，依據不同區域的現狀條件逐步調整建筑布局，緩解氣候環境問題。三級區域采取“控制與引導”策略，在空間開闊程度及建筑物覆蓋率、建筑排列布局方式等方面減少因規劃設計不當導致的氣候環境問題。四級、五級區域采取“保護與限制開發”策略，使用于改善城市氣候的土地得到保護和合理利用。

(3)主導風向上游方向建筑物越少、密度越小，越有利于通風。低矮建筑或開闊空間的通風環境較好，呈東西方向，即垂直于風向排列，且建筑密度較高的建筑群，擋風效果最為明顯。風速衰減等級隨建筑密度升高而增加，即建筑密度越大，風速減小越多。

以上研究可為從規劃角度改善石家莊城市風環境和大氣環境品質提供參考，但通風效率如何評估是下一步值得探討和研究的問題。此外，尚需關注廊道建成后的通風效益，對空氣引導通道長度、寬度、補償空間規模等進行分段定量精細化評估；開展城市風貌管控與高層建筑分布優化，提出實操性較強的規劃建議。