城市风向频率与森林空间规划布局的探讨

王风臻，姜建成，赵 燕，刘 政，蒋海明，张 鹏

（山东省国土空间规划院，山东 济南250014）

城市绿地（森林）适宜性分析是城市绿地空间规划的必要条件，2010年，周媛以沈阳市为例，选取绿地适宜性分析评价因子，采用层次分析法和成对比较法相结合确定不同因子权重系数，通过GIS 空间分析模块对沈阳市三环内城区绿地建设空间进行评价，结果表明：最适宜、适宜、基本适宜、不适宜、不可用地面积比例分别为11.1%、19.2%、23.3%、29.5%、16.5%，并提出了构建沈阳城市风道、组团绿地、绿地生态网络等空间规划布局的建议[1]。2018年，吴梅利用1981-2015年新疆阿克苏市、喀什市、和田市和阿图什市多年形成的风向频率特征，结合2016年城市空气污染物监测数据进行分析研究，提出了4 市工业区空间布局和多层次绿地结构，提高城市生态承载力的建议[2]。各大城市在不同季节、不同地点，其风向频率特征差异明显。本文以济南市城区为例，依据主城区风向频率特征，结合主要灾害性或高影响性天气，辩证分析了城市森林空间布局原则和树木配置方式。

近10年来，济南市作为省会城市实现了跨越式发展，城区建设规模不断扩大，三次产业不断优化。2019年城区常住人口达到595.66 万人，迈入我国特大城市行列；2020年GDP 突破万亿，是我省政治、经济、文化和交通中心。为建设生态美丽宜居新城市，需要优化国土空间布局，科学合理规划生活、生产和生态空间，以精准规划森林为主体的生态空间尤为重要。并且要遵循特大城市生态系统内在规律，坚持因地制宜，适地适绿，宜乔则乔，宜灌则灌，宜草则草，以降低大气细颗粒物（PM2.5）浓度，改善区域空气质量为主要目标。笔者经过多年的调查，对济南市城区夏季、冬季和全年的风向频率对森林规划布局和树木配置进行了分析研究。

1 关于风向频率

风向频率（Frequency of wind direction）系指在一定时期内（1 季、1年或多年），累计各个方位风向（通常分8 个或16 个罗盘方位）的次数，以各个风向（包括静风）发生的次数占该时期内各方位总次数的百分比来表示。

城市风向频率在不同城市、不同季节差异明显，风向频率最多者为当地主导风向，山脉、河流、沟谷、大型道路的走向对主导风向具有较大影响，一般情况下两者方向往往一致。主导风向是城市规划、工业布局和建筑设计的重要参数，也是森林和湿地规划、树木配置的重要依据。通常居民区应布置在主导风向的上风向，空气清新，环境优美；工业区应布置在主导风向的下风向，最小风频的上风向； 在季风气候区，工业区应布局在与季风风向垂直的郊外，以减轻对城市大气质量的影响。

2 济南市城区风向频率

2.1 自然条件

济南市位于山东省中西部，地理位置介于东经116°11′-117°44′，北纬36°01′-37°32′之间，总面积10244 km2。南依泰山，北跨黄河，地处鲁中南低山丘陵与鲁西北冲积平原的交接带上，地势南高北低，依次为低山丘陵、山前倾斜平原和黄河冲积平原。地形地貌可分为北部临黄河带、中部山前平原带和南部丘陵山区带；河流分属黄河、小清河、海河三大水系。湖泊有大明湖、白云湖等。低山丘陵区北麓有众多泉群出露，主城区分布趵突泉、黑虎泉、五龙潭和珍珠泉四大泉群。土壤类型有棕壤、褐土、潮土、沙姜黑土、水稻土和风砂土6 种，以棕壤、褐土为主。自然植被属于暖温带落叶阔叶林地带，有植物149 科，1175 种和变种，温带植物居多，陆栖野生动物211 种。

据济南市人民政府官方网站公开资料，济南属于暖温带半湿润大陆性季风气候，四季分明，日照充分，年平均气温13.9℃，年平均降水量623.0 mm。主要灾害性或高影响性天气包括雾霾、大风、寒潮、台风、强对流、春旱和高温等。

2.2 主城区风向频率

根据全国风向地理区划，济南市属于东南季风区。济南市主城区风向频率在东南季风、南部低山丘陵阻挡、黄河河道和大型道路走向等综合因素的影响下，近30年的风向频率如图1 所示，风玫瑰图见图2。

图1 济南市城区风向频率图

从图1、图2 中分析，济南市主城区夏季主导风向是南西南（SSW），其次是东东北（ENE），最弱是东南（SE）；冬季主导风向是南西南（SSW），其次是东北（NE），最弱是东南（SE）；全年主导风向是南西南 （SSW），其次是东东北 （ENE），最弱是东东南（ESE），静风频率为14%。

图2 济南市城区风玫瑰图

3 风向频率影响下的城市森林规划和树木配置

当前，在城市森林和植树绿化规划设计过程中，设计者和管理者首先参考当地的地表基质情况，密切相关的土壤类型、土层厚度和土壤理化指标等立地条件，其次是参考平均气温、降水量、光照、热量等气候条件。而对当地的主导风向、灾害天气、局部特殊小环境等因素参考较少。加之优先考虑森林景观、美化效果和经济成本，而对生态功能则涉及不足，对森林、树木和环境之间的相互影响、相互促进的辩证关系研究的不够严谨细致，对以人为本的理念重视不足等问题。

3.1 森林规划原则

城市森林和树木具有涵养水源、保持水土、防风固沙、吸附灰尘、净化空气、调节气温、改善气候、消减噪音、固碳释氧、改善景观等多种生态功能，是城市重要的生命支持系统，是维护城市生态安全的重要保障。但因森林空间规划不合理、树木配置不科学、树木生物学特性和特有的城市生态环境等因素，导致城市部分树木抗逆性较差[3]，存在不良作用[4]，对人产生不良影响[5]。

根据济南市主城区夏季、冬季和全年主导风向分布情况，应将森林、森林公园、湿地、湿地公园、城市公园等规划布局在南西南、东北和东东北区域。森林水平结构设计以簇状和不均匀分布为主，均匀分布为辅；垂直结构设计以乔木-铺地藤本+多年生草本为主，乔灌草结合为辅；树种以高大落叶乔木为主，常绿树种为辅；单位面积林木密度不宜过大，单株乔木地表空间不应低于10 m2，确保树木生长良好，保持较强的抗逆性，以充分发挥其生态功能，改善城区空气质量和生态环境。

3.2 乔木树种配置方式

为营造城市多彩森林，提升城市森林景观，改善树木视觉效果，济南市栽植了许多以常绿阔叶树为代表的亚热带树种，冬季需要采取适当的保温措施。依据城区冬季东北风是主导风向的特点，东北风携带寒冷气流穿过城区，在上风向和下风向配置亚热带树种，均易遭受冻害和风害，生长不良，树冠稀疏。应将抗寒性弱的树种配置在侧风向或背风向；城区春季、夏季南西南风是主导风向的特点，南西南风携带暖湿气流穿过城区，降水增加，在上风向或高层建筑密集区狭长通道配置浅根性乔木树种，易遭受风倒和风折。不适宜配置悬铃木（Platanus）、杨树（Populus）、柳树（Salix）等植源性污染树种[6]，易导致飞毛飞絮污染。城市高大乔木绿化带适宜采用通风结构、疏透结构，树冠不宜相互交接覆盖，有利于局部空气水平和垂直流通，改善气流微循环，有利于细颗粒物扩散，提高空气质量。

3.3 灌木树种配置方式

济南市城区栽植花灌木和常绿灌木较多，对改善城市景观发挥重要作用。在主干道路两侧配置绿篱和模纹花坛，绿化美化效果良好；但在工业区和居住区绿篱则多生长不良，管理不善，是藏污纳垢、蚊虫栖息之地，不利于空气流通和环境卫生，弊病较多。

3.4 其他木本植物配置方式

在主导风向增加垂直绿化和地表覆盖绿化对防止城市扬尘作用较大，例如紫藤（Wisteria sinensis）、凌霄（Campsis grandiflora）、爬山虎（Parthenocissus tricuspidata）、五叶地锦（Parthenocissus quinquefolia）等木质藤本植物用于城市垂直绿化，也可显著提高建筑物景观效果；扶芳藤（Euonymus fortunei）、铺地柏（Sabina procumbens）、忍 冬（Lonicera japonica）等是优良木质地被植物，结合多年生草本植物，用于地表覆盖绿化，可减缓地表径流，利于降水渗透和节水保泉，减少地表扬尘，吸收有害物质等生态作用。

4 结语

我国特大城市建筑容积率大，人口密度高，工商业发达，有其独特的生态环境。主导风和森林是其重要的自然资源，充分发挥其有益作用，对提高空气质量，改善生态生活环境具有重要作用。当前济南市主城区治理雾霾、大风、寒潮等灾害性或高影响性天气，要利用城区全年风向频率与森林及其树木之间相互影响的辩证关系，科学规划森林空间位置，将森林、湿地、绿地等生态用地规划布局在南西南、东北和东东北区域；参考夏季和冬季风向频率，优先选择抗性强的乡土生态树种，顺应风向规律合理配置抗性较弱和植源性污染的树种，保持树木合理营养空间，可持续地发挥森林和树木的多种生态功能，保护传承森林文化，构建和谐美丽泉城，建设生态宜居城市，均有重要的现实意义和经济价值。