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        城市霧—霾、高溫與通風(fēng)道研究

        2017-11-04 08:00:20盧山
        城市地理 2016年5期
        關(guān)鍵詞:霧霾風(fēng)速

        盧山

        摘要:近10年,我國(guó)霧-霾、高溫的日數(shù)和強(qiáng)度明顯增加,并頻現(xiàn)大中城市,已嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境與市民身心健康。通過(guò)對(duì)濟(jì)南、信陽(yáng)兩市城區(qū)不同地段的風(fēng)速、能見(jiàn)度及氣溫等資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì),分析其分布規(guī)律。信陽(yáng)市新區(qū)的“兩縱一橫”寬直街道很好的承擔(dān)了城市通風(fēng)道功能;而濟(jì)南市尚沒(méi)有構(gòu)建城市通風(fēng)道措施。城市通風(fēng)道的構(gòu)建應(yīng)依據(jù)城市盛行風(fēng)設(shè)置街道走向,當(dāng)作城市通風(fēng)道的街道宜筆直貫穿城區(qū),較大城市,還應(yīng)設(shè)置多條平行的通風(fēng)道。當(dāng)城市盛行風(fēng)向不明顯時(shí),宜設(shè)置多條相互垂直的通風(fēng)道,同時(shí)應(yīng)當(dāng)與山谷風(fēng)、海陸風(fēng)等自然環(huán)流風(fēng)向相近。

        關(guān)鍵詞:通風(fēng)道;風(fēng)速;能見(jiàn)度;高溫;霧霾

        1城市通風(fēng)道對(duì)城市風(fēng)速的影響分析

        1.1濟(jì)南地面風(fēng)特點(diǎn)

        筆者從濟(jì)南市氣象站64年資料數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),隨著城市化發(fā)展,濟(jì)南市區(qū)地面風(fēng)速呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)。與21世紀(jì)初相比,1.5米,秒以下的靜小風(fēng)發(fā)生概率由16%至20%提升到接近30%。而根據(jù)2011年—2014年間龜山站和城區(qū)站得到的資料,在10-3月霧-霾高發(fā)的月份,平均風(fēng)速呈現(xiàn)非常明顯的逐年遞減的趨勢(shì),而且越靠近中心城區(qū),平均風(fēng)速逐年遞減的趨勢(shì)越顯著。近年來(lái),近地層風(fēng)速變小的趨勢(shì)還在持續(xù)。

        濟(jì)南站在十六里河龜山頂上,海拔高度為170米,我們以濟(jì)南龜山站為實(shí)際大氣環(huán)境風(fēng),來(lái)分析濟(jì)南市城區(qū)風(fēng)分布規(guī)律。而城區(qū)大部海拔高度在30-50米,所測(cè)風(fēng)向多受周?chē)值烙绊?,沒(méi)有可比性,僅比較分析風(fēng)速大小特點(diǎn)。由于我們分析下墊面對(duì)風(fēng)速影響,就忽略海拔高度對(duì)風(fēng)速的影響。

        泉城廣場(chǎng)站周?chē)袞|西向長(zhǎng)約2km,南北寬約200m的狹長(zhǎng)地帶為廣場(chǎng)公園綠地或高度小于20m的多層建筑。

        市政府站位于市政府院內(nèi),周?chē)鸀榻ㄖ鼑?,門(mén)前道路狹窄只有30m左右,東邊站前路和緯二路也不足45m,道旁樹(shù)木高大,且街道彎曲。

        從圖1可以看出,龜山站靜風(fēng)較少,城區(qū)站≥4.1m/s基本一致,百花公園和泉城廣場(chǎng)兩站僅靜風(fēng)差11%,其它差別不大,也反映出泉城廣場(chǎng)稍開(kāi)闊,對(duì)靜穩(wěn)風(fēng)抑制小。市政府站風(fēng)速受周?chē)h(huán)境建筑物和高大樹(shù)木阻擋,>4m/s風(fēng)速出現(xiàn)極少,且≤1.0m/s和靜穩(wěn)風(fēng)占比達(dá)86%,說(shuō)明周?chē)值缹?duì)地面風(fēng)阻擋最嚴(yán)重。

        1.2信陽(yáng)地面風(fēng)特點(diǎn)

        信陽(yáng)市新區(qū)第七大街東西筆直長(zhǎng)17km,路面寬度80m,加上建筑退讓達(dá)到180-200m,是名副其實(shí)的城市通風(fēng)道,第七大街中段北側(cè)有一個(gè)0.6*0.6km2百花園;南北向有第六大街和第二十四大街筆直長(zhǎng)均超過(guò)6km。信陽(yáng)市老城區(qū)東風(fēng)路口為主干道近南北向的民權(quán)路(最寬處僅38m)和東西向的東方紅大道(最寬處為45m)交叉口,兩條主街道彎曲,是老城區(qū)中心,街道兩邊高樓林立。測(cè)點(diǎn)位于西南角小廣場(chǎng)內(nèi),廣場(chǎng)80m*50m,四周被10-20米高的樹(shù)和建筑包圍。

        我們借用兩臺(tái)手持三杯輕便測(cè)風(fēng)表分別在百花園和東風(fēng)路口進(jìn)行對(duì)比觀測(cè),并將譚山包站風(fēng)經(jīng)訂正后,得到表1數(shù)據(jù)。由于新、舊城區(qū)人工對(duì)比測(cè)風(fēng)有效數(shù)據(jù)僅有565組,我們將其分為五個(gè)區(qū)段。

        從表1可以看出,信陽(yáng)老城區(qū)東風(fēng)路口3.0米,秒以下的靜小風(fēng)發(fā)生概率為74.1%,比譚山包站和百花園分別高28.6和21.5個(gè)百分點(diǎn)。主要原因除因城市發(fā)展、高樓林立,下墊面的粗糙度增加外,更為主要的是街道狹窄彎曲,無(wú)長(zhǎng)、直、寬街道貫穿市區(qū),不利于城市風(fēng)的形成,阻礙郊區(qū)風(fēng)的進(jìn)入和高層風(fēng)向地面?zhèn)鲗?dǎo)。

        2城市通風(fēng)道對(duì)城區(qū)能見(jiàn)度的影響分析

        2.1濟(jì)南霧霾特征

        由于濟(jì)南市南依泰山,在春季溫度回暖時(shí),偏小的西南風(fēng)受泰山的阻擋抬升作用,將懸浮顆粒物吹落到泰山腳下堆積,容易形成霾;而在秋、冬季的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng),受泰山的阻擋抬升作用,弱冷空氣來(lái)臨時(shí),濟(jì)南風(fēng)速較小,逆溫層不易被破壞,霾的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。

        從圖2中可以看出霧霾總?cè)諗?shù)與城區(qū)范圍呈正相關(guān)。而霾的日數(shù)分布更明顯,依次為濟(jì)南、章丘、長(zhǎng)清、濟(jì)陽(yáng)、平陰和商河。輕霧(霧)日數(shù)還與水汽相關(guān),黃河邊水汽充沛濕度大,輕霧(霧)日數(shù)就多(如商河、濟(jì)陽(yáng))。

        以濟(jì)南市區(qū)二測(cè)站(龜山、燕山立交)2013年10月-2015年3月間的10-3月的能見(jiàn)度監(jiān)測(cè)儀每分鐘自動(dòng)測(cè)試記錄(45萬(wàn)—47萬(wàn)有效數(shù)據(jù)),統(tǒng)計(jì)分析濟(jì)南市區(qū)能見(jiàn)度分布特征。

        從表2可以看出,≤5.0km能見(jiàn)度兩站基本無(wú)差別,高濃度霧霾多為天氣環(huán)流影響所致,兩站基本相同,而5-8.5km燕山立交是龜山站的2.5倍,且≤8.5km時(shí)段占71.2%。說(shuō)明濟(jì)南市區(qū)10-3月多達(dá)70%以上被霧霾籠罩,也說(shuō)明其中至少有2/3為城市影響所致。還可以從測(cè)站周?chē)缆贩植伎梢钥闯?,燕山立交位于市區(qū)中心,東西向有經(jīng)十路與南北向二環(huán)東路交匯,車(chē)流量大,同時(shí)道路兩邊高樓林立,且縱橫街道都彎曲,東、南方向被山體阻擋,氣流不易順暢穿過(guò),造成燕山立交周?chē)幕姻膊灰讛U(kuò)散。說(shuō)明市區(qū)“濁島”效應(yīng)非常明顯。

        2.2信陽(yáng)市霧霾特征

        在信陽(yáng)市新、老城區(qū)我們僅以霧霾時(shí)段36對(duì)人工觀測(cè)資料結(jié)合譚山包站自動(dòng)觀測(cè)資料分析,由于人工觀測(cè)精度低,數(shù)據(jù)僅分三段分析。

        表3反映,老城區(qū)能見(jiàn)度沒(méi)有>10.0km的,5-10.0km明顯多于新區(qū)和觀測(cè)站,新區(qū)與觀測(cè)站相差不大。且老城區(qū)霧霾形成快、消散慢、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、濃度高,與濟(jì)南類(lèi)似。同時(shí)還有一個(gè)特點(diǎn),有通風(fēng)道區(qū)域的霧霾消散提前時(shí)段比形成落后時(shí)段明顯。

        3城市通風(fēng)道對(duì)城市熱島效應(yīng)的影響分析

        僅以濟(jì)南市2013、2014年7、8月份日最高氣溫分布說(shuō)明城市熱島效應(yīng),由于百花公園站記錄缺測(cè)較多,沒(méi)有統(tǒng)計(jì)意義,故僅以泉城廣場(chǎng)和市政府站記錄分析,并以信陽(yáng)新舊城區(qū)輕便通風(fēng)溫度表觀測(cè)32天317組氣溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)一步佐證。

        從表5信陽(yáng)新、舊城區(qū)氣溫與觀測(cè)站平均差值表可以看出:舊城區(qū)比新區(qū)要高2℃以上,個(gè)別最大達(dá)到4.2℃,新區(qū)與觀測(cè)站差值在0.3℃左右,比較穩(wěn)定。

        我們以濟(jì)南2013年8月11日8時(shí)—12日7時(shí)氣溫紀(jì)錄,進(jìn)一步分析24小時(shí)溫度演變分布情況,如圖3。

        全天記錄有輕霧,能見(jiàn)度為6.9—8.5km。13時(shí)至次日5時(shí)升溫明顯,特別是在15時(shí)至3時(shí)差值較大,最大的市政府站達(dá)到5.8℃,“熱島”效應(yīng)特別明顯。5-10時(shí)差值較小;從溫度值看,37℃以上差值更大。23時(shí)15分龜山測(cè)站記錄開(kāi)始降雨,各測(cè)站于12日23時(shí)3分前后相繼轉(zhuǎn)偏北風(fēng),龜山站風(fēng)速達(dá)11.9m/s,氣溫下降,城區(qū)內(nèi)測(cè)站降溫緩慢。

        我們又分析了濟(jì)南城區(qū)三站高溫日數(shù)、平均最高氣溫和極端最高氣溫分布特征,均呈逐年遞增趨勢(shì),且它們相互間存在顯著的正相關(guān)。從另—個(gè)方面佐證,通風(fēng)道對(duì)城市熱島效應(yīng)的影響。

        結(jié)語(yǔ):通過(guò)分析霧霾天氣條件下濟(jì)南和信陽(yáng)兩市低能見(jiàn)度的分布和演變特征,并結(jié)合觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步研究城市通風(fēng)道影響城區(qū)風(fēng)速、能見(jiàn)度、高溫的原因,驗(yàn)證了緩解城市“熱(濁)島”的通風(fēng)道措施效果明顯。主要結(jié)論為:(1)通風(fēng)道措施可以有效減少5-10.0km低能見(jiàn)度霧霾時(shí)段,緩解霧霾影響時(shí)間。還有利于霧霾消散,且消散提前時(shí)段比形成落后時(shí)段明顯。(2)城市通風(fēng)道宜筆直長(zhǎng)度大于2km,寬度大于50m,無(wú)障礙物橫亙,街道邊緣建筑物高度差異小。(3)濟(jì)南市沒(méi)有城市通風(fēng)道,信陽(yáng)市新區(qū)的“兩縱一橫”寬直街道(第六、第二十四和第七大道)很好的承擔(dān)了城市通風(fēng)道功能。endprint

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