3.1 城市风环境基础研究
3.1.1 地面风场风向频率
沈阳地区非采暖季主导风向为南风、西南风,采暖季主导风向为北风、西北风。从月份看,2~6月、9月均盛行西南风,特别是6月西南风频率为18.68%;8月、10~12月多为东北东风,特别是11月东北东风频率达到16.25%。沈阳地区全年静风频率偏高为14.2%。从季节变化看,采暖季静风频率最高,非采暖季相对较低;从月份看,4月、5月相对较低,8月、9月、1月相对较高,其中8月最高。
如果单从风向风频角度考虑,传统工业园区首选建在沈阳西向、东南向,污染物的排放对沈阳市区的影响最小(见图1)。
图1 沈阳地区风向频率玫瑰图(累年值)
3.1.2 地面风速演变规律
夏季平均风速小于冬季平均风速,春季最大,夏季最小(见图2)。
图2 沈阳地区平均风速变化(累年值数据分析)
3.1.3 地面风速演变规律
年、季小时平均风速日变化趋势基本相同,都呈单峰型。全年小时平均风速从早晨6时起随着太阳高度角的增大而逐渐增大,午后14时平均风速达到最大,随后小时平均风速逐渐下降,至凌晨4时最小。四季当中,春季的小时平均风速相对其他三季而言较大。采暖季平均风速在14时最大,22时、23时最小;非采暖季平均风速也是在14时最大,凌晨5时最小(见图3、图4)。
图3 沈阳年、采暖季、非采暖季小时平均风速日变化曲线
图4 沈阳年和四季小时平均风速日变化曲线
3.1.4 边界风场
沈阳城区低层200米以下,偏东北风频率较高;从200米以上开始,偏北风逐渐被南到西南风向的风取代。在200米高度以上,风向出现切变,这种风向切变有利于大气扩散。由此可见,沈阳上空200米左右高度是大气扩散能力强弱的分界线。
沈阳风速随高度增加是主要的变化趋势。800米以下,风速增加变化均匀;1 000~1 500米,风速变化缓慢。静风频率随高度增加逐渐降低。而作为扩散能力重要指标的低层200米以内的风速变化,风速随高度增加有减弱的趋势。因此,沈阳低空200米高度内,大气扩散能力受到一定影响(见图5)。
图5 沈阳2015年12月1~30日风速随高度变化的平均值
3.1.5 城市风源分析
沈阳地区夏季风源主要为渤海海陆风——南风、西南风的影响最大,同时也受到长白山的作用,次主导风向为东风、东北风和东南风。冬季风源主要受蒙古高原干冷的空气源源不断地从北、西北两向侵入沈阳市,同时受到海洋和长白山的影响,北风、东风交替作用。
通过区域风场分析可以看出,区域主要风道出入口与风道走向均与区域重要水系、山体走向密切相关。规划应将“风道”与区域“绿道”及“水道”相重合,构成区域复合生态廊道,起到降低城市群污染物集聚,减缓城市“热岛效应”,保障区域生态安全的作用。
沈阳夏季(6~8月)风源特征:受南风、西南风的影响最大;受到长白山的影响,次主导风向为东风、东北风和东南风。
沈阳冬季(11~翌年2月)风源特征:干冷的空气源源不断地从北、西北两向侵入沈阳市,同时受到海洋和长白山的影响,北风、东风交替作用。
3.1.6 城市风场模拟分析(近地200米内)
由于沈阳属于圈层发展的城市空间形态,冬、夏两季盛行风进入城区后,受建筑的阻挡,风速和风向都发生很大的变化。冬季主导风以偏北风为主,由于受建筑物和地理环境的影响,出现了局地绕流现象。夏季主导风大部分地区以西南、南风为主,偏东地区以东南风为主,经过沈阳城区一带西南风比较明显;与冬季风在主城区等地出现的绕流现象相似,夏季风在中心城区局地也存在绕流特征。
3.1.7 风速分析
三环以内的沈河、和平、铁西、大东等老城区以及金廊沿线等建筑比较密集的区域风速较小,通风环境较差。当风速较小时,近地面层盛行风通常会在城市中部或者下风向静止。浑河、北运河、长大铁路沿线等比较开阔的线性开敞空间区域城市主导风速变化相对不大。三环以外的通风条件良好。
3.1.8 风向分析
不同区域风向各不相同。夏季风、冬季风在沈阳中心城区局地存在绕流现象,东部山体存在大气涡旋区。虽然局部地区具体风向有变化,但从全市整体看,风向走势还是趋于城市主导风向。