云南高原中小城市楚雄市城市规划的气候条件分析.docx

云南高原中小城市楚雄市城市规划的气候条件分析何萍 , 龙晶(楚雄师范学院 地理系 , 云南 楚雄 675000 )摘要 : 在对楚雄市近 20年的气象资料进行整理的基础上 , 分析了楚雄市风 、太阳辐射 、气温分布 、降水等气象要素的特征及其对城市规划的影响 , 并就如何将其与城市规划及其建筑设计相结合 , 改善城市环境问题进行了探 讨 。最后 , 从气候的角度提出了改善城市环境的规划应对措施 。关键词 : 城市规划 ; 城市环境 ; 气候条件 ; 楚雄市中图分类号 : p46313文献标识码 :文章编号 : 1001 - 7852 ( 2009 ) 04 - 0077 - 06a城市气候的研究虽然起步较晚 , 但进展较快 , 中国地理学会 1980 年秋在杭州召开气候学术会议时 ,城市气候的论文只有几篇 , 涉及的城市不过北京、 上海 、杭州和武汉几个 , 近年来对城市气候的研究论文越来越多 4 。周淑珍和张超发表了 城市气候学导论 一书 5 ; 唐永鉴在其 城市大气环境 一书中 , 提出了塔式建筑布局的设想 , 以期有效解 决城市地面污染物弥散问题。此外 , 朱瑞兆的 风 与城市规划 6 , 李德华的 城市规划原理 一书 对有效改善城市居住和生活环境有指导意义 7 。0 引言城市气候是影响城市环境的重要因素 , 它是指城市内部在区域气候的背景上 , 因人类城市化活动 的影响而形成的不同于城市周围地区的地方性气候 1 。当今世界 , 随着城市数量的增多和城市规模 的扩大 , 城市生态环境问题对城市整体带来的危害已引起人们的高度重视 2 , 它不仅对城市的环境质 量及市民健康产生一定程度的影响 , 同时亦给城市生活带来相当的经济负担。如何改善城市环境 ,进城市可持续发展已成为社会关注的焦点。促1 楚雄市城市规划的气候条件分析国际上早在 1959 年就成立了 “城市与建筑气候学研究小组 ”。1977 年在比利时首都布鲁塞尔开 会时 , 由世界气象组织 、国际生物气象学会及国际建筑与规划联合会组成 “城市及建筑气候常设委员 会 ”, 每三年举办一次讨论会。1984年 11 月 , 世界 气象组织在墨西哥城专门召开了 “城市气候学及其 应用技术会议 ”, 对城市气候的特征及其形成机制、如何根据当地气候条件进行合理的城市规划布局、 城市建筑和城市环境保护等问题做了比较深人的研 究 , 世界气候计划 (w cp) 中的世界气候应用计划(w ca p) , 其中包括有城市气候研究计划 3 。我国111 研究区概况楚雄市 ( 25 02 n , 101 23 e ) 是位于云贵高 原上的中小城市 , 为楚雄州府所在地 , 市中心海拔 8 1 773 m。楚雄市就其布局现状而言 , 存在着城市主体功能区不尽合理、陈旧建筑物朝向与间距不 规范 、城市热岛效应呈现增强趋势 、城市气候资源 未能合理利用等问题。本文全面分析了楚雄市风、 太阳辐射、气温分布、降水等气象要素特征 , 力图 从气候的角度提出楚雄市城市规划的合理布局 。收稿日期 : 2009 - 02 - 19; 修订日期 : 2009 - 07 - 23.基金项目 : 云南省自然科学基金资助项目 ( 2005d 0077m 2 ) 1作者简介 : 何萍 ( 1965 - ) , 女 , 重庆市合川人 , 教授 , 主要从事气象气候与自然地理综合研究 1 78 云南地理环境研究第 21卷112 风与城市规划在城市规划时 , 需要考虑大气的输送和扩散。 风是描述空气质点运行的一个指标值 , 它能把有害 物质输送走 , 同时还与周围空气混合 , 起到稀释作 用使浓度降低。所以掌握风的变化规律 , 规划工业 企业与功能 布局的 相互关 系是 一个特 别重 要的指标 9 。11211 楚雄市风的特征风向偏西 , 气流性质干暖 , 因而称这个季节为 “干季 ”; 夏季风 ( 5 10 月 ) 来自孟加拉湾和北部湾 热带洋面的西南或东南暖湿气流 , 这两只气流由于 来自热带洋面 , 温度高 , 水汽足 , 因而形成了楚雄 市的 “雨季 ” 10 。楚雄市 20 年风向频率的统计结果如表 1 及图 1所示 , 楚雄全年盛行偏南气流 , sw、 se、 s 风向 频率最大 , 分别高达 1013 % 、616 % 、614 % , 而偏 北方向尤其是 nnw、en e、nn e和 n e方向的频率 最小 , 仅为 111 %和 112 % , 平均风速为 114 m / s, 静风频率 1月为 17 % , 7月长达 4115 % , 全年平均 静风出现频率高达 3318 % 。楚雄市位于 25 n 附近 ,地处亚热带季风气候区 , 干湿季分明 。冬季风 ( 11 月 次年 4 月 ) 多来自南支西风 , 这支气流来自西方 , 经伊朗、巴基 斯坦和印度北部沙漠、大陆绕青藏高原南侧而来 ,表 1 楚雄市 19882007年风向频率the w ind d irec tion frequency in chuxiong c ity from 1988 to 2007tab11%时间nnn en een eeesesessessswsww swwwnwnwnnw全年1月7月113114210112117119112114214111114211318412619219213315616816141151471891461461991761371471910131211131241331931231121521011811211131131431511111011011212 风对城市规划的影响风对城市规划建设的影响主要表现在风与城市 大气污染和环境保护密切相关 。因为风向决定大气污染物的输送方向 , 风速则决定大气污染物的扩散 稀释速度 。特别是其低层 ( 200 m 以下 ) 风向 、风速的变化直接影响空气污染的聚散及各处的浓度分布 9 。风向频率的意义在于由此可按该地在一年中 的最大风频确定其盛行风向 , 并据此布置功能用 地 , 即把污染企业用地布局在盛行风向的下风方 向。楚雄市位于中国西南地区 , 受季风控制 , 风向 呈明显的季节变化 , 冬季多偏西风 , 夏季多西南风 和东南风 。因此 , 对楚雄市进行用地布局时 , 应以 盛行风向作为布局用地的依据。楚雄市冬季盛行ssw 风 , 风 频 为( 1411 % ) 和 sw 风ssw 风 , 风频分别为sw 风 , 风频为 1211 % ,s和2614 % 。夏 季 盛 行se 风( 1312 % ) , s、 sse 风 和 s、33 %和 3018 % 。冬夏盛行风向之间存在一定的夹角 , 所以在楚雄市进行城市规划时应避开冬 、夏对吹的风 , 这样就只好选择最小 风频的方向 , 因为从该方向来的污染机会最少 , 故应将向大气排放有害物质的工业企业 , 按最小风频 方向 , 布局在居住区的上风方向 , 以便尽可能的减少居住区的污染 10 。再参照全年风向玫瑰 , 最小 风频的方向为 en e 和 nnw , 风频为 111 % , 所以应将向大气排放有害物质的工业企业布局在楚雄市的 en e和 nnw 方位上 , 居住区布局在 sw 与 se之间所夹的偏南方位上 , 参见图 2 8 。图 1 楚雄市风向频率玫瑰图f ig11 the w ind d irec tion frequency ro se p u rsue s in chuxiong c ity图 2 风向与城市用地布局图式f ig12 the im age of w ind d irec tion and u rban land第 21卷何 萍等 : 云南高原中小城市楚雄市城市规划的气候条件分析79根据上述分析 , 楚雄市在进行功能分区、城市总体布局时 , 为避免大气污染物往市区及其周围累 积、迭加 , 首先要充分考虑高达 3318 %的静风频 率 , 因为出现静风时 , 大气污染物的扩散稀释很 慢 , 有利于污染物的积累。这就要求在城市规划时 将易产生大气污染的工业建到离城市和居民区有一定距离的地方或设置绿化隔离带 。在考虑了静风的 前提下 , 污染工业应该设置在市区以北的东瓜 、城 北片区以及城外福塔附近 ; 居住区则布置在市区以 南的永安 、鹿城、东南片区及开发区一带。113 太阳辐射与城市规划分析研究城市所在地区的太阳运行规律和辐射 强度 , 对建筑的日照标准、间距、朝向的确定 、建筑的遮阳设施以及各项工程的设计提供依据。此 外 , 由于太阳辐射的强弱所造成不同的小气候形 态 , 对城市建筑群体的布置也有一定的关系 11 。11311 太阳辐射与建筑物朝向楚雄市位于北回归线以北 , 纬度较低 , 太阳高 度角越高 , 这使南向房屋日光射入室内较少。太阳 的方位角随季节与一日中的不同时间而变化 , 冬季 日出东南方向 , 日落西南方向 , 夏季日出东北方向 , 日落西北方向 , 春分与秋分前后日出正东方 向 , 日落正西方向 , 不论季节中午前后太阳均在正 南方向 , 这使南向房屋冬季获得较多日照时间 , 夏 季获得日照时间较少 。事实上 , 在建筑规划中 , 不可能把建筑都安排 在一个朝向 , 各地区只能根据当地的气候条件和地 理因素 , 选择合理的朝向范围 12 。楚雄市位于 25 n 附近 , 地处亚热带季风气候区 , 日照较丰富 , 楚 雄市多年平均日照时数为 2 06317 小时 , 其中冬半 年 ( 11月 次年 4 月 ) 日照时数为 1 24611 小时 , 夏半年 ( 5 10 月 ) 日照时数为 81717 小时 , 各月平均日照时数如图 3所示。在建筑设计时 , 首先要了解楚雄市风向频率 ,特别是重视夏季盛行的东南风西南风 , 住宅的门窗 以迎着夏季盛行风风向斜交为宜 5 。与此同时 , 还 要兼顾日照条件 , 避免东西晒。从防辐射的角度来 讲 , 楚雄房屋朝向以正南为佳 , 但通风则以偏东南 或西南向较好 ; 因此 , 综合考虑自然通风 、太阳辐 射等因素 , 楚雄市住宅朝向以南偏西 25 到南偏东25 的范围为最佳。11312 建筑物的日照间距在规划设计时 , 必须在建筑物之间留出一定的 距离 , 以保证阳光不受遮挡 , 而直接照射到房屋之 内 。这个间距就是建筑物的日照间距 , 建筑物的日 照间距是由日照标准、当地地理纬度、建筑朝向、 13 建筑高度及建筑用地等因素决定的。目前 , 中国确定建筑物间距一般采用棒影日照 图分析法 , 所谓棒影日照图 , 就是立棒的顶点于阳 光下在地面上的落影全天的移动轨迹。在绘制棒影 日照图时依据公式 ( 1 ) 3 :co sa = ( sinh sin - sin)co sh co ssinh = sinsin+ co sco sco sco s= - tantanl = h c tgh( )1式中 : h 为太阳高度角 ; 为当地纬度; 为太阳赤纬 ; 为时角 ; 为日出 (日落 ) 时角; a 为太 阳方位角 , 从正南起算 , 顺时针为正 ; h 为棒长; l 为棒影长 。以楚雄冬至日 ( = 25 n , = - 23 27 ) 为 例 , 计算求出白天各时刻太阳高度角、方位角及棒 影长率 (表 2 ) 。取极坐标 , 极角为方位角 , 径长为棒影长率 , 将冬至日逐时点在图上连光滑曲线即是楚雄市冬至 日住宅正南向布局时的棒影轨迹 (如图 4 ) 。如果按冬至日住宅底层满窗日照不少于 2 小时 的标准 5 计算建筑间距 , 可利用冬至日棒影图 , 通 过原点作一东西向直线 , 作为后栋建筑 ; 取一直尺 代表前栋建筑 , 平行于后栋建筑移动 , 截冬至棒影 线于 11时 (或 13 时 ) 。从图中可求出直尺与后栋 建筑的距离 : c = l co sa , 计算得出两栋建筑之间 的距离为 1116 h , 即表示两栋建筑的间距至少相当图 3 楚雄市 19882007年各月平均日照时数f ig13 a ve rage sun sh ine tim e of eve ry mon th ly in chuxiong from 1988 to 20073 公式来源 : 黄农 , 郭炜 1住宅日照间距系数的计算方法.2001. 80 云南地理环境研究第 21卷表 2 棒影长度计算结果the re su lt of stick dep ic ts length ca lcu la tiontab1260018 007 0017008 0016 0090015 00100014001100130012 0012 00项目63 570 062 52 242211246 0 h5505142031913 9 h4537244921162 4 h33 22 33 30 11511 1 h1754 3924 11216 7 h00 413311128 3 hahl表 3楚雄市与南华 19882007年气温比较tab13 a ir temp e ra tu re con tra st in chuxiongand n anhua from 1988 to 2007项目1月平均7月平均年平均楚雄南华 温差9157142112111201201916151417118图 4 楚雄市冬至日日照棒影示意图f ig14 the schem a tic d raw ing of w in te r o so lstice acco rd ing to sun sh ine tim e in chuxiong c ity于前栋建筑高的 1116 倍 , 才能保证后栋底层墙面冬至日不少于 2 小时日照。 通过对楚雄市住宅区的实地观察与测量发现 ,楚雄市新建的小区 , 如公务员小区、政府小区 、城市花园等居民区的日照间距基本都达到了前栋建筑1116倍。但是陈家槽子、鲁班阁以及西山一带的城 中村房屋布局较为密集 , 两栋房子之间的距离达不 到这个标准 , 同时这些地方房屋的朝向也不在南偏 西 25 到南偏东 25 的范围内 。因此在城市规划时 , 应注意对这些陈旧建筑物朝向与间距的规划 。114 气温与城市规划气温对城市规划与建设的影响主要表现在 “热 岛 ”效应。城市热岛效应是指当城市发展到一定规 模 , 由于城市下垫面性质的改变 、大气污染以及人工废热的排放等使城市温度明显高于郊区 , 形成类 似高温孤岛的现象 8 。正确认识城市热岛效应对城市规划的影响 , 对合理布局城市具有积极的意义。为了建立一个人与自然协调持续发展的宜居城市 , 如何减轻城市热岛效应的不利影响是城市规划者应 考虑的一个重要内容 。11411 楚雄市热岛效应分析通过对 1988 2007 年楚雄市及其郊区南华温 差资料进行分析 (表 3 ) , 结果表明楚雄市城市热岛效应显著 。楚雄市内年平均气温要比郊区南华高118 。楚雄热岛效应 1 月 (冬季的代表月 ) 强于7 月 (夏季的代表月 ) , 其中 , 1 月楚雄市气温比郊 区南华高出 211 , 7 月高出 019 。11412 热岛效应对城市规划的影响当热岛出现时 , 其水平辐合作用易促成空气中污染物质向市区内堆积 ,且由于热岛环流的循环运动 , 导致市区将经受多次污染。由于城市热岛现象的存在 , 使得城市地区环境质量下降 , 污染物不断 扩散 , 由此引起了一系列的城市病和多发流行病。同时 , 城市热岛环流使城郊对流增强 , 使得城市更易于出现洪涝灾害。 城市热环境的高温化与建筑物的密度 、城市规模 、人口密度等因素所导致城市中外部空间的不足和城市通风不良等密切相关。因此 , 建筑物的密 度 、朝向、间距与布局形式的合理选择和室内外环 境的创造等不能忽视气候效应。改善城市热环境 , 应该从城市区域的道路网 、控制建筑物布局的密 度 、增加绿化和水面等城市规划和建筑设计措施着 手 , 尽量消除或减缓 “城市热岛效应 ”的影响。改 善城市热环境方法很多 , 如加强城市绿地系统建 设 , 以改善环境为主 , 结合水系整治 , 重点建设小 绿地 , 适当发展居住区大绿地 , 结合龙川江、青龙 河防洪堤建设 , 在两侧开设滨江绿地 , 在工业区与 居民区之间穿插一定宽度的绿化带 , 在铁路、公路 两侧建设防护林带和工业区的防护绿地 。同时 , 向 郊区疏散工厂 、减少人为热源以及适时向路面喷洒 清洁用水等也可以调节城市气温。115 降水与城市规划降水对城市规划布局的影响主要表现在降水 量 、降水季节分配和降水强度等方面。它们对城市 较为突出的影响主要表现在防洪和排水设施。因此在城市规划时 , 应详细研究城市降水规律 , 依据降水特点 , 确定防洪、排水设施能力 。第 21卷何 萍等 : 云南高原中小城市楚雄市城市规划的气候条件分析8111511 楚雄市降水分析楚雄市多年平均降水量为 92916 mm , 降雨丰 沛 , 但季节分配很不均匀 , 夏季 (代表月 7 月 ) 降 水量最多 , 达 20716 mm; 冬季 (代表月 1 月 ) 降 水量仅 1311 mm。由图 6 可知 , 楚雄市降水主要集节降水强度大这一特点 , 在规划时要加强对河流、湖泊的保护 , 扩大水域面积 , 拦蓄雨季的地表水 ,以备旱季之用 。2 结论中在雨季 ( 5 10 月份 ) , 而干季 ( 11 月 次年月份 ) 降水量非常少 , 只有 9914 mm。4( 1 ) 楚雄市全年盛行偏南气流 , 因此在楚雄市进行城市总体布局、功能分区布局时 , 应将有严重 污染的建设项目生产地设置在市区以北的东瓜、城北片区和福塔附近 , 将居民区布局在永安、鹿城、 东南片区以及开发区一带 。( 2 ) 考虑到防太阳辐射和取得自然通风 , 楚雄 市较好的建筑朝向是在南偏西 25 至南偏东 25 的范围 。除朝向外还要注意建筑物之间的距离 , 距离愈 大 , 自然通风和日照效果愈好 , 但考虑到建筑用 地 , 楚雄市两栋建筑之间的距离至少为前栋建筑高 度的 1116倍 , 才能保证居民在冬至日获得两小时日照 。( 3 ) 楚雄市具有风速小、静风出现频率高、日 照较丰富、太阳辐射强、存在热岛效应等城市气候 特征 。因此在城市规划时 , 应注意改善城市气候条 件 , 尽量 消除 或减缓 “城市 热 岛 效 应 ”的 不 利 影响 。( 4 ) 楚雄市降水量不大 , 干湿季分明 , 雨量集 中 , 在城市规划时主要注意对排水设施的布置 , 适 当协调干湿季水量的排放和储存。图 5 楚雄市 19882007年各月降水量f ig15 the p rec ip ita tion amoun t of eve ry mon th in chuxiong c ity from 1988 to 200711512 降水对城市规划的影响通过对楚雄市近 20 年降水资料进行分析得知 (图 5 ) , 楚雄市降水强度不大 , 因此在楚雄市进行 城市规划时主要注意城市排水网管的布置 , 在设置排水网管时要尽量使之与道路系统相配合 , 以最短 路线流出管道 , 同时要结合楚雄市地形来布局雨水 管道 , 使降水能畅通流向龙川江和青龙河 , 尤其要加强对目前还存在排水系统排水不畅的老城区的排 水系统的布局 , 以防在大或暴雨期间城市积水过多 给城市交通和市民生活带来不便。另外 , 也要考虑 到楚雄冬春季节降水量少 , 水库蓄水量低而夏秋季参考文献 : 1 杨小波 , 吴庆书 , 邹伟 , 等 1城市生态学 m . 北京 : 科学出版社 , 2001: 106 - 1071 2 陈明 1论我国城市气候研究工作的进展 j . 南京大学学报 , 1995, 31 ( 3 ) : 529 - 5311 3 周淑贞 1国外城市气候研究状况 m / /华东师范大学地理系 1 城市气候与城市规划论文集 1 北京 : 科学出版社 ,1985: 169 - 1701 4 彭少麟 , 周凯 , 叶有华 , 等 1城市热岛效应研究进展 j . 生态环境 , 2005 , 14 ( 4 ) : 574 - 5791 5 周淑贞 , 张超 1城市气候学导论 m . 上海 : 华东师范大学出版社 , 1985: 239 - 245; 252 - 2801 6 朱瑞兆 1风与城市规划41 - 441 7 李德华 1城市规划原理m / /国家气象局气象科学研究院 1城市气候与城市规划论文集 1北京 : 科学出版社 , 1985:m . 北京 : 中国建筑工业出版社 , 2001: 42 - 431 8 何萍 , 李宏波 1云贵高原中小城市热岛效应分析 j . 气象科技 ,30 ( 5) : 288 - 2911490 - 49311994: 6 - 712002 , 9 汤惠君 1广州城市规划的气候条件分析 j . 经济地理 , 2004 , 24 ( 4) : 10 贺升华 , 张凤金 , 吴嘉征 , 等 1烤烟与气候 m . 北京 : 气象出版社 , 11 傅抱璞 1窗户朝向与街道间距 、走向和太阳辐射的关系 m / /南京大学气象系 1城市气候与城市规划论文集 1北京 :科学出版社 , 1985: 84 - 911 12 宋家泰 , 崔功豪 , 张同海 1城市总体规划 m . 北京 : 商务印书馆出版 , 1985: 43 - 451 13 住宅设计中的卫生知识 eb /ol 1h ttp: / / b log1 soufun1com /9591830 /64 / a rtic lede ta il1h tm1 82 云南地理环境研究第 21卷a naly s is o n urba n pl a nn ing cl im a te co nd it io ns in them ed ium 2s ize c ity c hux io ng o f y unna n pl a tea uh e p ing, l on g j ing(d ep a r tm en t of g eog rap hy, c huxiong n o rm a l c o llege, c huxiong 675000, yunna n, c h ina )a b stra c t: b ased on the m e teo ro log ica l da ta a rrange in c hux iong c ity of nea rly 20 yea rs, the ana lyse of m e teo ro2log ica l e lem en t cha rac te ris tic and the ir affec t to u rban p lann ing abou t w ind and the sun rad ia tion and a ir tem p e ra2 tu re s ca tte r in c hux iong c ity. u rban env ironm en t p rob lem is d iscussed w ith the m e teo ro log ica l e lem en t cha rac te r2 is tic and u rban p lann ing and u rban a rch itec tu ra l des ign. the im p rov ing m easu re have sugges ted tha t the u rbanp lann ing and u rban env ironm en t answ e rs, bas is m e teo ro log ica l e lem en t cha rac te ris tic.key word s: u rban p lann ing; u rban env ironm en t; c lim a te cond ition; c hux iong c ity(上接第 64页 )a naly s is o f spa t io 2tem po ral c ha rac ter ist ic s o f urba n l a nd co vera nd its l a nd sca pe pa ttern:a ca se study o f pa ny u d istr ic td en g s han 2shan, x ia l i2hua,gon g j ian 2zhou, w a n g x iao 2xuan( schoo l of g eog rap h ica l sc ience, g ua ngzhou u n ive rs ity, g ua ngzhou 510006, g ua ngdong, c h ina )a b stra c t: b ased on the fou r tm im ages resp ec tive ly in 1990, 1995, 2000 and 2005 yea rs, and com p rehens iveused rem o te sens ing and g is techno logy, com b ined w ith fra g s ta ts landscap e p a tte rn ana lys is sof tw a re, ana2 lyzed dynam ic cha rac te ris tics of the land cove r and landscap e p a tte rn i