新风资源生态服务功能研究范文

《生态经济杂志》2015年第七期

1新风资源的环境效应

1.1减轻城市热岛效应随着城市化进程的加速，城市建筑物密集度越来越大，建筑物、硬化的路面比土壤和植被具有更大的吸热率和比热容，导致城市地区气温普遍高于周围的郊区气温，高温的城区仿佛置身中的岛屿，学术界称此现象为城市热岛效应。城市热岛效应的形成有两个原因：气象条件和人为因素。气象条件主要包括天气形势、风速、云量、大气稳定度等；人为因素主要包括下垫面的改变、人为热、大气污染等[3]。学术界的研究成果已经表明，城市中的风与热岛效应存在着重要关联。霍飞、陈海山利用耦合模式WRF-UCM模拟了上海、南京两个地区4次城市热岛现象，发现城市热岛效应高温的水平分布与大尺度环境风场之间有着密切的联系，下风向郊区的气温受到上游城市的影响，明显高于其他方位郊区的气温[4]。黄柏良分析了2005～2009年长沙市混合层高度特性及其与近地面气象参数关系，证明了热岛强度随混合层高度和风速增加而降低，在热源和污染源强度不变的前提下，提高城市通风系数能有效改善城市热岛效益和空气污染[5]。张艳统计了1987～2004年上海四季平均热岛强度，证实了风速大小与城市热岛效应有着明显的负相关关系：风速小，气压梯度小有利于热岛的生成。费翔鹰针对福州晋升2007年新“四大火炉”事件对福州风口与江滨区的建筑布局进行了相关性分析，证实了江滨区建筑格局的“屏风”效应加剧了福州市的热岛效应[6]。因此，城市若引进新风资源，可借助“新风流动场”原理驱散积滞在区域内的热量，大大减轻城市热岛效应。

1.2延展绿地的生态效应城市风资源不仅仅可以发挥其自身对空气污染物的稀释和散热效应，它对其它生态资源的生态功能也发挥着显著的辅助、延展作用。冯娴慧认为风可以稀释受污染的空气，绿地可以过滤污染的空气。风与绿地的结合可以最大程度地发挥二者的空气净化功能，风能够显著扩大绿地的生态效应范围。她认为绿地的净化能力有限；有了绿地吸收过滤的配合，风的净化效果才能更好[7]。城市需要的是大面积结构疏透、能够通风过滤的生态绿地来改善整体环境，大面积的绿地才能发挥其调节区域气温、改善城市环境质量的生态功能。但现实中我国很多城市的绿地面积无法满足实际需要，许多研究人员对城市绿地的空气净化情况进行了监测，发现：一是道路绿地对有害气体如NOX等的吸收作用非常微弱；二是绿地内的气温与周围道路相差无几。相较而言，降雨或通风对大气污染的净化效果优于道路绿地；三是大型绿地对城市环境的影响强度随着城市半径的扩大而逐渐减弱，绿地的空气净化和温度条件功能通常只作用于其内部及周围很小的范围内。绿地只有在风的协同作用下才能充分发挥绿地的净化功能，扩展绿地的净化范围。对风而言，风虽然能够稀释气态污染物，但若缺失绿地“相助”，风对大气中的气溶胶和粉尘无法发挥其净化效果，反之还极有可能加剧扬尘污染。因此，风与绿地协同作用可以延展绿地的生态服务功能，最大限度地发挥两者的功用。冯娴慧认为，城市内部公园绿地与通风廊道若能联通，城市大气质量将能得到很大的改善。

2风口和风道的国内研究现状

风口和风道研究是构建城市通风廊道、发挥风的生态服务功能的关键环节。城市风口，是指城市盛行风进出的位置。城市风道，即通风道，是风的通道，其空间形态可以是点、线、面中的任何一种，或几种彼此相连[8]。风道是城市和区域间的热传递网络，帮助城市大气循环良性运转。基于风资源的生态服务功能，国内许多学者对城市风口、风道进行了监测研究，如赵旭春等对乌海市冬季大气污染与气象条件的关系进行分析时[9]，发现1990～1997年乌海市冬季主导风向为西南风，偏南风频率远高出偏北风，西南部是城市的风口。然而乌海市的污染企业中有许多分布在城市的西南方向，城市正处于下风口，工厂排出的污染物随风进入乌海市区，形成明显的新风增霾效应和灰尘承接效应。吴彦等对乌鲁木齐大气污染物的空间分布和地面风场效应进行了相关分析，发现该市冬季偏南和偏北有辐合型流场，夏季整个城市为辐散型流场。乌市地面和高空风场常年都有偏南风，也即该市的风口主要位于城市南部地区，然而该市西南方向、偏南方向、东南方向分布着天山水泥厂、红雁池发电厂及红雁池第二发电厂，西南方向城区外是大片采石场。这些污染物排放量大的企业分布在城市的上风口，显著影响了乌市的空气质量[10]。新疆老风口是世界闻名的风区，其夹于两山之间的特殊位置造就了老风口地区明显的狭管效应，整个区域处于巨大的风道之中，各种自然灾害频发。针对这种情况，赵晶等采用“以灾治灾”的理念对老风口地区进行了生态发展设计[11]，该设计利用风力对积雪进行合理的引导和拦截，将拦截、融化后的雪水用于改善土壤，增加土壤蓄水能力，改善土壤干旱情况。同时，该设计还将治灾与景观塑造相结合，实现生态、社会、经济等多重效益。费翔鹰等研究了福州热导效应形成原因，他们通过专家访谈和实地调查得出结论：闽江是福州唯一的风口，但风口区域却聚集了许多高层建筑，对福州市的风道造成了人为阻滞，客观上形成屏风效应。基于该结论，他们建议福州在进行上风口地块规划时应对建筑布局进行综合设计、合理规划，形成有利于建筑自然通风的空间格局。莫芳等利用凉山州17站点近四十年10米风塔和部分区域站有关风的观测资料，对凉山州风速的年际变化、月变化、日变化及风速频率、有效风时数、平均风能密度进行了统计和计算，发现凉山州风资源地形效应显著，季节性强、风向稳定，有两个较为显著的风带：一是以德昌为代表的安宁河沿线，风资源丰富，是风资源可利用地区；二是盐源、普格、喜德县境内一些地区的平坝、山口、河谷为季节性风带，研究建议季节性开发利用。

该研究成果着眼于开发凉山州的风电功能，但对如何利用城市风带发挥风资源的生态服务功能研究尚欠缺。实践层面，国内一些城市如武汉、南京、杭州、福州、合肥等均陆续开始谋划利用城市风道发挥风资源的生态服务功能。武汉是国内最早开展城市风道研究和实践的城市，早在2009年该城就出台了规划，明确要利用东湖、汤逊湖等6片生态楔形绿地，形成6条风道，引城外凉风入市，减轻市区热岛效应。但是规划并未得到完全落实，部分风道被商业房地产项目蚕食，一些风口被高层建筑堵塞。为此，2012年武汉在国内率先启动《城市风道规划管理研究》的编制工作，利用气候数据、地理地貌信息、规划和土地利用信息等，对武汉风道基础条件进行定量分析，建立城市风道评价体系，形成武汉市风道总体布局初步设想。南京则制定了《南京大气污染防治行动计划》，欲打造南京“清洁空气廊道”。南京环保局的研究资源显示，南京的地理形势为三面环山，一面临江，呈簸箕状，客观上不利于空气中污染物的扩散和排除，这也是南京位列三大火炉的原因之一，学者们发现南京的长芦—玉带—八卦洲之间有一条4公里宽的风道，是南京的生态通风走廊，若能保障这条城市主风道的畅通，可以显著减少污染物在城市上空的滞留时长，对净化城市大气、消减热岛效应将发挥比较明显的作用。“清洁空气廊道”计划拟利用城市主导风向——东北风及山体河谷等自然条件，形成有利于大气污染物扩散的城市和区域空间格局，确保郊外的新鲜空气与城市的热空气进行有效置换，争取在2017年底之前将风带内排放废气的企业全面清退。2013年，杭州市规划局和环保部门也已开始研究城市风道，希望在杭州建设一个城市风道，将郊外的新风引入主城区。但有些专家表示，杭州的气候特征决定了风道的主要作用是缓解城市热岛效应，驱霾效果无法保证，因为杭州冬季气温较低，城市和郊区的温差相对较小，难以形成风道[14]。福州市于2014年1月出台了《生态福州总体规划》，规划中，城市风道建设被列为福州生态建设的重要内容。闽江是福州市的唯一通风口，由于江边高层建筑的不合理布局阻碍了风口形成屏风效应，城区闷热不堪，加剧了城区大气污染。按照通风廊道、通风口的建设模式，福州将规划“一轴十廊、一门多点”的通风格局，以闽江和乌龙江河道为主通风轴，选取10条连接主通风轴、向城市各方向放射的内河河道，在这些风道走廊内控制建筑物高度，以期达到风在通道内来去自由，夏天降温、冬天除霾的生态服务目标。此外，合肥的大气污染也比较严重，2014年6月合肥市政府表示，要筹划研究城市风带，借风吹散雾霾。

3北京及周边地区的风口与风道研究

北京作为首都城市，其日益严重的雾霾污染严重制约了北京的可持续发展和国家形象。北京处于内蒙高原与华北平原的过渡地带，西北以西山为依托，东北凭军都山作屏障，两大山脉在昌平关沟一带交汇，城市依山面向东南渤海倾斜走低，构成了面向东南渤海凹向展开的半圆形簸箕状地势，学者称其为“北京湾”。北京属于季风气候区，冬季盛行偏北风，夏季盛行偏南风，春、秋为南北风向转换季节。北京盛行风向因不同的地形条件而异，河谷地带盛行风向多与山谷、河流的走向一致[15]。气象统计资料显示，一年中北京地区偏北风频率略高于偏南风频率，并形成三个比较典型的风带：北京密云潮河谷、昌平南口和门头沟永定河谷三大风带。与其相对应，北京湾内小平原有三大新风进口，分别是昌平南口、密云水库，以及门头沟三家店。丁军认为，北京半封闭的地理环境造就了关沟南口独特的新风资源生态服务价值[16]。丁军认为，南口具有有别于其他风口的七大特征：一是南口处于冬春主导风向为西北风的北京城区的上风向，它距离中关村约25公里，对城区空气质量影响最大；二是与同处于城区上风向的密云水库距离城区更近；三是南口还是包括流村、马池口、阳坊和南口农场在内的五大风沙危害治理区之一；四是该区域聚集了相当多的低端产业；五是南口还是同一风带上游五大风沙危害治理区之二——康庄风沙区扬尘的承接区；六是三大风带中，西北风带风速最大，南口新风库一带瞬间风速可达122.4公里/小时；七是南口处于北京城区西北高位，空气干燥，极易扬沙起尘。上述七重因素的叠加作用，使得南口新风带成为对城区空气质量直接影响最大的上风口。马池口西部处于南口新风带区域的核心位置，其辖区内温南路坦克博物馆至葛村路段周边方圆十余平方公里内，不仅是各大沟口风带的交汇区，还是重度污染源群落的聚集区。马池口西部及周边聚集的砂石场、煤场、混凝土搅拌站、沥青材料冶炼厂、建筑垃圾场、重卡运输通道等低端产业，导致随风卷起的灰尘暴和长期弥漫的沥青烟等给下风向的北京城区带来了严重的、源源不断的“新风增霾效应”和“粉尘承接效应”。北京城市规划应当确立“新风大系统”理念，按照“新风流动场”的原理，优化北京生态空间布局。在目前城区风道建设困难重重的情况下，可从城市上风口—南口风带区域的风库和风廊道的生态规划建设开始做起，充分发挥风口生态区域对新风的过滤、降解、抑尘、增氧、加湿和调温之驯化和涵养功能。2014年7月1日，北京召开了城市环境国际学术研讨会。北京市环科院生态与城市环境研究所所长刘春兰表示，目前北京正在修订的城市总体规划中，设置了专门的章节阐述风道内容，这是北京首次系统性和全规模地进行风道研究，有关北京主导风向的通道识别、维护等研究结果会不日。但也有学者对北京规划建设城市风道持有异议：有专家表示，北京雾霾严重时，混合层高度在300～1000米左右，即使利用建筑群形成所谓的风道，高度也远不及1000米，无法驱散雾霾。此外，在既定的北京建筑格局内再规划风道困难重重，高楼密集，即便风道建成，风向对流的效果难以确定[18]。张蔷等对北京大气污染物的监测结果曾指出，北京地面污染物垂直扩散受阻，在200米高度附近形成了一个滞留带，造成高层污染浓度大于地面[19]。但冯娴慧、魏清泉的研究结果显示，近地面风环境状况对于汽车尾气污染的稀释清除有重要的影响[20]。北京市林业局提供的数据显示：2000年北京出现的十多次扬尘天气中，低空扬尘本地污染率占到80%，而高空扬尘本地污染率仅占20%，可见，北京治霾的重心在于解决低空污染物，上风口污染源的治理是重心中的首要任务。

4主要结论与展望

虽然学术界对城市风道建设的意义尚存争议，然而合理规划城市建筑格局，因势利导，开发风资源的生态服务功能却已是国内外诸多城市规划的共识。通过对国内外城市通风廊道建设的分析，我们可以得出一个启示：新风资源对城市，尤其是对北京这样空气污染十分严重的大城市而言，是不可多得的稀缺绿色资源，新风生态资源的合理利用不容忽视。建设城市风道能帮助城市调节微气候、改善城市微循环、清洁城市空气，降低城市热岛效应。对风口新风资源的研究和利用是发挥城市新风资源生态功能的关键。城市新风资源的研究方兴未艾，涉及自然科学与社会科学两大领域中的多门学科，融合性高，协作跨度大、应用性强，甚至涉及地方利益格局的调整可能面临的困难，需要城市规划、生态经济、气象学、地理学、建筑工程、环境保护、区域经济、城市管理等多学科专业研究人员的分工协作和艰辛探索，希望城市新风资源的生态服务功能可以尽早造福我们的城市和人民。

作者：丁军 白玉华 单位：北京市社会科学院经济所 广西财经学院