改善杭州城市气候环境的策略研究

◎ 俞 布 张玮玮 梁卓然 胡德云 崔 洁

提 要：城市化发展在给当地带来机遇和便利的同时，也对城市气候环境产生了明显的影响，如城市热岛、通风不畅、空气污染等气候环境问题。随着公众对气候变化与全球变暖的意识逐渐增强，适应气候变化创造宜居城市环境是当前城市气象、规划部门的重要课题。然而在目前的城市规划设计中对城市气候信息的应用却非常有限，甚至较少考虑城市气候问题，以至于未来城市将不可避免地面临更加严峻的城市病。本文结合杭州城市气候环境研究，介绍了杭州城市气候环境现状，城市气候环境图的构建方法，并提出多种改善城市气候的规划策略。明确指出开展城市气候环境图研究对实现城市规划多规合一的重要性和必要性，同时也为我国快速城镇化中气候信息在城市规划中的应用提供了可借鉴的参照范例。

政府间气候变化委员会（IPCC）第五次评估报告指出，1880～2012年全球平均地表温度上升约0.85℃，2016年全球平均气温14.83℃，为有记录以来全球最高平均气温。根据杭州近66年气候观测记录，杭州年平均气温增幅0.28℃/10年，高于全国0.25℃/10年。2016年杭州年平均气温达到18.2℃，为1951年以来历史第三高值，仅低于2007年（18.4℃）和2006年（18.3℃）。同时，结合杭州平均风速特征来看，20世纪80年代以来杭州平均风速呈现明显减小趋势，降幅约每10年0.36米/秒，这与杭州城市发展的集中期相对应。由此可见，在全球变暖与快速城市化背景下，大部分城市普遍存在高热压、通风不畅的城市病，并对城市生态环境与居民身心健康构成严重威胁。同时，城市静风特征与空气污染息息相关，尤其是在静稳天气控制下的晴朗夜晚更为严重。当盛行风对城市通风的驱动作用受到限制时，需要结合城市通风廊道或山谷风、海陆风等局地环流，将周边山区或郊区的新鲜空气引入城区，促进城市通风。因此，城市总体规划设计必须考虑城市通风特征，并在关键的通风结点上设置必要的开敞空间，并对该地区的建设强度加以限制，进而改善城市内部的通风环境，提高人体舒适度水平，这也是开展城市气候环境图（Urban Climatic Map）研究的主要目的。

一 杭州城市气候环境现状评价

（一）城市气候变暖趋势明显，热岛效应加剧，并呈现外疏内聚、岛链分布的热空间形态

近五十年来，杭州年平均气温增幅0.28℃/10年，高于全国0.25℃/10年，高温日数增加3.3天/10年；平均热岛强度1.5～2.0℃，属于中等到强热岛等级，极端小时热岛强度达5℃，略低于上海的6℃。杭州呈现外疏内聚的热分布形态，以山地丘陵和江湖湿地为载体的六条生态带为临近城市的重要冷源，对城市具有明显的热疏解作用。以主、副城和城市组团为核心的城镇区域则表现为热聚集区，呈现组团式、岛链状的热分布特征（见图1）。杭州主城、滨江-萧山、下沙、临平、临安、富阳六个城市热组团，另有未来科技城和大江东产业集聚区呈现潜在的热聚集状态。目前，除主城、滨江-萧山两组团外，各热组团总体保持良好间距，并在钱塘江两岸分别形成两条东西走向的城市热岛链。随着城市扩展，临平、下沙热组团具有西向蔓延趋势，并有可能与主城热组团合并，而原本相互独立的滨江-萧山热组团继续呈现合并扩张的发展趋势，有可能使杭州的“链状”热岛特征消失，形成围绕主城的“摊大饼式”强热岛中心。

（二）城市通风能力减弱，城区静小风特征明显，但郊区尚存在可利用的风资源区

图1 杭州城市热岛结构分析

20世纪80年代以来杭州城市平均风速显著降低，降幅约0.36米/秒/10年，高于全国指标0.12米/秒，并呈现城区静小风“低谷”特征，中心城区风速较郊区偏小30%。根据城市通风潜力现状，杭州郊区存在5个通风良好的大风资源区（见图2），分别为东天目山—径山大风区、灵山—龙坞—午潮山大风区、龙门山大风区、钱塘江大风区和江东湿地大风区，该地区平均风速大于3米/秒，为城区周边的重要通风源地；同时，城市小风区、富春江沿岸小风区和临浦谷地小风区为杭州现存的3个通风条件一般的区域，平均风速低于1.2米/秒。受两侧山体对冬、夏季主导风的遮蔽作用，富春江沿岸为杭州冬季小风区，临浦谷地为杭州夏季小风区。受西部山地和东部海洋气候调节作用，杭州存在山谷风、山地平原风和海陆风等局地风资源，是静稳天气条件下可利用的清洁风源，可以有效地改善局地风流通环境。其中，海陆风主要影响大江东地区，山谷风和山地平原风资源主要分布在北部东天目山—径山、西部西湖风景区及南部青华山、石牛山一带。此外，受地形遮蔽及中、小尺度局地环流影响，杭州城市主导风空间差异明显，并可划分为14个风玫瑰分区。

图2 杭州冬、夏季风环境分区结构（左图冬季 右图夏季）

（三）城市短历时、致灾型降水概率增大，暴雨强度空间差异明显

杭州呈现小雨日数减少、大雨日数增多特征，其中3～6小时短历时、致灾型降水概率明显增大。杭州城区1年、5年和10年一遇1小时雨量最大值分别为46毫米、75毫米和87毫米。此外，根据各历时最大降雨量空间分布，杭州城市暴雨强度空间差异明显，并可划分为17个暴雨强度公式分区。受地形迎风作用和局地气候影响，余杭北部、富阳南部、萧山中部及下沙东部为杭州城区暴雨强度中心区，而萧山南部、余杭东部等区域暴雨强度总体偏弱。

二 杭州城市气候环境图的构建

城市气候环境图理论是指从城市气候与环境学角度分析宏观、中观和微观尺度下城市现有的问题，通过对城市各项气候参数，如风向、风速、太阳辐射、气温等信息的分析，以地图册的形式展现城市中现存的环境和气候状况，继而将所有科学研究结果转化为有针对性的城市规划建议，提供给城市规划师、建筑师、政府管理者等。参考国内外研究思路及技术方法，我们构建了针对杭州城市气候环境图的研究框架，并主要从四个方面展开研究。①客观评估杭州城市热环境、风环境气候环境特征，明确杭州存在的主要城市气候环境问题。②定量分析自然地理环境和人为活动因素（包括人为热、城市建筑形态等因子）对城市气候环境的影响，并结合气象数值模拟分析划定杭州城市优良气候资源空间和较差城市气候待偿空间，初步形成杭州城市气候分析图。③针对杭州现存的城市气候环境问题，综合划定城市优良气候资源空间和亟待改善的气候待偿空间。通过构建城市气候规划建议图，预留出可用于城市气候环境改善的气候敏感空间，并给出相应城市规划调整建议及用地策略。

同时，在研究过程中应用气象观测、数值模拟、空间分析和规划设计四种主要技术手段。①基于气象观测的城市气候特征分析。运用杭州市域范围内约309个自动气象站近十年的气象观测数据，分析杭州城市气温、风、降水要素的时空分布特征，明确杭州面临的城市气候问题，以及可用于规划利用的城市气候环境资源。②采用城市气象多尺度数值模式，开展针对杭州城市现状气候特征，以及城市规划方案情景下气候特征的模拟分析。通过对比两者的差异，提出杭州城市气候规划的合理策略或方案，以达到改善局地城市气候条件，提高城市气候舒适性的目的。③基于可分辨城市建筑形态和精细遥感影像来定量分析杭州城市气候环境。包括对自然环境（如海拔、坡度、植被覆盖、水系分布等）和典型城市形态因子（天穹可见度、建筑密度、建筑表面积、迎风面系数等）对杭州城市气候环境的影响评价。利用多时相高分辨率遥感影像分析杭州城市地表热环境，进而研究杭州城市热岛、城市冷岛的时空分布及其成因。④提供杭州城市规划应用策略，基于杭州城市气候热环境和风环境气候分析图综合构建杭州城市气候环境规划建议图。协同城市规划师详细分析杭州城市气候环境特征，实现气候语言向规划语言的转化，最终以规划应用视角完成包括杭州城市通风廊道和城市热环境改善的气候规划建议图（见图3）。

图3 杭州城市气候规划建议

三 改善杭州城市气候的策略

（一）预留保护城市风廊，改善城市呼吸

一级通风廊道为杭州的“城市通风动脉” （见图4）。目前，现存的一级通风廊道主要分布在城郊，为杭州主要城市通风空间。受冬季西北风，夏季偏南、偏东风的主导风影响，杭州一级风廊总体呈“三纵三横”格局。其中冬季风道分为六条，总体呈西北—东南方向，包括西部南苕溪、北苕溪两条风道，东部江东风道，萧山东风道，南部浦阳江风道及北部余杭东风道。夏季风道分为五条，总体呈西南—东北方向，包括北部苕溪风道，中部钱塘江风道，南部富春江风道，以及东部的两条杭州湾风道。目前，杭州一级风廊主要以生态空间或低强度开发空间为主，基本形态保存良好。

图4 杭州冬、夏季一级城市通风廊道建议

二级通风廊道主要分布在城市边缘，作为一级风廊向城市内部延伸的“城市通风静脉”，呈现“六横四纵、外承内接”的空间分布特征。六横分属留石风道、余杭塘河风道、西溪风道、德胜风道、机场高速风道和湘湖风道；四纵为下沙风道、运河风道、良渚风道和沪昆高速风道。受城市下垫面粗糙度增大影响，二级风廊的通风能力有限且难以实现城市贯通。后期需结合城中村改造、腾退用地等城市改造契机，预留并拓宽通风廊道，尽可能向城市内部延续通风空间。

三级通风廊道总体位于城区内部，呈现“五横七纵”布局（见图5）。三级风廊已不具有明显的通风功能，但仍可作为二级风廊渗入城市内部的“毛细血管”，可以通过绿廊规划的方式合理布局，对缓解局部热压，改善局地空气流通具有重要的气候价值。

图5 杭州二级、三级城市通风廊道

（二）修复拓展生态缓冲区，疏解城市热岛

在城市总体规划层面，对以生态带为载体的热疏解区需加强保护，并强化对临近城市生态冷源的禁建控制。在六个城市热岛组团之间，需结合城市一、二级通风廊道修复并构建连续、稳定的生态缓冲区，有效隔断各热岛组团，保持良好间距的岛链形态，控制热岛组团的蔓延趋势。同时基于三级通风廊道（城市绿廊），构建由外而内的城市绿楔，由此打通城市组团外围与内部的空间联系，促进城市热岛的缓解。

在详细规划层面，通过与控规单元结合，基于地块的热压状况适时调整用地性质、建设强度及绿化率等规划指标（见图6）。针对热岛较强的区域，应强化气候论证，构建可与外部生态带及绿楔相联系的带状绿地，并鼓励城市中心绿化、屋顶绿化和立体绿化。

图6 杭州城市热岛疏解分析

（三）强化小气候资源应用管理，推进城市分区精细规划

杭州绘制完成覆盖市域范围的分区风玫瑰图和分区暴雨强度公式，在城乡规划、小城镇规划、海绵城市建设时，各归属行政区均应结合属地风玫瑰和暴雨强度公式加以应用。同时在气候变化背景下，每隔10年适时修编分区风玫瑰图和暴雨强度公式。此外，应强化对山谷风、海陆风等气候资源的保护和控制性开发，如山脊鞍部和山谷不宜作为建设用地，局地风流域应避免布置工业用地等，如因公共需要确须进行规划、建设时，应提前进行气候可行性论证。

（四）注重气候可行性论证，融入杭州城市“多规合一”

气候可行性论证是针对城市气候环境的重要规划评价策略。目前，世界上已有15个国家超过50个城市开展相关研究和应用。未来杭州需推动针对城镇规划、重大工程建设的气候论证，注重对项目气象安全及对周边气候环境影响的综合评价。通过建立常态管理机制，将气候可行性论证纳入城市管理体系。同时，根据国家发展改革委、国土资源部、环境保护部、住房城乡建设部等部委联合下发的 《关于开展市县“多规合一”试点工作的通知》，杭州已经基本实现了城市规划的“多规合一”，将国民经济和社会发展规划、城乡规划、土地利用规划、生态环境保护规划等多个规划融合到一个规划体系中，解决现有各类规划自成体系、内容冲突、缺乏衔接等问题。然而值得注意的是关于城市气候环境的相关信息尚未全面应用到城市规划系统中。例如目前的城市规划往往仅依靠单一的城市风向玫瑰图，并未充分考虑城市通风、城市环境容量等气候信息，气候学家并未真正参与到城市总体规划设计当中。因此，在推进多规合一融合时，需增强城市气候对城市规划和管理的引导作用，使得城市气候真正融入杭州城市总体规划。