應對極端氣候災害的韌性城市規劃方法

單嘉帝 田健 曾堅

引言

全球氣候變化導致極端氣候災害事件頻發，例如2021)河南鄭州發生千)一遇特大暴雨，夏秋歐洲遭遇極端強降水，冬季風暴“烏里”襲擊北美破歷史低溫極值，美國冬季發生罕見強龍卷風事件等。極端天氣事件造成的災害對區域與城市的影響越發顯著，并且其頻率和強度有著增加的趨勢，嚴重影響城市居民生命財產安全。

城市自古以來就受到自然災害和極端天氣的強烈影響，由于自身人口、經濟高密度帶來較高的暴露度，高強度的人工環境改造，誘發了孕災環境敏感性，使得極端氣候災害發生時更易受到侵害。由于極端氣候災害突發性更高、隱蔽性更高、傳播范圍更廣、破壞能力更強，以被動防御為主的傳統防災減災規劃難以有效應對，這就要求從單純的工程減災，向更寬泛的城市綜合災害的韌性治理模式轉變。

由于全球氣候變化給城市發展帶來的不確定性與潛在危機，韌性城市的建設模式逐漸成為城市規劃關注的熱點議題。國外主要從減少溫室氣體的排放、氣候災害對公共設施的影響評價、氣候目標分解和規劃政策導向、提高城市恢復能力、構建低碳城市等方面展開研究；國內主要從城市規劃管理體制、適應型城市等方面，探索應對氣候變化的規劃理論。目前，盡管世界各國對氣候變化適應性的研究日漸增多，并初步形成了基本的氣候減緩與適應性規劃體系；但較少在多尺度層面進行系統性研究，在城市韌性的規劃與建設方面的理論研究存在不少缺環。

因此，本文通過分析城市在應對極端氣候變化中所面對的風險與問題，結合區域城市群層面、城市層面及街區層面等不同空間尺度，提出應對極端氣候災害風險的韌性城市規劃策略：一方面，研究減緩性規劃策略，減少溫室氣體的排放，減緩氣候變化，防控災害風險；另一方面，提出適應性規劃策略，提升城市應對災害沖擊的能力，盡可能減小潛在的影響和損失。

概念解讀

（一）韌性與韌性城市

韌性一詞來源于物理學，其本意是“恢復到原始狀態”。加拿大生態學家霍林（Holling，1973）將其引入系統生態學領域，描述了系統在遭受外界各種沖擊時，能夠維持系統原有穩定狀態的能力。自20世紀90)代以來，韌性研究經歷了從自然生態學向人類生態學的發展，以及“工程韌性—生態韌性—演進韌性”的理論發展過程。韌性的概念在城鄉規劃學界中，則從單純的利用、消耗的關系，到提倡人、居、環的協調共生，并構建了韌性城市規劃與建設等基本理論，旨在強化城市面對災害時的預防、準備、響應及快速恢復能力。

韌性城市是指能夠應對、適應并吸收多種災害沖擊，在面臨干擾時能夠保持或迅速恢復到所需功能，維持多尺度韌性循環的可持續城市系統。在本文中，主要針對極端氣候變化所帶來的災害風險，通過適應與減緩的技術手段，在多尺度層面對城市韌性影響要素進行系統性調控和協同，以提升城市及區域應對極端氣候災害的韌性適應能力。

（二）應對氣候變化和極端氣候災害的韌性城市規劃理論

1. 氣候變化背景下的韌性城市規劃理論

在不同空間尺度下，城市建設受到多種影響因素侵擾，引發諸如高溫、風暴等極端天氣事件，影響了城市系統的安全運行。韌性城市規劃理論主要包括減緩和適應兩種規劃技術。減緩性規劃技術是降低災害發生的危險性，適應性規劃技術是提高城市對極端氣候災害的應對能力，兩種規劃技術都是韌性城市規劃建設中的重要技術手段。通過適應性規劃技術與減緩性規劃技術，可以協調社會經濟、基礎設施等城市系統，提高韌性城市所需要的抵抗、適應、轉換能力，改善優化城市韌性系統，降低極端氣候變化的危險性與災害風險（圖1）。

圖1 氣候背景下韌性城市規劃框架

2. 氣候變化背景下的多尺度影響因素研究

關注不同空間尺度下的空間影響要素，有助于建立城市韌性系統的循環適應能力。因此，有必要在區域城市群、城市、街區三個層面，對韌性城市的影響因素進行科學梳理（表1），并探討上述因素對城市韌性的影響結果。

表1 多尺度層面下城市韌性影響因素

韌性城市規劃建設中的減緩與適應性技術

（一） 減緩氣候變化的低碳韌性規劃技術

減緩氣候變化的規劃技術主要與減輕氣候災害發生的危險性有關，其目的在于減少區域和城市極端氣候發生的頻率和強度，從而減輕城市面對洪澇、風暴、高溫等極端氣候災害的危險性。造成氣候變化的重要原因之一是城市能源、交通、建筑等系統中的溫室氣體大量排放。因此，減緩氣候變化往往通過能源、交通土地、水資源、建筑、固廢材料等進行規劃控制，如通過公交導向開發技術、公共服務設施的多元分布技術、基于步行友好的街區尺度控制技術，以及綠色碳匯網絡技術，減緩對環境的破壞和降低溫室氣體的排放，進而實現緩解氣候變化，消減極端氣候災害等目標。

（二）適應氣候變化的規劃內涵及研究框架

1. 適應性規劃技術

適應氣候變化的規劃技術是讓城市系統對氣候變化所帶來或可能發生的影響（如洪澇、風暴、高溫等災害）做出調節，以實現適應當前環境狀態變化的系列技術手段。當減緩技術無法抵御極端氣候災害所帶來的危險性時，便需要適應性規劃技術手段，降低城市面對氣候災害風險的脆弱性與暴露度，提高城市的適應、轉換能力，去面對高溫、洪澇、風暴等災害對城市系統的沖擊。

2. 實施層面及研究框架

在脆弱性分析和風險評估的基礎上，適應性規劃包括以下層面的內容：在區域城市群規劃層面，通過對自然基底、山水藍綠空間等自然環境要素科學組織，以及通過跨區域公共設施的優化布局，提升城市社會網絡與自然基底交融度，共同構成社會—生態系統韌性；在城市規劃層面，主要通過對城市基礎設施、綠化空間、道路網絡等城市系統的適應性建設管理，降低面對極端氣候災害的風險水平；在街區規劃層面，則著重考慮在建筑布局及片區環境協調上的保護性策略。

應對極端氣候變化的適應性規劃技術思路，主要包含了氣候情景分析、風險識別、災害評估模擬與影響分析。同時，根據以上分析，以韌性城市理念為指導，針對災害風險特征，提出應對極端氣候風險災害的適應性規劃策略框架（圖2）。

圖2 適應性規劃研究框架

（三）減緩與適應性規劃技術的適用條件對比

減緩性規劃技術與適應性規劃技術從不同角度應對城市氣候災害與氣候變化。減緩性規劃技術主要是通過減排為主的手段降低災害危險，旨在減少極端氣候災害發生的強度和頻率；適應性規劃技術則旨在降低區域與城市面對極端氣候災害風險的脆弱性和暴露度。因此，減緩仍是優先選擇。當外部氣候環境及產生的影響無法避免時，適應性規劃技術便成為應對極端氣候災害的重要組成部分，保證城市在面對沖擊干擾時，能夠迅速吸收、應對，并恢復到預期狀態，以實現安全運營的可持續發展的目的。適應性規劃技術不同于減緩技術，是從長遠角度實現區域與城市的可持續發展，其優勢在于從特定災害及方向上，減少極端氣候變化帶來的風險及破壞。

應對極端氣候災害的減緩性規劃技術

（一）減緩氣候變化的研究框架

極端氣候背景下，減緩性規劃技術的框架包括如下內容：首先，分級別對碳排放進行控制，將國家制定的碳排放目標逐步分解到地方及各個行業，最終實現碳排放分層次控制；其次，基于碳排放目標，在不同層次的城市規劃中對策略及行動框架進行落實，達到從總目標向專項目標轉移的目的，同時，將分層次的專項減排策略納入法定規劃體系中，制定并指導相關實施步驟；最后，計算減緩策略的成本效益，進行策略優選及實施有效性評估，幫助行動策略進行動態調整，構建循環提升的減緩性規劃技術體系。具體主要通過土地使用、能源規劃、水資源系統利用、低碳建筑設計、固體廢棄物利用等手段，減少氣候變化帶來的整體負面影響。

（二）多尺度減緩氣候變化的技術路徑

在區域城市群層面，主要考慮對自然基底的保護與建設。韌性生態系統建設是解決城市群脆弱性的重要手段，大量的社會經濟活動都依賴區域生態系統的支持，并且生態系統能夠對氣候進行調節。建立城市群空間發展結構與生態系統之間的聯系，是提高區域城市群韌性、減緩極端氣候災害的重要環節。另外，在資源與環境空間的約束制衡下，引導區域產業的合理布局與公共設施的多樣性配置，能夠形成空間高效、緊湊發展的區域空間體系。

在城市層面，包含了關系城市發展的能源、交通、市政設施、土地及空間規劃等方面的措施。通過實施城市綠色碳匯、調整低碳可持續的能源結構，優化交通系統與水系統，提升固廢資源利用等措施，從城市層面降低溫室氣體排放、減少能耗，減緩城市空間極端氣候災害風險。

在街區層面，主要包括交通組織、建筑群布局，以及應對氣候變化緊密相關的社區綠色基礎設施設計。通過對這些要素的規劃設計，例如生態建筑設計、街區可再生能源開發利用、慢行交通網絡構建及街區尺度控制等技術手段，提升街區的抵抗、適應、恢復等韌性能力，實現街區低碳化發展目標。

綜上所述，形成多尺度視角下減緩性規劃技術的控制要素內容（表2）。

表2 多尺度減緩性規劃控制要素

應對極端氣候災害的適應性規劃技術

臺風、暴雨、洪澇與高溫災害是典型的極端氣候災害，因此，以上述幾種災害為例，從多尺度的視角，介紹應對極端氣候災害的適應性規劃技術。

（一） 多尺度洪澇災害適應性規劃技術

1. 區域城市群層面

應對洪澇災害的適應性規劃技術內容包括：通過區域和城市群的洪澇災害數據收集，構建雨洪災害監測體系；基于孕災環境敏感性、致災因子危險性、承災體暴露性和防災減災能力等方面，構建風險評估指標體系，并基于GIS空間分析技術和災害風險評估數字模型，對區域和城市群洪澇災害綜合風險進行區劃；通過自然災害風險指數法與安全評估的四項指標疊加，劃分區域尺度的高、中、低風險韌性承澇區域；最終形成基于適應性的區域洪澇韌性安全網絡評估與監測體系（圖3）。

圖3 區域城市群洪澇韌性監測評估體系

區域減災策略方面，基于區域雨洪災害監測與評估模擬結果，通過區域生態防洪體系，配合以流域防洪工程為核心的工程性防洪體系，改變以往完全依賴被動式堤防的模式。針對雨洪風險敏感區的高、中、低風險區分別采取保護、適應性調節、有計劃撤退等措施，增強城市群的抗風險能力，提升應對極端氣候變化的城市群承洪韌性（圖4）。

圖4 區域城市群洪澇韌性適應性策略

2. 城市層面

城市洪澇災害風險是城市敏感性、危險性、暴露性、防災減災能力綜合作用的結果。基于對城市致災環境危險性、孕災環境敏感性、承載環境敏感性的監測，完成城市雨洪災害數據的收集。城市韌性評估與雨洪災害風險評估，是城市層面雨洪災害情景評估的主要內容（圖5）。其中，城市韌性評估框架包括抵抗力、恢復力和適應力3個方面；城市雨洪災害風險評估框架包括降雨、洪澇情景構建模擬及城市內澇風險評估等內容。

圖5 城市雨洪韌性監測評估體系

城市承洪韌性策略主要包括工程性措施與非工程性措施，將規劃用地中的非建設用地、公園綠地、濕地等調蓄空間作為臨時滯洪空間，緩解城區防洪壓力，提高城市受災害沖擊時維持自我穩定、自我調節的能力（圖6）。

圖6 基于適應性的城市雨洪韌性提升策略

3. 街區層面

在街區層面，通過對自然與人工環境要素等數據進行收集與處理，形成街區雨洪災害監測體系。在對以往文獻及資料進行整理后，篩選出最終評價指標，提出街區尺度層面的雨洪韌性評估體系及韌性提升策略（表3）。

表3 街區層面雨洪適應性提升策略

基于適應性的街區層面韌性提升策略通常使用屋頂綠化、雨水花園、下沉式綠地等低影響開發措施，以及空間、設施、管理優化技術和智慧技術等，預防、吸收、化解、適應雨洪災害在街區層面的破壞，提升街區雨水滯留能力與可浸區比例，最終達到街區動態調整能力和適應能力提升的目標。

（二）多尺度臺風災害適應性規劃技術

通過解析區域城市群層面、城市層面、 街區層面的風載特性，探尋臺風災害致災的規律與機制，進行風環境風險識別與評價，最終基于承風韌性理念和要求，提出相應的多尺度適應性防風規劃策略。

1. 區域城市群層面

區域城市層面中，基于WRF與Fluent軟件模擬技術，發現城市風壓、風速的影響因素，從而對風暴災害進行識別與監測。建立風暴災害數據庫及預測機制，對區域城市群脆弱性進行風險評估，并設計風暴仿真模型及災害風險評估模型，形成完整的風環境荷載評估及模擬體系。

在區域臺風災害適應性規劃技術方面，早期以美國和荷蘭為代表的防災措施主要是硬性應對策略，如風暴潮屏障、海堤、堤壩、通洞和艙壁等硬化結構布局。后來逐漸轉化為主動式的應對。歐美和東南亞的一些國家嘗試把韌性基礎設施融入防災，并開始注重自然的力量，將生態系統統籌納入防災系統，加入了軟性基礎設施，如濕地、沙灘、沙丘、防護緩沖帶、紅樹林、公共綠地等與風暴直接接觸的重要生態屏障，成為區域風暴災害適應性提升中最重要，也是效果最明顯的部分。

2. 城市層面

城市層面的適應性規劃技術主要是對城市風環境、城市通風廊道進行災害風險識別與監測。分析城市風環境荷載，對城市風暴災害危險性、脆弱性、暴露性與防災減災能力進行指標定量評估與風險指數計算，形成城市綜合風暴災害風險等級評估與區劃。最后根據綜合評估模擬結果，提出避難場所布局與韌性產業發展的適應性提升策略（圖7）。

圖7 城市風暴災害適應性規劃技術路徑

3. 街區層面

在街區層面，通過對街區尺度災害風險進行識別與監測，基于CFD理論與Fluent軟件對街區風荷載數值進行模擬分析,確定災害中容易受到破壞的薄弱區域或部分，并針對普通街區層面與核心保護區進行區分保護，建構“群體—單體—構造”多級韌性系統，提升街區防風韌性。

（三） 多尺度高溫災害適應性規劃技術

1. 區域城市群層面

在區域城市群層面，借助遙感技術、衛星遙感反演技術與區域氣象站實測數據對高溫災害進行監測識別。運用WRF與UCM技術對區域城市群高溫災害進行評估模擬，分析出區域內氣候氣象及地理條件影響機制，為適應性策略制定提供依據。應對高溫災害的策略方面，使用WRF技術識別主通風廊道，依托區域地理空間格局，構建藍綠網絡通風廊道進行區域韌性生態降溫，實現減緩高溫災害的目標。

2. 城市層面

城市層面主要通過地表溫度檢測軟件以及城市氣象站的監測數據，實現對城市高溫災害的監測。地表溫度監測是基于遙感影像反演技術，確定高溫熱浪易損區及脆弱區，為高溫災害防控提供了重要的空間分析基礎。通過GIS技術與城市數據平臺對城市高溫災害進行模擬，對城市高溫災害影響機制，如城市人為排熱、生態條件、下墊面狀況、城市主導風向等進行分析模擬。以上三點共同構成了城市高溫災害監測模擬體系。城市高溫災害適應性策略方面，主要是從降溫格局框架構建、風道規劃與綠地結構優化等角度出發，制定適應當地氣候的城市結構、功能分區、城市色彩以及建筑的設計策略，綜合利用城市中的降溫要素，對城市地表溫度熱環境進行針對性的適應性提升。

3. 街區層面

街區尺度層面，應用紅外監測與氣溫監測點進行災害監測。街區高溫災害評估模擬方面，通過建立衛星遙感和地面監控的雙重監控機制，清晰地分辨出地表溫度較高地區在易損區中的具體位置變化，并同時監控所有易損區的溫度情況。基于CFD理論、ENVI-MET數值模擬法，能夠分析建筑群體的氣候適應性，并對街區高溫災害進行模擬，最終分析出空間形態與建成環境的影響機制。街區層面的承災策略，包括風環境控制、建筑密度優化、天空可視度解析、建筑高度控制、社區綠地設計、錯落度調整等內容。其中，高溫易發區內的首選適應性規劃策略，是增加綠地分布及綠化設施，水體和綠地，作為城市熱島重要的緩解要素。

總結

氣候變化帶來極端天氣頻發，具有較強的破壞力，當前城市受極端氣候災害影響的頻率及強度大幅增加。韌性城市規劃建設與極端氣候災害風險息息相關，其技術手段能夠較好地應對氣候變化帶來的新挑戰。在多尺度層面進行減緩性規劃和適應性規劃的理論與實踐研究，是應對極端氣候災害事件、提升氣候韌性的重要手段。在區域、城市以及街區三個不同空間尺度下，從系統角度提出應對極端氣候災害侵擾的策略，提升城市系統的自協調性、自組織性、自適應性、自恢復能力，實現城市應對極端氣候災害風險的長效治理目的。