新風資源生態服務功能研究范文

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《生態經濟雜志》2015年第七期

1新風資源的環境效應

1.1減輕城市熱島效應隨著城市化進程的加速，城市建筑物密集度越來越大，建筑物、硬化的路面比土壤和植被具有更大的吸熱率和比熱容，導致城市地區氣溫普遍高于周圍的郊區氣溫，高溫的城區仿佛置身中的島嶼，學術界稱此現象為城市熱島效應。城市熱島效應的形成有兩個原因：氣象條件和人為因素。氣象條件主要包括天氣形勢、風速、云量、大氣穩定度等；人為因素主要包括下墊面的改變、人為熱、大氣污染等[3]。學術界的研究成果已經表明，城市中的風與熱島效應存在著重要關聯。霍飛、陳海山利用耦合模式WRF-UCM模擬了上海、南京兩個地區4次城市熱島現象，發現城市熱島效應高溫的水平分布與大尺度環境風場之間有著密切的聯系，下風向郊區的氣溫受到上游城市的影響，明顯高于其他方位郊區的氣溫[4]。黃柏良分析了2005～2009年長沙市混合層高度特性及其與近地面氣象參數關系，證明了熱島強度隨混合層高度和風速增加而降低，在熱源和污染源強度不變的前提下，提高城市通風系數能有效改善城市熱島效益和空氣污染[5]。張艷統計了1987～2004年上海四季平均熱島強度，證實了風速大小與城市熱島效應有著明顯的負相關關系：風速小，氣壓梯度小有利于熱島的生成。費翔鷹針對福州晉升2007年新“四大火爐”事件對福州風口與江濱區的建筑布局進行了相關性分析，證實了江濱區建筑格局的“屏風”效應加劇了福州市的熱島效應[6]。因此，城市若引進新風資源，可借助“新風流動場”原理驅散積滯在區域內的熱量，大大減輕城市熱島效應。

1.2延展綠地的生態效應城市風資源不僅僅可以發揮其自身對空氣污染物的稀釋和散熱效應，它對其它生態資源的生態功能也發揮著顯著的輔助、延展作用。馮嫻慧認為風可以稀釋受污染的空氣，綠地可以過濾污染的空氣。風與綠地的結合可以最大程度地發揮二者的空氣凈化功能，風能夠顯著擴大綠地的生態效應范圍。她認為綠地的凈化能力有限；有了綠地吸收過濾的配合，風的凈化效果才能更好[7]。城市需要的是大面積結構疏透、能夠通風過濾的生態綠地來改善整體環境，大面積的綠地才能發揮其調節區域氣溫、改善城市環境質量的生態功能。但現實中我國很多城市的綠地面積無法滿足實際需要，許多研究人員對城市綠地的空氣凈化情況進行了監測，發現：一是道路綠地對有害氣體如NOX等的吸收作用非常微弱；二是綠地內的氣溫與周圍道路相差無幾。相較而言，降雨或通風對大氣污染的凈化效果優于道路綠地；三是大型綠地對城市環境的影響強度隨著城市半徑的擴大而逐漸減弱，綠地的空氣凈化和溫度條件功能通常只作用于其內部及周圍很小的范圍內。綠地只有在風的協同作用下才能充分發揮綠地的凈化功能，擴展綠地的凈化范圍。對風而言，風雖然能夠稀釋氣態污染物，但若缺失綠地“相助”，風對大氣中的氣溶膠和粉塵無法發揮其凈化效果，反之還極有可能加劇揚塵污染。因此，風與綠地協同作用可以延展綠地的生態服務功能，最大限度地發揮兩者的功用。馮嫻慧認為，城市內部公園綠地與通風廊道若能聯通，城市大氣質量將能得到很大的改善。

2風口和風道的國內研究現狀

風口和風道研究是構建城市通風廊道、發揮風的生態服務功能的關鍵環節。城市風口，是指城市盛行風進出的位置。城市風道，即通風道，是風的通道，其空間形態可以是點、線、面中的任何一種，或幾種彼此相連[8]。風道是城市和區域間的熱傳遞網絡，幫助城市大氣循環良性運轉。基于風資源的生態服務功能，國內許多學者對城市風口、風道進行了監測研究，如趙旭春等對烏海市冬季大氣污染與氣象條件的關系進行分析時[9]，發現1990～1997年烏海市冬季主導風向為西南風，偏南風頻率遠高出偏北風，西南部是城市的風口。然而烏海市的污染企業中有許多分布在城市的西南方向，城市正處于下風口，工廠排出的污染物隨風進入烏海市區，形成明顯的新風增霾效應和灰塵承接效應。吳彥等對烏魯木齊大氣污染物的空間分布和地面風場效應進行了相關分析，發現該市冬季偏南和偏北有輻合型流場，夏季整個城市為輻散型流場。烏市地面和高空風場常年都有偏南風，也即該市的風口主要位于城市南部地區，然而該市西南方向、偏南方向、東南方向分布著天山水泥廠、紅雁池發電廠及紅雁池第二發電廠，西南方向城區外是大片采石場。這些污染物排放量大的企業分布在城市的上風口，顯著影響了烏市的空氣質量[10]。新疆老風口是世界聞名的風區，其夾于兩山之間的特殊位置造就了老風口地區明顯的狹管效應，整個區域處于巨大的風道之中，各種自然災害頻發。針對這種情況，趙晶等采用“以災治災”的理念對老風口地區進行了生態發展設計[11]，該設計利用風力對積雪進行合理的引導和攔截，將攔截、融化后的雪水用于改善土壤，增加土壤蓄水能力，改善土壤干旱情況。同時，該設計還將治災與景觀塑造相結合，實現生態、社會、經濟等多重效益。費翔鷹等研究了福州熱導效應形成原因，他們通過專家訪談和實地調查得出結論：閩江是福州唯一的風口，但風口區域卻聚集了許多高層建筑，對福州市的風道造成了人為阻滯，客觀上形成屏風效應。基于該結論，他們建議福州在進行上風口地塊規劃時應對建筑布局進行綜合設計、合理規劃，形成有利于建筑自然通風的空間格局。莫芳等利用涼山州17站點近四十年10米風塔和部分區域站有關風的觀測資料，對涼山州風速的年際變化、月變化、日變化及風速頻率、有效風時數、平均風能密度進行了統計和計算，發現涼山州風資源地形效應顯著，季節性強、風向穩定，有兩個較為顯著的風帶：一是以德昌為代表的安寧河沿線，風資源豐富，是風資源可利用地區；二是鹽源、普格、喜德縣境內一些地區的平壩、山口、河谷為季節性風帶，研究建議季節性開發利用。

該研究成果著眼于開發涼山州的風電功能，但對如何利用城市風帶發揮風資源的生態服務功能研究尚欠缺。實踐層面，國內一些城市如武漢、南京、杭州、福州、合肥等均陸續開始謀劃利用城市風道發揮風資源的生態服務功能。武漢是國內最早開展城市風道研究和實踐的城市，早在2009年該城就出臺了規劃，明確要利用東湖、湯遜湖等6片生態楔形綠地，形成6條風道，引城外涼風入市，減輕市區熱島效應。但是規劃并未得到完全落實，部分風道被商業房地產項目蠶食，一些風口被高層建筑堵塞。為此，2012年武漢在國內率先啟動《城市風道規劃管理研究》的編制工作，利用氣候數據、地理地貌信息、規劃和土地利用信息等，對武漢風道基礎條件進行定量分析，建立城市風道評價體系，形成武漢市風道總體布局初步設想。南京則制定了《南京大氣污染防治行動計劃》，欲打造南京“清潔空氣廊道”。南京環保局的研究資源顯示，南京的地理形勢為三面環山，一面臨江，呈簸箕狀，客觀上不利于空氣中污染物的擴散和排除，這也是南京位列三大火爐的原因之一，學者們發現南京的長蘆—玉帶—八卦洲之間有一條4公里寬的風道，是南京的生態通風走廊，若能保障這條城市主風道的暢通，可以顯著減少污染物在城市上空的滯留時長，對凈化城市大氣、消減熱島效應將發揮比較明顯的作用。“清潔空氣廊道”計劃擬利用城市主導風向——東北風及山體河谷等自然條件，形成有利于大氣污染物擴散的城市和區域空間格局，確保郊外的新鮮空氣與城市的熱空氣進行有效置換，爭取在2017年底之前將風帶內排放廢氣的企業全面清退。2013年，杭州市規劃局和環保部門也已開始研究城市風道，希望在杭州建設一個城市風道，將郊外的新風引入主城區。但有些專家表示，杭州的氣候特征決定了風道的主要作用是緩解城市熱島效應，驅霾效果無法保證，因為杭州冬季氣溫較低，城市和郊區的溫差相對較小，難以形成風道[14]。福州市于2014年1月出臺了《生態福州總體規劃》，規劃中，城市風道建設被列為福州生態建設的重要內容。閩江是福州市的唯一通風口，由于江邊高層建筑的不合理布局阻礙了風口形成屏風效應，城區悶熱不堪，加劇了城區大氣污染。按照通風廊道、通風口的建設模式，福州將規劃“一軸十廊、一門多點”的通風格局，以閩江和烏龍江河道為主通風軸，選取10條連接主通風軸、向城市各方向放射的內河河道，在這些風道走廊內控制建筑物高度，以期達到風在通道內來去自由，夏天降溫、冬天除霾的生態服務目標。此外，合肥的大氣污染也比較嚴重，2014年6月合肥市政府表示，要籌劃研究城市風帶，借風吹散霧霾。

3北京及周邊地區的風口與風道研究

北京作為首都城市，其日益嚴重的霧霾污染嚴重制約了北京的可持續發展和國家形象。北京處于內蒙高原與華北平原的過渡地帶，西北以西山為依托，東北憑軍都山作屏障，兩大山脈在昌平關溝一帶交匯，城市依山面向東南渤海傾斜走低，構成了面向東南渤海凹向展開的半圓形簸箕狀地勢，學者稱其為“北京灣”。北京屬于季風氣候區，冬季盛行偏北風，夏季盛行偏南風，春、秋為南北風向轉換季節。北京盛行風向因不同的地形條件而異，河谷地帶盛行風向多與山谷、河流的走向一致[15]。氣象統計資料顯示，一年中北京地區偏北風頻率略高于偏南風頻率，并形成三個比較典型的風帶：北京密云潮河谷、昌平南口和門頭溝永定河谷三大風帶。與其相對應，北京灣內小平原有三大新風進口，分別是昌平南口、密云水庫，以及門頭溝三家店。丁軍認為，北京半封閉的地理環境造就了關溝南口獨特的新風資源生態服務價值[16]。丁軍認為，南口具有有別于其他風口的七大特征：一是南口處于冬春主導風向為西北風的北京城區的上風向，它距離中關村約25公里，對城區空氣質量影響最大；二是與同處于城區上風向的密云水庫距離城區更近；三是南口還是包括流村、馬池口、陽坊和南口農場在內的五大風沙危害治理區之一；四是該區域聚集了相當多的低端產業；五是南口還是同一風帶上游五大風沙危害治理區之二——康莊風沙區揚塵的承接區；六是三大風帶中，西北風帶風速最大，南口新風庫一帶瞬間風速可達122.4公里/小時；七是南口處于北京城區西北高位，空氣干燥，極易揚沙起塵。上述七重因素的疊加作用，使得南口新風帶成為對城區空氣質量直接影響最大的上風口。馬池口西部處于南口新風帶區域的核心位置，其轄區內溫南路坦克博物館至葛村路段周邊方圓十余平方公里內，不僅是各大溝口風帶的交匯區，還是重度污染源群落的聚集區。馬池口西部及周邊聚集的砂石場、煤場、混凝土攪拌站、瀝青材料冶煉廠、建筑垃圾場、重卡運輸通道等低端產業，導致隨風卷起的灰塵暴和長期彌漫的瀝青煙等給下風向的北京城區帶來了嚴重的、源源不斷的“新風增霾效應”和“粉塵承接效應”。北京城市規劃應當確立“新風大系統”理念，按照“新風流動場”的原理，優化北京生態空間布局。在目前城區風道建設困難重重的情況下，可從城市上風口—南口風帶區域的風庫和風廊道的生態規劃建設開始做起，充分發揮風口生態區域對新風的過濾、降解、抑塵、增氧、加濕和調溫之馴化和涵養功能。2014年7月1日，北京召開了城市環境國際學術研討會。北京市環科院生態與城市環境研究所所長劉春蘭表示，目前北京正在修訂的城市總體規劃中，設置了專門的章節闡述風道內容，這是北京首次系統性和全規模地進行風道研究，有關北京主導風向的通道識別、維護等研究結果會不日。但也有學者對北京規劃建設城市風道持有異議：有專家表示，北京霧霾嚴重時，混合層高度在300～1000米左右，即使利用建筑群形成所謂的風道，高度也遠不及1000米，無法驅散霧霾。此外，在既定的北京建筑格局內再規劃風道困難重重，高樓密集，即便風道建成，風向對流的效果難以確定[18]。張薔等對北京大氣污染物的監測結果曾指出，北京地面污染物垂直擴散受阻，在200米高度附近形成了一個滯留帶，造成高層污染濃度大于地面[19]。但馮嫻慧、魏清泉的研究結果顯示，近地面風環境狀況對于汽車尾氣污染的稀釋清除有重要的影響[20]。北京市林業局提供的數據顯示：2000年北京出現的十多次揚塵天氣中，低空揚塵本地污染率占到80%，而高空揚塵本地污染率僅占20%，可見，北京治霾的重心在于解決低空污染物，上風口污染源的治理是重心中的首要任務。

4主要結論與展望

雖然學術界對城市風道建設的意義尚存爭議，然而合理規劃城市建筑格局，因勢利導，開發風資源的生態服務功能卻已是國內外諸多城市規劃的共識。通過對國內外城市通風廊道建設的分析，我們可以得出一個啟示：新風資源對城市，尤其是對北京這樣空氣污染十分嚴重的大城市而言，是不可多得的稀缺綠色資源，新風生態資源的合理利用不容忽視。建設城市風道能幫助城市調節微氣候、改善城市微循環、清潔城市空氣，降低城市熱島效應。對風口新風資源的研究和利用是發揮城市新風資源生態功能的關鍵。城市新風資源的研究方興未艾，涉及自然科學與社會科學兩大領域中的多門學科，融合性高，協作跨度大、應用性強，甚至涉及地方利益格局的調整可能面臨的困難，需要城市規劃、生態經濟、氣象學、地理學、建筑工程、環境保護、區域經濟、城市管理等多學科專業研究人員的分工協作和艱辛探索，希望城市新風資源的生態服務功能可以盡早造福我們的城市和人民。

作者：丁軍 白玉華 單位：北京市社會科學院經濟所 廣西財經學院