城市雾—霾、高温与通风道研究

卢山

摘要：近10年，我国雾-霾、高温的日数和强度明显增加，并频现大中城市，已严重威胁生态环境与市民身心健康。通过对济南、信阳两市城区不同地段的风速、能见度及气温等资料进行统计，分析其分布规律。信阳市新区的“两纵一横”宽直街道很好的承担了城市通风道功能；而济南市尚没有构建城市通风道措施。城市通风道的构建应依据城市盛行风设置街道走向，当作城市通风道的街道宜笔直贯穿城区，较大城市，还应设置多条平行的通风道。当城市盛行风向不明显时，宜设置多条相互垂直的通风道，同时应当与山谷风、海陆风等自然环流风向相近。

关键词：通风道；风速；能见度；高温；雾霾

1城市通风道对城市风速的影响分析

1.1济南地面风特点

笔者从济南市气象站64年资料数据分析发现，随着城市化发展，济南市区地面风速呈现逐年下降的趋势。与21世纪初相比，1.5米，秒以下的静小风发生概率由16%至20%提升到接近30%。而根据2011年—2014年间龟山站和城区站得到的资料，在10-3月雾-霾高发的月份，平均风速呈现非常明显的逐年递减的趋势，而且越靠近中心城区，平均风速逐年递减的趋势越显著。近年来，近地层风速变小的趋势还在持续。

济南站在十六里河龟山顶上，海拔高度为170米，我们以济南龟山站为实际大气环境风，来分析济南市城区风分布规律。而城区大部海拔高度在30-50米，所测风向多受周围街道影响，没有可比性，仅比较分析风速大小特点。由于我们分析下垫面对风速影响，就忽略海拔高度对风速的影响。

泉城广场站周围有东西向长约2km，南北宽约200m的狭长地带为广场公园绿地或高度小于20m的多层建筑。

市政府站位于市政府院内，周围为建筑包围，门前道路狭窄只有30m左右，东边站前路和纬二路也不足45m，道旁树木高大，且街道弯曲。

从图1可以看出，龟山站静风较少，城区站≥4.1m/s基本一致，百花公园和泉城广场两站仅静风差11%，其它差别不大，也反映出泉城广场稍开阔，对静稳风抑制小。市政府站风速受周围环境建筑物和高大树木阻挡，>4m/s风速出现极少，且≤1.0m/s和静稳风占比达86%，说明周围街道对地面风阻挡最严重。

1.2信阳地面风特点

信阳市新区第七大街东西笔直长17km，路面宽度80m，加上建筑退让达到180-200m，是名副其实的城市通风道，第七大街中段北侧有一个0.6*0.6km2百花园；南北向有第六大街和第二十四大街笔直长均超过6km。信阳市老城区东风路口为主干道近南北向的民权路（最宽处仅38m）和东西向的东方红大道（最宽处为45m）交叉口，两条主街道弯曲，是老城区中心，街道两边高楼林立。测点位于西南角小广场内，广场80m*50m，四周被10-20米高的树和建筑包围。

我们借用两台手持三杯轻便测风表分别在百花园和东风路口进行对比观测，并将谭山包站风经订正后，得到表1数据。由于新、旧城区人工对比测风有效数据仅有565组，我们将其分為五个区段。

从表1可以看出，信阳老城区东风路口3.0米，秒以下的静小风发生概率为74.1%，比谭山包站和百花园分别高28.6和21.5个百分点。主要原因除因城市发展、高楼林立，下垫面的粗糙度增加外，更为主要的是街道狭窄弯曲，无长、直、宽街道贯穿市区，不利于城市风的形成，阻碍郊区风的进入和高层风向地面传导。

2城市通风道对城区能见度的影响分析

2.1济南雾霾特征

由于济南市南依泰山，在春季温度回暖时，偏小的西南风受泰山的阻挡抬升作用，将悬浮颗粒物吹落到泰山脚下堆积，容易形成霾；而在秋、冬季的主导风向为东北风，受泰山的阻挡抬升作用，弱冷空气来临时，济南风速较小，逆温层不易被破坏，霾的持续时间较长。

从图2中可以看出雾霾总日数与城区范围呈正相关。而霾的日数分布更明显，依次为济南、章丘、长清、济阳、平阴和商河。轻雾（雾）日数还与水汽相关，黄河边水汽充沛湿度大，轻雾（雾）日数就多（如商河、济阳）。

以济南市区二测站（龟山、燕山立交）2013年10月-2015年3月间的10-3月的能见度监测仪每分钟自动测试记录（45万—47万有效数据），统计分析济南市区能见度分布特征。

从表2可以看出，≤5.0km能见度两站基本无差别，高浓度雾霾多为天气环流影响所致，两站基本相同，而5-8.5km燕山立交是龟山站的2.5倍，且≤8.5km时段占71.2%。说明济南市区10-3月多达70%以上被雾霾笼罩，也说明其中至少有2/3为城市影响所致。还可以从测站周围道路分布可以看出，燕山立交位于市区中心，东西向有经十路与南北向二环东路交汇，车流量大，同时道路两边高楼林立，且纵横街道都弯曲，东、南方向被山体阻挡，气流不易顺畅穿过，造成燕山立交周围的灰霾不易扩散。说明市区“浊岛”效应非常明显。

2.2信阳市雾霾特征

在信阳市新、老城区我们仅以雾霾时段36对人工观测资料结合谭山包站自动观测资料分析，由于人工观测精度低，数据仅分三段分析。

表3反映，老城区能见度没有>10.0km的，5-10.0km明显多于新区和观测站，新区与观测站相差不大。且老城区雾霾形成快、消散慢、持续时间长、浓度高，与济南类似。同时还有一个特点，有通风道区域的雾霾消散提前时段比形成落后时段明显。

3城市通风道对城市热岛效应的影响分析

仅以济南市2013、2014年7、8月份日最高气温分布说明城市热岛效应，由于百花公园站记录缺测较多，没有统计意义，故仅以泉城广场和市政府站记录分析，并以信阳新旧城区轻便通风温度表观测32天317组气温数据进一步佐证。

从表5信阳新、旧城区气温与观测站平均差值表可以看出：旧城区比新区要高2℃以上，个别最大达到4.2℃，新区与观测站差值在0.3℃左右，比较稳定。

我们以济南2013年8月11日8时—12日7时气温纪录，进一步分析24小时温度演变分布情况，如图3。

全天记录有轻雾，能见度为6.9—8.5km。13时至次日5时升温明显，特别是在15时至3时差值较大，最大的市政府站达到5.8℃，“热岛”效应特别明显。5-10时差值较小；从温度值看，37℃以上差值更大。23时15分龟山测站记录开始降雨，各测站于12日23时3分前后相继转偏北风，龟山站风速达11.9m/s，气温下降，城区内测站降温缓慢。

我们又分析了济南城区三站高温日数、平均最高气温和极端最高气温分布特征，均呈逐年递增趋势，且它们相互间存在显著的正相关。从另—个方面佐证，通风道对城市热岛效应的影响。

结语：通过分析雾霾天气条件下济南和信阳两市低能见度的分布和演变特征，并结合观测数据进一步研究城市通风道影响城区风速、能见度、高温的原因，验证了缓解城市“热（浊）岛”的通风道措施效果明显。主要结论为：（1）通风道措施可以有效减少5-10.0km低能见度雾霾时段，缓解雾霾影响时间。还有利于雾霾消散，且消散提前时段比形成落后时段明显。（2）城市通风道宜笔直长度大于2km，宽度大于50m，无障碍物横亘，街道边缘建筑物高度差异小。（3）济南市没有城市通风道，信阳市新区的“两纵一横”宽直街道（第六、第二十四和第七大道）很好的承担了城市通风道功能。endprint