城市滨海空间的风环境评价研究综述

城市滨海空间的风环境评价研究综述城市滨海空间作为陆地与海洋生态系统的交错带，兼具生态敏感性、经济价值与公共服务功能，是城市开发建设的核心区域之一。风环境作为滨海空间微气候的核心构成要素，不仅直接影响人体热舒适、空气质量与活动安全性，还与建筑能耗、台风灾害风险、滨海生态系统稳定性密切相关。随着我国沿海城市开发强度不断提升，高密度建设对滨海风场的扰动效应日益凸显，开展风环境评价研究成为指导滨海空间科学规划、实现“气候适应性城市”建设目标的关键支撑。一、城市滨海空间风环境的基本特征与影响因子城市滨海空间的风场呈现显著的多尺度耦合特征，受到海陆热力差异、城市下垫面、地形地貌等多重因子的共同作用。从大尺度背景来看，海陆风环流是滨海区域最典型的局地风系统：白天陆地升温速率快于海洋，近地面形成由海洋吹向陆地的海风，风速通常在2~5m/s，影响范围可深入内陆5~50km；夜间则相反，形成由陆地吹向海洋的陆风，风速相对较弱，一般为1~3m/s。这种周期性的风场变化是滨海区域通风廊道构建、污染物扩散分析的基础背景条件。中尺度层面，城市下垫面的异质性是风场扰动的核心来源。滨海区域的土地利用类型通常呈现“海洋-滩涂-绿地-建成区”的梯度分布，不同下垫面的粗糙度长度存在显著差异：海面粗糙度仅为0.0002~0.005m，开阔滩涂和绿地为0.01~0.1m，而高密度建成区可达1~3m，粗糙度的突变会导致近地面风速在海陆交界区域发生剧烈变化，出现风速衰减、风向偏转、局地涡流等现象。研究表明，当建筑群密度超过30%时，滨海区域1.5m高度处的平均风速较开阔海面可降低40%~60%，通风效率下降幅度甚至超过70%。小尺度层面，单体建筑形态、滨水岸线设计、植被配置等要素会进一步改变局地风场特征。例如，滨海超高层建筑群易形成“狭管效应”，导致局部区域风速超过5m/s，冬季会引发强烈的风寒效应，夏季则可能影响行人活动安全性；而凹凸型的岸线设计、沿岸防波堤的布置会改变气流的运动路径，在岸线凹进区域形成静风区，不利于热量和污染物的扩散。此外，台风等极端天气条件下，滨海区域的风场还会呈现出强湍流、阵风系数大的特点，阵风风速可达平均风速的1.5~2.5倍，对滨海建筑结构安全、户外设施稳定性构成直接威胁。二、风环境评价的核心维度与量化指标体系当前城市滨海空间风环境评价主要围绕人体舒适性、环境健康性、灾害风险性、生态适宜性四大核心维度展开，形成了多指标融合的量化评价体系。人体舒适性维度是面向公共空间使用需求的核心评价内容，通常采用通用热气候指数（UTCI）、预测平均投票值（PMV）、相对热指标（RWI）等综合指标，结合风速、气温、相对湿度、辐射温度等气象参数进行量化。针对滨海区域高湿度、强辐射的特点，现有研究对常规评价模型进行了针对性修正：例如，当相对湿度超过70%时，风速对热舒适的提升效应会被削弱，因此滨海夏季舒适风速阈值通常设定为1.5~3m/s，低于内陆城市的2~4m/s；冬季则需控制风速不超过2m/s，避免风寒效应导致的不适。此外，部分研究还引入了“风频舒适度”“高风速持续时间占比”等动态指标，用于评估不同季节、不同时段的风环境舒适时长占比，弥补静态指标无法反映时间变化特征的缺陷。环境健康性维度重点关注风环境对污染物扩散的影响，核心指标包括通风效率、换气次数、污染物浓度达标率等。其中，通风效率是衡量滨海空间整体通风能力的关键参数，通常通过单位时间内的空气交换量来计算，研究表明当滨海区域的平均通风效率大于2次/小时时，可有效降低PM2.5、臭氧等污染物的浓度积累。针对滨海区域的盐雾问题，部分研究还将“盐雾沉降速率”“氯离子扩散路径”纳入评价体系，评估风场对滨海建筑腐蚀、植物生长的影响。此外，在疫情防控常态化背景下，户外空间的“新风置换效率”“气溶胶扩散距离”等指标也逐渐成为评价的重要内容，用于指导滨海公共空间的疫情防控设计。灾害风险性维度主要针对台风、风暴潮等极端气象事件，重点评估强风对城市安全的影响。常用指标包括50年一遇最大风速、阵风系数、湍流强度、风荷载系数等。我国《建筑结构荷载规范》规定，滨海重点建设区域的基本风压应按照100年一遇的标准取值，通常在0.7~1.2kN/m²之间。部分研究进一步提出了“风灾脆弱性指数”，结合建筑密度、建筑高度、人口分布等要素，量化不同区域的强风灾害风险等级，为防灾避险空间布局提供依据。例如，滨海区域的迎风岸线区域、超高层建筑周边的步行空间通常被划定为高风险区域，需要通过设置挡风屏障、优化建筑退距等方式降低风险。生态适宜性维度是近年来新兴的评价方向，主要关注风环境对滨海生态系统的影响。核心指标包括海陆风交换强度、风媒花粉扩散范围、盐雾输送通量等。研究表明，保持海陆风的通畅交换是维持滨海生态系统稳定性的关键：当海风能够深入建成区3km以上时，可有效缓解城市热岛效应，降低滨海区域的夏季平均气温1~2℃；同时，适宜的风速还有利于红树林、盐沼等滨海湿地的气体交换和养分输送，提升生态系统的碳汇能力。部分研究还开展了风环境对滨海鸟类迁徙、植物种子传播的影响研究，为滨海生态廊道的构建提供科学依据。三、风环境评价的主要技术方法与应用场景当前城市滨海空间风环境评价的技术方法主要分为现场观测、风洞试验、数值模拟三类，三类方法各有优劣，在实际研究中通常相互验证、融合使用。现场观测是获取风场真实数据的最直接手段，通常采用地面气象站、移动观测车、无人机机载测风仪、超声风速仪等设备开展长期定点监测或短期加密观测。针对滨海区域的特点，观测点的布设通常遵循“海陆梯度布设、重点区域加密”的原则：在离岸1~2km的海面、滩涂、滨海岸线、建成区内部分别设置观测点，分析风场从海洋向陆地的变化规律；在超高层建筑群、大型公共空间等风环境复杂区域增设观测点，捕捉局地风场的精细特征。现场观测的优势是数据真实可靠，能够反映实际气象条件下的风场变化，但缺点是观测成本高、周期长，且难以覆盖所有空间点位，无法全面反映规划方案调整对风环境的影响。风洞试验是研究建筑布局对风场影响的经典方法，通过将研究区域的地形、建筑按照一定比例缩制成模型，在风洞中模拟不同来流方向、不同风速条件下的风场特征。风洞试验可以精确测量建筑表面的风荷载、行人高度处的风速分布、局部涡流的形成机制，尤其适用于超高层建筑群、大型滨海枢纽等复杂项目的风环境评估。以上海陆家嘴滨海区域的风洞试验为例，研究人员通过1:500的缩尺模型，准确捕捉到了东方明珠、金茂大厦等超高层建筑周边的狭管效应区域，为周边步行空间的优化设计提供了数据支撑。风洞试验的缺点是模型制作成本高、周期长，且难以模拟温湿度变化、海陆风环流等复杂气象条件，应用场景存在一定局限性。数值模拟是当前城市规划阶段风环境评价应用最广泛的方法，通过计算流体动力学（CFD）软件对风场进行数值求解，能够快速获得全区域的风场分布数据，支持多方案的对比优化。常用的CFD模拟软件包括Fluent、OpenFOAM、PHOENICS等，针对滨海区域的特点，模拟过程通常需要耦合海陆热力边界、粗糙度变化、太阳辐射等参数，提高模拟结果的精度。随着技术的发展，大涡模拟（LES）、雷诺平均Navier-Stokes（RANS）等模拟方法的精度不断提升，部分研究还将气象预报模式（WRF）与CFD模拟结合，实现了从区域气候到局地风场的多尺度耦合模拟。数值模拟的优势是成本低、效率高、可视化效果好，能够直接对接规划设计方案，但缺点是模拟结果受边界条件、参数设置的影响较大，需要现场观测或风洞试验数据进行校准。在应用场景层面，风环境评价已经深度融入滨海城市规划建设的全流程：在总体规划阶段，风环境评价用于确定城市通风廊道的走向和宽度，明确不同区域的开发强度管控要求，例如珠江口滨海新区在总体规划中通过风环境模拟，划定了12条宽度50~200m的一级通风廊道，要求廊道内的建筑密度不得超过20%，确保海风能够深入城市内部；在详细规划阶段，风环境评价用于优化建筑布局、高度控制和岸线设计，例如深圳前海合作区在地块出让前，将风环境舒适率、通风效率等指标纳入地块规划条件，要求住宅地块的人行高度处舒适风速占比不低于70%；在建筑设计阶段，风环境评价用于指导建筑形态优化、遮阳通风设施配置，例如厦门翔安国际机场的航站楼设计通过风环境模拟，优化了屋盖造型和通风开口设计，降低了夏季空调能耗约15%。四、当前研究的不足与未来发展方向尽管城市滨海空间风环境评价研究已经取得了丰富的成果，但随着气候适应性城市建设要求的不断提升，现有研究仍然存在三个方面的不足：一是多尺度耦合机制研究不足，当前多数研究要么聚焦大尺度海陆风环流，要么聚焦小尺度局地风场，对不同尺度风场之间的相互作用机制研究不够深入，尤其是高密度建成区对海陆风的阻挡效应的量化模型精度还有待提升；二是多目标协同评价体系不完善，现有评价通常单独关注舒适性、安全性或生态性某一个维度，缺乏兼顾多目标的综合评价方法，例如滨海区域的强风既能提升夏季热舒适，又会增加冬季风寒效应和台风灾害风险，如何权衡不同目标的优先级、建立动态的评价标准还需要进一步研究；三是与规划设计的衔接不足，当前多数风环境评价是在规划方案形成后开展的后置评估，缺乏面向规划设计过程的前置引导工具，规划师难以在方案设计阶段快速判断不同布局对风环境的影响，导致评价结果的落地性不足。未来的滨海空间风环境评价研究需要重点向三个方向发展：第一，构建多尺度多物理场耦合的模拟方法，融合气象学、城市规划学、流体力学等多学科的技术方法，实现“区域气候-中尺度城市风场-小尺度局地风环境”的全链条模拟，提升复杂条件下的风场预测精度；第二，建立多目标动态协同的评价体系，结合不同城市的气候特征、功能定位，构建兼顾热舒适、灾害防控、生态保护、建筑节能等多元目标的加权评价模型，明确不同季节、不同场景下的评价指标阈值，提升评价结果的科学性和适用性；第