城市風向頻率與森林空間規劃布局的探討

王風臻，姜建成，趙 燕，劉 政，蔣海明，張 鵬

（山東省國土空間規劃院，山東 濟南250014）

城市綠地（森林）適宜性分析是城市綠地空間規劃的必要條件，2010年，周媛以沈陽市為例，選取綠地適宜性分析評價因子，采用層次分析法和成對比較法相結合確定不同因子權重系數，通過GIS 空間分析模塊對沈陽市三環內城區綠地建設空間進行評價，結果表明：最適宜、適宜、基本適宜、不適宜、不可用地面積比例分別為11.1%、19.2%、23.3%、29.5%、16.5%，并提出了構建沈陽城市風道、組團綠地、綠地生態網絡等空間規劃布局的建議[1]。2018年，吳梅利用1981-2015年新疆阿克蘇市、喀什市、和田市和阿圖什市多年形成的風向頻率特征，結合2016年城市空氣污染物監測數據進行分析研究，提出了4 市工業區空間布局和多層次綠地結構，提高城市生態承載力的建議[2]。各大城市在不同季節、不同地點，其風向頻率特征差異明顯。本文以濟南市城區為例，依據主城區風向頻率特征，結合主要災害性或高影響性天氣，辯證分析了城市森林空間布局原則和樹木配置方式。

近10年來，濟南市作為省會城市實現了跨越式發展，城區建設規模不斷擴大，三次產業不斷優化。2019年城區常住人口達到595.66 萬人，邁入我國特大城市行列；2020年GDP 突破萬億，是我省政治、經濟、文化和交通中心。為建設生態美麗宜居新城市，需要優化國土空間布局，科學合理規劃生活、生產和生態空間，以精準規劃森林為主體的生態空間尤為重要。并且要遵循特大城市生態系統內在規律，堅持因地制宜，適地適綠，宜喬則喬，宜灌則灌，宜草則草，以降低大氣細顆粒物（PM2.5）濃度，改善區域空氣質量為主要目標。筆者經過多年的調查，對濟南市城區夏季、冬季和全年的風向頻率對森林規劃布局和樹木配置進行了分析研究。

1 關于風向頻率

風向頻率（Frequency of wind direction）系指在一定時期內（1 季、1年或多年），累計各個方位風向（通常分8 個或16 個羅盤方位）的次數，以各個風向（包括靜風）發生的次數占該時期內各方位總次數的百分比來表示。

城市風向頻率在不同城市、不同季節差異明顯，風向頻率最多者為當地主導風向，山脈、河流、溝谷、大型道路的走向對主導風向具有較大影響，一般情況下兩者方向往往一致。主導風向是城市規劃、工業布局和建筑設計的重要參數，也是森林和濕地規劃、樹木配置的重要依據。通常居民區應布置在主導風向的上風向，空氣清新，環境優美；工業區應布置在主導風向的下風向，最小風頻的上風向； 在季風氣候區，工業區應布局在與季風風向垂直的郊外，以減輕對城市大氣質量的影響。

2 濟南市城區風向頻率

2.1 自然條件

濟南市位于山東省中西部，地理位置介于東經116°11′-117°44′，北緯36°01′-37°32′之間，總面積10244 km2。南依泰山，北跨黃河，地處魯中南低山丘陵與魯西北沖積平原的交接帶上，地勢南高北低，依次為低山丘陵、山前傾斜平原和黃河沖積平原。地形地貌可分為北部臨黃河帶、中部山前平原帶和南部丘陵山區帶；河流分屬黃河、小清河、海河三大水系。湖泊有大明湖、白云湖等。低山丘陵區北麓有眾多泉群出露，主城區分布趵突泉、黑虎泉、五龍潭和珍珠泉四大泉群。土壤類型有棕壤、褐土、潮土、沙姜黑土、水稻土和風砂土6 種，以棕壤、褐土為主。自然植被屬于暖溫帶落葉闊葉林地帶，有植物149 科，1175 種和變種，溫帶植物居多，陸棲野生動物211 種。

據濟南市人民政府官方網站公開資料，濟南屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，四季分明，日照充分，年平均氣溫13.9℃，年平均降水量623.0 mm。主要災害性或高影響性天氣包括霧霾、大風、寒潮、臺風、強對流、春旱和高溫等。

2.2 主城區風向頻率

根據全國風向地理區劃，濟南市屬于東南季風區。濟南市主城區風向頻率在東南季風、南部低山丘陵阻擋、黃河河道和大型道路走向等綜合因素的影響下，近30年的風向頻率如圖1 所示，風玫瑰圖見圖2。

圖1 濟南市城區風向頻率圖

從圖1、圖2 中分析，濟南市主城區夏季主導風向是南西南（SSW），其次是東東北（ENE），最弱是東南（SE）；冬季主導風向是南西南（SSW），其次是東北（NE），最弱是東南（SE）；全年主導風向是南西南 （SSW），其次是東東北 （ENE），最弱是東東南（ESE），靜風頻率為14%。

圖2 濟南市城區風玫瑰圖

3 風向頻率影響下的城市森林規劃和樹木配置

當前，在城市森林和植樹綠化規劃設計過程中，設計者和管理者首先參考當地的地表基質情況，密切相關的土壤類型、土層厚度和土壤理化指標等立地條件，其次是參考平均氣溫、降水量、光照、熱量等氣候條件。而對當地的主導風向、災害天氣、局部特殊小環境等因素參考較少。加之優先考慮森林景觀、美化效果和經濟成本，而對生態功能則涉及不足，對森林、樹木和環境之間的相互影響、相互促進的辯證關系研究的不夠嚴謹細致，對以人為本的理念重視不足等問題。

3.1 森林規劃原則

城市森林和樹木具有涵養水源、保持水土、防風固沙、吸附灰塵、凈化空氣、調節氣溫、改善氣候、消減噪音、固碳釋氧、改善景觀等多種生態功能，是城市重要的生命支持系統，是維護城市生態安全的重要保障。但因森林空間規劃不合理、樹木配置不科學、樹木生物學特性和特有的城市生態環境等因素，導致城市部分樹木抗逆性較差[3]，存在不良作用[4]，對人產生不良影響[5]。

根據濟南市主城區夏季、冬季和全年主導風向分布情況，應將森林、森林公園、濕地、濕地公園、城市公園等規劃布局在南西南、東北和東東北區域。森林水平結構設計以簇狀和不均勻分布為主，均勻分布為輔；垂直結構設計以喬木-鋪地藤本+多年生草本為主，喬灌草結合為輔；樹種以高大落葉喬木為主，常綠樹種為輔；單位面積林木密度不宜過大，單株喬木地表空間不應低于10 m2，確保樹木生長良好，保持較強的抗逆性，以充分發揮其生態功能，改善城區空氣質量和生態環境。

3.2 喬木樹種配置方式

為營造城市多彩森林，提升城市森林景觀，改善樹木視覺效果，濟南市栽植了許多以常綠闊葉樹為代表的亞熱帶樹種，冬季需要采取適當的保溫措施。依據城區冬季東北風是主導風向的特點，東北風攜帶寒冷氣流穿過城區，在上風向和下風向配置亞熱帶樹種，均易遭受凍害和風害，生長不良，樹冠稀疏。應將抗寒性弱的樹種配置在側風向或背風向；城區春季、夏季南西南風是主導風向的特點，南西南風攜帶暖濕氣流穿過城區，降水增加，在上風向或高層建筑密集區狹長通道配置淺根性喬木樹種，易遭受風倒和風折。不適宜配置懸鈴木（Platanus）、楊樹（Populus）、柳樹（Salix）等植源性污染樹種[6]，易導致飛毛飛絮污染。城市高大喬木綠化帶適宜采用通風結構、疏透結構，樹冠不宜相互交接覆蓋，有利于局部空氣水平和垂直流通，改善氣流微循環，有利于細顆粒物擴散，提高空氣質量。

3.3 灌木樹種配置方式

濟南市城區栽植花灌木和常綠灌木較多，對改善城市景觀發揮重要作用。在主干道路兩側配置綠籬和模紋花壇，綠化美化效果良好；但在工業區和居住區綠籬則多生長不良，管理不善，是藏污納垢、蚊蟲棲息之地，不利于空氣流通和環境衛生，弊病較多。

3.4 其他木本植物配置方式

在主導風向增加垂直綠化和地表覆蓋綠化對防止城市揚塵作用較大，例如紫藤（Wisteria sinensis）、凌霄（Campsis grandiflora）、爬山虎（Parthenocissus tricuspidata）、五葉地錦（Parthenocissus quinquefolia）等木質藤本植物用于城市垂直綠化，也可顯著提高建筑物景觀效果；扶芳藤（Euonymus fortunei）、鋪地柏（Sabina procumbens）、忍 冬（Lonicera japonica）等是優良木質地被植物，結合多年生草本植物，用于地表覆蓋綠化，可減緩地表徑流，利于降水滲透和節水保泉，減少地表揚塵，吸收有害物質等生態作用。

4 結語

我國特大城市建筑容積率大，人口密度高，工商業發達，有其獨特的生態環境。主導風和森林是其重要的自然資源，充分發揮其有益作用，對提高空氣質量，改善生態生活環境具有重要作用。當前濟南市主城區治理霧霾、大風、寒潮等災害性或高影響性天氣，要利用城區全年風向頻率與森林及其樹木之間相互影響的辯證關系，科學規劃森林空間位置，將森林、濕地、綠地等生態用地規劃布局在南西南、東北和東東北區域；參考夏季和冬季風向頻率，優先選擇抗性強的鄉土生態樹種，順應風向規律合理配置抗性較弱和植源性污染的樹種，保持樹木合理營養空間，可持續地發揮森林和樹木的多種生態功能，保護傳承森林文化，構建和諧美麗泉城，建設生態宜居城市，均有重要的現實意義和經濟價值。