李磊

（深圳市氣象局，深圳市國(guó)家氣候觀象臺(tái)，深圳 518040）

0 引言

深圳作為國(guó)內(nèi)首個(gè)經(jīng)濟(jì)特區(qū)，在過(guò)去近40年所經(jīng)歷的快速城市化進(jìn)程在全球范圍內(nèi)都屈指可數(shù)，在短時(shí)間內(nèi)，深圳由一個(gè)小縣城迅速擴(kuò)張為人口過(guò)兩千萬(wàn)的特大城市。與快速城市化進(jìn)程伴隨而來(lái)的是城市下墊面物理特性和地氣之間物質(zhì)能量交換的改變，這必然會(huì)影響到城市的局地氣候環(huán)境[1]。城市化的氣候效應(yīng)盡管對(duì)城市人居環(huán)境存在有利的一方面，但更多的是不利影響——例如局地升溫導(dǎo)致的城市熱環(huán)境惡化——而在城市規(guī)劃中科學(xué)考慮氣候因素并做出合理的規(guī)劃舉措，是緩解這種不利影響的有力措施[2]。

深圳自2006年以來(lái)，針對(duì)城市可持續(xù)發(fā)展的需要展開了大量的研究，并基于研究成果展開了若干服務(wù)，其中主要的服務(wù)對(duì)象便是城市規(guī)劃部門，本文對(duì)這些研究成果進(jìn)行了回顧和初步梳理，以期實(shí)現(xiàn)拋磚引玉，為國(guó)內(nèi)同行更好開展有關(guān)工作提供參考。

1 深圳的氣候環(huán)境問(wèn)題

深圳雖然被公認(rèn)為國(guó)內(nèi)四個(gè)一線城市之一，但其土地面積卻很小，不足2000 km2，且境內(nèi)多丘陵、山地，土地資源十分緊缺。為了獲取城市發(fā)展所需要的更多空間，必須采取相對(duì)較高密度的建設(shè)策略，而這意味著單位面積上的樓宇更多、人為熱排放更強(qiáng)，地表與大氣之間的物理能量交換過(guò)程更復(fù)雜，局地天氣、氣候的不確定性也更強(qiáng)。在全球氣候增暖和城市化快速發(fā)展的雙重夾擊中，深圳市的災(zāi)害性天氣氣候事件發(fā)生了明顯的變化，包括：極端降水事件加劇；高溫日數(shù)明顯增加，持續(xù)高溫加劇等[3]，這些變化無(wú)疑給城市帶來(lái)了相當(dāng)明顯的沖擊。

數(shù)據(jù)分析表明，深圳在過(guò)去幾十年中經(jīng)歷了一個(gè)迅速增溫的過(guò)程，其同期增溫速率遠(yuǎn)超過(guò)毗鄰的大都市——香港，達(dá)到了約0.35±0.04 ℃/10 a，且城市化對(duì)升溫的貢獻(xiàn)率可能超過(guò)了80%[4]。與此同時(shí)，深圳暴雨也呈日益增強(qiáng)的趨勢(shì)，體現(xiàn)在：1）雨日減少但大暴雨日數(shù)卻增加；2）短歷時(shí)降水強(qiáng)度顯著增強(qiáng)（表1）。

表1 深圳市2個(gè)時(shí)段不同歷時(shí)多年年最大雨量平均值（單位：mm） Table 1 The average value of the yearly maximum precipitation for different duration in two periods of Shenzhen(unit: mm)

除了氣候變化帶來(lái)的不確定性外，城市發(fā)展自身也使得深圳在氣候變化面前的脆弱性和暴露度都有所增加，單位土地面積上的人口、經(jīng)濟(jì)總量急劇的增加，放大了在氣象災(zāi)害面前的風(fēng)險(xiǎn)。深圳近年來(lái)幾乎每年都會(huì)出現(xiàn)因?yàn)闃O端強(qiáng)降水而導(dǎo)致的城市內(nèi)澇和大范圍的地面交通擁堵，盡管人員傷亡事件較少，但因氣象災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失卻并不少。

得益于早期開拓者們的高瞻遠(yuǎn)矚，深圳的城市總體規(guī)劃理念相當(dāng)先進(jìn)，全市的組團(tuán)式規(guī)劃格局得以長(zhǎng)期保留，通過(guò)基本生態(tài)控制線制度保留了大量生態(tài)用地，使得山林和城市綠地一起將城市建成區(qū)分割分散。已有研究[5]表明，組團(tuán)式的城市總體布局十分有利于城市氣候環(huán)境質(zhì)量的保持。然而組團(tuán)內(nèi)的高密度建設(shè)仍然在一定程度上導(dǎo)致了近地面風(fēng)速的減小，過(guò)于密集的高樓不利于山嶺和海上新鮮風(fēng)的引入，容易導(dǎo)致廢熱和大氣污染物的積累，令組團(tuán)內(nèi)的微氣候環(huán)境質(zhì)量不易得到改善。

深圳市的灰霾日數(shù)從1980年代中期開始增多，經(jīng)過(guò)20余年的震蕩上升，到2004年灰霾日數(shù)達(dá)到了187 d?；姻踩諗?shù)的增加是大氣環(huán)境質(zhì)量惡化的表現(xiàn)，2000年代，中期深圳公眾和媒體對(duì)深圳大氣環(huán)境質(zhì)量的擔(dān)憂達(dá)到了空前程度。然而從2005年開始，深圳的灰霾日卻突然開始轉(zhuǎn)呈下降趨勢(shì)，到2017年，經(jīng)過(guò)10年的持續(xù)振蕩下降，灰霾日數(shù)已下降到了21 d，恢復(fù)到了1990年代初期的水平（圖1）。由此可見，深圳市的大氣環(huán)境質(zhì)量在過(guò)去近40年中經(jīng)歷了從惡化到好轉(zhuǎn)的過(guò)程，將深圳的灰霾日數(shù)與人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)其擬合曲線完全符合環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)中經(jīng)典的庫(kù)茲涅茨曲線[6]。

圖1 深圳市灰霾日數(shù)歷年變化 Fig. 1 The yearly varation of the number of haze days in Shenzhen

因此，在審視深圳的城市氣候問(wèn)題時(shí)，應(yīng)一分為二地來(lái)看：一方面，在全球氣候變暖和快速城市化的雙重影響下，城市氣候環(huán)境問(wèn)題已然較為凸顯，體現(xiàn)在城市正在變得越來(lái)越熱、極端暴雨的影響越來(lái)越明顯、灰霾仍然會(huì)在大氣靜穩(wěn)、不利于擴(kuò)散的時(shí)候襲擾深圳；另一方面，深圳在保護(hù)和維持優(yōu)良的城市氣候環(huán)境方面也已經(jīng)取得了顯著的成效，尤其是由于保持了組團(tuán)式規(guī)劃格局、確立了生態(tài)控制線制度并及時(shí)實(shí)現(xiàn)了城市產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，深圳在城市高密度發(fā)展的同時(shí)仍然保持了優(yōu)良的大氣環(huán)境質(zhì)量。

2 基于可持續(xù)發(fā)展的城市氣候服務(wù)

綜上所述，深圳的氣候服務(wù)所面臨的使命是，針對(duì)深圳土地資源緊約束條件下必然要高密度發(fā)展的客觀現(xiàn)實(shí)，充分利用城市氣候科學(xué)的研究成果，為深圳的可持續(xù)發(fā)展提供科技和理論支撐。實(shí)際上，從1938年德國(guó)斯圖加特議會(huì)聘請(qǐng)氣象學(xué)家開展城市氣候研究、參與城市建設(shè)與管理開始，國(guó)際上氣候研究為城市發(fā)展服務(wù)的例子便屢見不鮮。法蘭克福、東京、紐約、香港等國(guó)際大都市都有氣候服務(wù)城市建設(shè)與發(fā)展的案例，具體集中在城市布局與通風(fēng)潛力、綠地系統(tǒng)規(guī)劃與熱環(huán)境、工業(yè)園區(qū)選址、降水與低影響開發(fā)等領(lǐng)域。在過(guò)去10年中，深圳的城市氣候服務(wù)充分借鑒了國(guó)際上的經(jīng)驗(yàn)，將服務(wù)的發(fā)力點(diǎn)主要集中在城市規(guī)劃、海綿城市建設(shè)和自然通風(fēng)評(píng)估三個(gè)領(lǐng)域，這些服務(wù)在支撐城市可持續(xù)發(fā)展方面已經(jīng)起到了一定的作用。

2.1 城市總體規(guī)劃的氣象影響評(píng)估

深圳氣象部門深度介入城市規(guī)劃工作始于2006年，那一年深圳市啟動(dòng)了新一輪城市總體規(guī)劃的修編工作，當(dāng)時(shí)無(wú)論是政府決策者還是普通市民，都已經(jīng)意識(shí)到氣候環(huán)境對(duì)城市發(fā)展的影響，并逐漸認(rèn)同氣象因素已經(jīng)成為制約城市發(fā)展的一個(gè)重要因子，因此當(dāng)年城市規(guī)劃的主管部門在總規(guī)修編中設(shè)置了氣象專題——《城市建設(shè)的氣象影響評(píng)估》。該專題主要內(nèi)容分為4個(gè)部分，分別是城市建設(shè)對(duì)氣候的已有影響、未來(lái)城市發(fā)展影響的預(yù)評(píng)估、深圳城市氣候環(huán)境優(yōu)化的發(fā)展策略以及城市建設(shè)氣候環(huán)境跟蹤管理機(jī)制。

在未來(lái)城市發(fā)展影響的預(yù)評(píng)估部分，課題組利用了當(dāng)時(shí)比較先進(jìn)的邊界層氣象模式對(duì)未來(lái)情境深圳的風(fēng)速、熱島變化的可能趨勢(shì)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)：1）高密度建設(shè)與城市能耗增高有可能導(dǎo)致深圳城市熱島現(xiàn)象進(jìn)一步加劇，如果未來(lái)能耗提高33%，則深圳城區(qū)的大部分地區(qū)普遍會(huì)出現(xiàn)1.0 ℃以內(nèi)的升溫，高密度建設(shè)區(qū)會(huì)出現(xiàn)高達(dá)2～4 ℃的升溫[7]；2）建筑密度的加大與建筑物平均高度的升高，將有可能導(dǎo)致深圳近地層平均風(fēng)速下降，下降幅度平均為0.2 m/s左右，這會(huì)導(dǎo)致近地層的擴(kuò)散條件進(jìn)一步惡化，對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的改善極為不利；3）由于高密度建設(shè)與能耗升高，城市的熱環(huán)境將變得更復(fù)雜，由此激發(fā)的對(duì)流將變得更為強(qiáng)烈和難以預(yù)測(cè)，這有可能引起夏季極端和異常降水的增多，并增加了降水的不可預(yù)測(cè)性。從專題完成后的實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，情景預(yù)測(cè)取得了相當(dāng)程度的成功，城市記錄到的夏季高溫仍然呈震蕩上升趨勢(shì)，高溫的歷史紀(jì)錄被不斷刷新；極端降水也頻繁出現(xiàn)，自2012年開始，深圳頻繁記錄到100 mm以上的滑動(dòng)1 h雨量，而這在之前極為罕見。

基于發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和預(yù)判將出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)如何實(shí)現(xiàn)在城市持續(xù)快速發(fā)展進(jìn)程中保持深圳氣候環(huán)境的高質(zhì)量提出了一系列策略，總體上歸結(jié)為十六字方針“主動(dòng)適應(yīng)、有序調(diào)整、氣候優(yōu)化、環(huán)境友好”。其中，“主動(dòng)適應(yīng)”是指在城市規(guī)劃過(guò)程中，應(yīng)主動(dòng)考慮深圳當(dāng)前的氣候環(huán)境特征，在城市建設(shè)布局各方面采取措施，適應(yīng)深圳的氣候環(huán)境特征，避免“逆天而行”遭到大自然的懲罰；“有序調(diào)整”則是指在城市規(guī)劃中，對(duì)城市建設(shè)布局進(jìn)行調(diào)整，利用政策有序引導(dǎo)城市的生產(chǎn)、生活、交通等活動(dòng)。在十六字方針的大前提下，提出了一系列具體的策略建議，包括：1）應(yīng)維持組團(tuán)式規(guī)劃的總體布局；2）工業(yè)企業(yè)的選址布局應(yīng)避免氣流易輻合區(qū)域；3）應(yīng)盡量提高綠地面積并且使綠地的分布盡量分散；4）在建成區(qū)內(nèi)應(yīng)大力提倡城市立體綠化；5）應(yīng)該考慮主導(dǎo)風(fēng)向依山勢(shì)和生態(tài)廊道布置通風(fēng)廊道；6）緊鄰交通干道兩側(cè)建筑物的平均高度與干道寬度的比值不宜超過(guò)2.0；7）降低公交出行成本，提高私車出行成本，積極有效地引導(dǎo)城市居民轉(zhuǎn)變出行方式；8）建立統(tǒng)一的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償機(jī)制，對(duì)在區(qū)域環(huán)保治理中做出較大犧牲的地區(qū)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。

《城市建設(shè)的氣象影響評(píng)估》專題最終完成時(shí)間為2007年，如今回頭審視，該項(xiàng)研究的成效相當(dāng)顯著——它與之前所開展的城市規(guī)劃氣候可行性論證相比，立意和站位都更高，不僅側(cè)重空間布局氣候效應(yīng)的分析、研判，更關(guān)注城市運(yùn)行中的管理、政策層面的內(nèi)容；不僅關(guān)注自然科學(xué)領(lǐng)域的問(wèn)題，更注重將自然科學(xué)的分析結(jié)論與社會(huì)管理的有關(guān)科學(xué)相結(jié)合，為深圳如何在高速發(fā)展的過(guò)程中，維持城市氣候環(huán)境的品質(zhì)提供了大量有益的建議。從那時(shí)開始，在城市規(guī)劃、建設(shè)過(guò)程中要注意保護(hù)氣候環(huán)境的意識(shí)開始深入人心，深圳政府各相關(guān)部門根據(jù)自己的職能，出臺(tái)了相關(guān)規(guī)定、工作方案、標(biāo)準(zhǔn)等管理文件，明確了保護(hù)城市氣候環(huán)境的相關(guān)條款，從而為將深圳建成一個(gè)氣候環(huán)境品質(zhì)較高的現(xiàn)代化城市提供了政策保障[8]。除此之外，深圳氣象部門也更加明確了自己如何參與到類似工作中，真正理解了把熟知的“氣象”專業(yè)語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為服務(wù)對(duì)象所在行業(yè)的“普通話”的重要性。

2.2 深圳海綿城市建設(shè)

盡管在當(dāng)前的深圳，海綿城市建設(shè)幾乎已成了應(yīng)對(duì)極端暴雨沖擊理所當(dāng)然的選擇，然而在2015年申報(bào)第一批海綿城市國(guó)家試點(diǎn)時(shí)，深圳卻并未通過(guò)審批。而另一方面，極端暴雨的沖擊并未因試點(diǎn)申報(bào)失敗而停止對(duì)深圳的沖擊，2016年全年創(chuàng)紀(jì)錄地觀測(cè)到了6次單站1 h雨量過(guò)100 mm的事件，海綿城市建設(shè)在當(dāng)時(shí)已經(jīng)顯得刻不容緩。

作為深圳市負(fù)責(zé)氣候監(jiān)測(cè)的權(quán)威機(jī)構(gòu)，深圳市國(guó)家氣候觀象臺(tái)在全市建立了上百個(gè)自動(dòng)氣象站，站點(diǎn)的數(shù)量直至今日仍然在增加中，這些站點(diǎn)中至少有100個(gè)已經(jīng)積累了10年以上的逐分鐘資料，為更深刻地理解深圳的暴雨特征、規(guī)律提供了堅(jiān)實(shí)的保障[9]。

深圳市氣象局是全國(guó)較早推出滑動(dòng)雨量產(chǎn)品的氣象部門之一，相較于過(guò)去單純采用固定小時(shí)間隔雨量統(tǒng)計(jì)的方法，滑動(dòng)小時(shí)雨量監(jiān)測(cè)更能反映實(shí)際的雨強(qiáng)。如圖2所示，若根據(jù)傳統(tǒng)業(yè)務(wù)規(guī)定按固定小時(shí)間隔記錄雨量，則在00：00—02：00，記錄到的最大小時(shí)雨量只有150 mm。如果用這個(gè)數(shù)據(jù)去做決策服務(wù)，則有可能導(dǎo)致防災(zāi)應(yīng)急部門低估災(zāi)害，因?yàn)槭聦?shí)上，在00：00—02：00，有1 h實(shí)際上出現(xiàn)了300 mm降水，遠(yuǎn)大于按固定小時(shí)間隔統(tǒng)計(jì)的小時(shí)雨量數(shù)據(jù)。為避免這種情況發(fā)生，深圳市氣象局的決策服務(wù)基本上都是基于滑動(dòng)雨量數(shù)據(jù)展開，通過(guò)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)在后臺(tái)自動(dòng)生成多種歷時(shí)的滑動(dòng)雨量產(chǎn)品，包括0.5、1、2、3、6、12 h等[10]。

圖2 滑動(dòng)雨量產(chǎn)品的概念 Fig. 2 The concept of the moving accumulated precipitation

分析不同歷時(shí)滑動(dòng)雨量事件出現(xiàn)的頻次，可發(fā)現(xiàn)過(guò)去并未被認(rèn)識(shí)到的規(guī)律，例如在西部城市建成區(qū)上空，短歷時(shí)強(qiáng)降雨（例如0.5 h 30 mm降水）出現(xiàn)的頻次比較多；而在東部山區(qū)，則長(zhǎng)歷時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)的頻次比較多（圖3），這表明兩個(gè)區(qū)域的防災(zāi)重心或許會(huì)有不同，例如對(duì)城市建成區(qū)應(yīng)更關(guān)注短時(shí)強(qiáng)降水引發(fā)的內(nèi)澇，而東部山區(qū)應(yīng)更關(guān)注長(zhǎng)歷時(shí)暴雨引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害——這對(duì)于深圳海綿城市建設(shè)當(dāng)然也是有指導(dǎo)意義的?；诤Ａ坑^測(cè)數(shù)據(jù)和科學(xué)分析，深圳市氣象局于2016年完成了一份題為《深圳暴雨、大風(fēng)及孕災(zāi)環(huán)境特征變化及防御建議》的決策服務(wù)報(bào)告，明確指出“在所有災(zāi)害性天氣中，暴雨對(duì)深圳的影響最為明顯”，建議“針對(duì)深圳孕災(zāi)環(huán)境特征，市政府可以通過(guò)適當(dāng)?shù)拇胧a(bǔ)強(qiáng)孕災(zāi)環(huán)境的薄弱環(huán)節(jié)，提升城市抵御大災(zāi)的能力”，強(qiáng)調(diào)應(yīng)“盡快推進(jìn)海綿城市建設(shè)，通過(guò)低沖擊開發(fā)減少暴雨影響”，“盡管在2015年新公布的財(cái)政部確定資助的16個(gè)海綿城市試點(diǎn)中未見深圳，但即使是利用自有資金，深圳仍應(yīng)盡快推進(jìn)海綿城市建設(shè)”。這份報(bào)告為深圳正式啟動(dòng)海綿城市建設(shè)起了重要助推作用。

圖3 不同歷時(shí)滑動(dòng)雨量頻次 （a）0.5 h 30 mm以上雨量；（b）3 h 60 mm以上雨量） Fig. 3 The number of events with different precipitation intensities(a) 30 mm rainfall in 0.5 h; (b) 60 mm rainfall in 3 h)

除了發(fā)揮助推作用外，在海綿城市建設(shè)的過(guò)程中，深圳市氣象部門還做了幾件具體的事情：一是提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為測(cè)算徑流保證率的控制雨量提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；第二是牽頭修訂新的暴雨強(qiáng)度公式，為海綿城市的技術(shù)設(shè)計(jì)提供標(biāo)準(zhǔn)；第三是參與暴雨雨型的設(shè)計(jì)工作。深圳市氣象局采集的分鐘級(jí)雨量數(shù)據(jù)，包括深圳國(guó)家基本站雨量自記紙電子化后的分鐘級(jí)雨量數(shù)據(jù)，為上述工作提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)保障[11]。

除了為海綿城市設(shè)施建設(shè)提供基礎(chǔ)支撐外，深圳氣象部門還在兩個(gè)方面持續(xù)推進(jìn)有關(guān)工作：1）針對(duì)海綿城市的專項(xiàng)預(yù)警服務(wù)，基于雷達(dá)數(shù)據(jù)和臨近預(yù)報(bào)方法為部分海綿設(shè)施的啟用和停用提供指導(dǎo)，例如當(dāng)暴雨來(lái)臨前便有針對(duì)性地發(fā)提示給海綿設(shè)施管理部門，讓其啟動(dòng)泵站，并跟蹤提供逐分鐘的雨量觀測(cè)/預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)；2）對(duì)海綿城市建設(shè)的氣候效應(yīng)進(jìn)行跟蹤評(píng)估，評(píng)價(jià)海綿城市建設(shè)是否在降低熱島強(qiáng)度、提升氣候環(huán)境品質(zhì)方面有正貢獻(xiàn)（圖4）。

2.3 城市自然通風(fēng)評(píng)估

高密度城市建設(shè)使得城市建成區(qū)的高層建筑日益增多，顯著的增加了粗糙度，對(duì)近地層風(fēng)速的阻尼作用非常明顯，在深圳的蔡屋圍社區(qū)，年平均風(fēng)速?gòu)?0世紀(jì)90年代的3.2 m/s下降至當(dāng)前的1.8 m/s的水平，風(fēng)速下降的趨勢(shì)十分顯著。近地層風(fēng)速的下降當(dāng)然會(huì)給局地氣候環(huán)境品質(zhì)帶來(lái)不利影響，例如在夏季自然風(fēng)驅(qū)散城市能耗所產(chǎn)生廢熱的效率會(huì)降低，夏季的室外舒適度會(huì)因此而下降，而且近地層污染物的擴(kuò)散效率也會(huì)降低，因此，如何獲得城市地區(qū)更好的自然通風(fēng)潛力，成為深圳城市規(guī)劃中特別關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。

圖4 海綿城市建設(shè)熱島效應(yīng)跟蹤評(píng)價(jià) （a）當(dāng)前深圳海綿城市試點(diǎn)區(qū)域；（b）光明新區(qū)近年熱島強(qiáng)度變化Fig. 4 The evaluation of the urban heat island effect on the sponge city construction(a) the pilot sponge city areas; (b) the yearly variation of the urban heat island intensity

深圳毗鄰的香港在2003年成為非典（SARS）襲擊的重災(zāi)區(qū)，事后分析表明，過(guò)高的建設(shè)密度導(dǎo)致空氣流通不暢，是香港地區(qū)SARS橫行肆虐的重要原因。為此，香港于2003年底啟動(dòng)了空氣流通性評(píng)估（air ventilation assessment，AVA）可行性研究[12]，指出“空氣流通”對(duì)于保持城市的空氣環(huán)境質(zhì)量至關(guān)重要，在研究結(jié)果基礎(chǔ)上，香港政府在《香港規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)與準(zhǔn)則》中正式加入了“空氣流通指引”，并將風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)評(píng)估作為空氣流通性評(píng)估的首選方法[13]。

受香港同行的啟發(fā)，深圳市國(guó)家氣候觀象臺(tái)匯同深圳大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院于2010年開始啟動(dòng)了城市自然通風(fēng)評(píng)估技術(shù)體系的研究工作。研究小組意識(shí)到，對(duì)包括深圳在內(nèi)的多數(shù)內(nèi)地城市而言，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)評(píng)估周期長(zhǎng)、成本高，并不適合作為通風(fēng)評(píng)估的主要方法進(jìn)行推廣，因而在整個(gè)體系的研究中，提出了以數(shù)值模擬為核心的評(píng)估方法[14]。證明數(shù)值模擬方法在自然通風(fēng)評(píng)估中的可用性只是建立整個(gè)體系的第一步，更重要的任務(wù)是要明確評(píng)估對(duì)象、評(píng)估指標(biāo)、評(píng)估范圍、背景風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，以及評(píng)估的管理流程等問(wèn)題。

研究小組通過(guò)與深圳市規(guī)劃管理部門的多輪溝通、討論，最終形成的深圳自然通風(fēng)評(píng)估框架包括管理辦法、評(píng)估方法和技術(shù)支撐三個(gè)方面（圖5）。

圖5 深圳自然通風(fēng)評(píng)估的整體框架[15] Fig. 5 The framework of natural ventilation assessment in Shenzhen[15]

管理辦法的核心內(nèi)容是篩選什么項(xiàng)目應(yīng)開展自然通風(fēng)評(píng)估，例如：1）根據(jù)建設(shè)規(guī)模和性質(zhì)，對(duì)于建設(shè)規(guī)?；蜷_發(fā)強(qiáng)度較大的規(guī)劃、建設(shè)項(xiàng)目，應(yīng)進(jìn)行自然通風(fēng)評(píng)估。包括用地大于5 hm2，或者總建筑面積超過(guò)10萬(wàn) m2的項(xiàng)目，以及其他可能產(chǎn)生潛在通風(fēng)影響的項(xiàng)目；2）根據(jù)空間形態(tài)，鑒于工業(yè)區(qū)和城中村建筑體量密集、高度均勻，不利于人行高度城市通風(fēng)，對(duì)位于工業(yè)區(qū)和城中村片區(qū)內(nèi)的新建項(xiàng)目或城市更新項(xiàng)目，應(yīng)進(jìn)行自然通風(fēng)評(píng)估；3）根據(jù)城市背景風(fēng)場(chǎng)特征，根據(jù)對(duì)深圳城市氣象的觀測(cè)，對(duì)位于深圳弱風(fēng)區(qū)（即多年平均風(fēng)速較小的敏感區(qū)），或者位于濱海1 km范圍內(nèi)（即風(fēng)力較好的優(yōu)勢(shì)區(qū)）的項(xiàng)目，應(yīng)進(jìn)行自然通風(fēng)評(píng)估。

研究小組提出根據(jù)深圳城市空間和近地面風(fēng)場(chǎng)特征，從評(píng)估范圍和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)等方面提出評(píng)估方法和技術(shù)導(dǎo)則。

1）評(píng)估范圍：深圳自然通風(fēng)評(píng)估規(guī)定了項(xiàng)目的評(píng)估范圍，其中包括：a.目標(biāo)區(qū)域，即項(xiàng)目用地邊界線內(nèi)的范圍；b. 影響區(qū)域，即從項(xiàng)目用地邊界線向外擴(kuò)展1H的范圍，H為評(píng)估范圍內(nèi)的最高建筑高度；c. 建模區(qū)域，即從影響區(qū)域邊界向外擴(kuò)展2H的范圍，反映項(xiàng)目周邊的建筑物、構(gòu)筑物以及地形地貌特征的影響。其中目標(biāo)區(qū)域和影響區(qū)域的數(shù)據(jù)都必須作為自然通風(fēng)的評(píng)估指標(biāo)（圖6）。

圖6 評(píng)估范圍的層次劃分[15] Fig. 6 The sco pe of thenatural ventilation assessment[15]

2）評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)：通風(fēng)評(píng)估選取能夠反映建筑群通風(fēng)效能的人行標(biāo)高風(fēng)速比作為基本評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)16風(fēng)向的頻率進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算。對(duì)于深圳高密度城市空間而言，某項(xiàng)目評(píng)估范圍內(nèi)的風(fēng)速比數(shù)值越大，則自然通風(fēng)越通暢，其對(duì)城市總體風(fēng)環(huán)境所造成的影響也越小。

技術(shù)支撐是指開展自然通風(fēng)評(píng)估所涉及的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：1）基于GIS的快速建模及網(wǎng)格劃分技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了城市周邊環(huán)境的自動(dòng)建模，提高了自然通風(fēng)評(píng)估的可操作性；2）背景風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，由深圳市國(guó)家氣候觀象臺(tái)負(fù)責(zé)提供，盡管深圳已有的自動(dòng)氣象站空間密度已相當(dāng)高，但仍然難以滿足以公里為格距的網(wǎng)格化評(píng)估管理的需求。為此，深圳市國(guó)家氣候觀象臺(tái)與美國(guó)國(guó)家大氣研究中心（NCAR）合作，利用其基于張弛逼近（Nudging）的四維數(shù)據(jù)同化（FDDA）技術(shù)，生成了覆蓋深圳全市范圍的1 km格距背景風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)集，并通過(guò)深圳市細(xì)網(wǎng)格氣候信息平臺(tái)對(duì)全社會(huì)免費(fèi)發(fā)布（圖7），這其中的技術(shù)細(xì)節(jié)可參見文獻(xiàn)[16]。

圖7 深圳市細(xì)網(wǎng)格氣候信息平臺(tái)展示的1 km×1 km網(wǎng)格內(nèi)的風(fēng)玫瑰 Fig. 7 The fine resolution gridded climatic information platform and its wind rose product with a resolution of 1 km×1 km

在2012年頒布的《深圳市城市更新單元規(guī)劃編制技術(shù)規(guī)定（試行）》中明確提出“對(duì)拆遷范圍面積不小于10 hm2的更新單元，應(yīng)進(jìn)行建筑物理環(huán)境專項(xiàng)研究，研究單元空間組織、建筑布局等對(duì)區(qū)域小氣候的影響”。截至2017年，全深圳總共已經(jīng)有近100個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行了自然通風(fēng)評(píng)估，為保障高密度建設(shè)的同時(shí)，城市氣候環(huán)境品質(zhì)仍然維持在可接受范圍內(nèi)起到了積極作用。

3 結(jié)論與展望

過(guò)去十余年時(shí)間，深圳市氣象部門基于城市可持續(xù)發(fā)展的需求，展開了大量城市氣候研究和服務(wù)，并已經(jīng)取得了不少成就，這使得深圳在高密度發(fā)展和人口高度密集的背景下，仍然保持了較好的氣候環(huán)境品質(zhì)（宜居的氣候環(huán)境品質(zhì)本身也是深圳吸引越來(lái)越多人口的重要原因）。這些成果的取得這一方面得益于深圳市決策者對(duì)于氣候環(huán)境的高度重視，另一方面也與深圳市氣象部門的特殊體制有關(guān)，由于深圳市氣象局長(zhǎng)期為屬地管理體制，如何為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)，成為其天然使命，也促使其更好地思考與城市可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題，并主動(dòng)融入推進(jìn)有關(guān)工作不斷取得進(jìn)展。

然而應(yīng)該看到，隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高和人民對(duì)美好生活的向往和要求不斷提升，氣象為城市可持續(xù)發(fā)展和科學(xué)規(guī)劃建設(shè)服務(wù)的步伐不應(yīng)該也不可能停止，未來(lái)無(wú)論是觀測(cè)研究、評(píng)價(jià)方法研究還是策略研究都將朝著更精細(xì)化的方向發(fā)展，以應(yīng)對(duì)城市發(fā)展中可能出現(xiàn)的各種新問(wèn)題。有理由相信，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等新興技術(shù)的發(fā)展以及城市居民對(duì)安全、舒適不斷提高的需求，深圳在氣象科學(xué)和規(guī)劃科學(xué)、管理科學(xué)的交叉領(lǐng)域有望取得更多成果，城市的氣候環(huán)境品質(zhì)也將有望得到進(jìn)一步的提升。

致謝：本文在寫作過(guò)程中得到了深圳市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司俞露高級(jí)規(guī)劃師和深圳大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院袁磊教授的大力支持，在此表示感謝。