基于绿地生态机理的城市空间形态研究

基于绿地生态机理的城市空间形态研究

胡光辉

上海交通大学规划建筑设计有限公司上海200030

摘要：城市生态系统具有开放性、依赖性、脆弱性等特点，极易受到人类活动的干扰和破坏，引起城市生态系统的失衡，导致城市“生态环境危机”的出现。近年来，快速的城市化进程使得大量的人造建筑取代了自然地表，极大的改变了城市的生态环境，影响人类的身体健康和生活环境。绿地是植被生长、占据、覆盖的地表和空间。城市绿地是指用以栽植树木花草、布置配套设施，并由绿色植物所覆盖，且赋以一定功能与用途的场地。基于此，本文主要对基于绿地生态机理的城市空间形态进行分析探讨。

关键词：绿地生态机理；城市空间形态

1、前言

当今，“绿带”、“绿心”和“绿楔”等绿地形式已广泛应用于构建城市空间形态，但这些绿地形式都是基于控制城市形态蔓延的指导思想，是一种规划控制手段，而缺乏从绿地的生态机理，即绿地的生态作用原理来研究绿地与城市空间形态的合理模式。本文通过研究城市大气污染自净化机制以及风与城市绿地间的相互作用机制，探索城市绿地生态机理，进一步研究基于绿地生态机理的理想城市空间形态，希望为城市规划提供借鉴和参考。

2、绿地与城市空气污染自净化共同作用过程

2.1城市空气污染的净化机制

自然和人类将不断产生的大量污染物质排放入大气中，通过大气自身循环可使污染物在循环过程中稀释扩散或清除掉，实现大气的自净化，净化后，新的污染物又不断进入大气，所以大气自净化处于动态变化过程中。大气污染程度和清除过程与气象条件有很重要的关系。大气中污染物主要通过平流输送、湍流扩散和干、湿沉降3种方式来稀释、扩散和清洗。大气污染的危害并不在于其所含污染物量的多少，而是污染物浓度的大小。在不同气象条件下，同一污染源所造成的近地面层大气污染浓度可相差几十倍乃至几百倍，最主要原因是大气对污染物稀释扩散能力随气象条件的改变而变化。

污染过程中，风向决定着污染物的迁移方向。一般来说，水平风的作用是不断将污染物向下风方向输送，处于污染源下风方向污染的浓度要比其它方向大得多。风速可以直接决定污染物被冲淡稀释的速度。如果平静无风，污染源附近空气中的污染物就很难被扩散稀释，污染浓度将随时间逐渐累积增大，达到一定阈值将造成危害。当风速增大时，单位时间内与污染空气混合的清洁空气量增多，污染浓度就减小。风速除了稀释作用外，还影响输送距离。由于强风，污染物可能输送很长距离，使浓度变得很小，相对来说危害性不大，因此最大的污染经常出现在静风的时候。一般情况下，大气中污染物的浓度与其排放总量成正相关，与风速成负相关。大气污染的自净化可分为两种情况：当风速比较大的时候，城市的污染空气能被风扩散稀释；当处于静风状态时，城市的污染物将严重积累，因此，需要研究静风条件下的空气净化。

2.2城市热岛与热岛环流的稀释效应

热岛是城市特有的现象，城市热岛的形成必须具备一定的外部条件，即静风天气。在静风天气下，城市热岛才能出现和维持发育，因为静风时，城市下垫面长波辐射和人为热作用下增温的大气滞留在城市低空，热量不易外散，热岛强度得以维持。如果风力增大，来自上风方向的气流不断进入市区，冷热空气的水平混合和垂直混合作用都能驱散热岛效应。研究表明，热岛效应消失的临界风速为4m/s。

静风天气下，城市污染严重，而此时城市热岛发育，城市热岛中心形成低压中心，气流上升。在一定的高度范围内，城市低空比郊区同高度的空气更暖，随着市区热空气的不断上升，郊区近地面的冷空气必然从四面八方流入城市，郊区因地面层空气流失需要补充，于是热岛中心上升的气流又在一定的高度流向郊区，在郊区下沉，形成一个缓慢的热岛环流，又称为城市风。热岛环流的风是向热岛中心辐合的。据观测数据，近地面大气层200~250m以内，热岛环流现象非常明显。即在静风天气下，热岛环流效应平均可达250m高度。一般来说，有害气体较空气比重大，下沉于近地面层，通常越近地面层空气污染越严重。热岛环流上升的热气流平均可达200m高度，假设在静风条件下污染带高度为2m，则上升热气流通过热岛环流可将污染空气带至200m高处又扩散开来。因此，热岛环流在静风时具有极强的稀释作用。

2.3城市绿地的生态机理，绿地对热岛的双面效应

城市绿地具有良好的降温增湿和改善城市生态小环境作用。在城市居民区等地方进行适当的绿化，可改善城市热岛带给人们的高温不适。在静风天气下的在城市区域小范围内，绿地的降温作用，可使绿地与周围建筑区（即热岛中心）之间产生热岛效应，热岛效应达一定程度后产生热岛局地环流。热岛局地环流打破大气的静止状态，促进污染物质的扩散稀释，减轻大气污染程度。此外，城市与郊区存在热岛大环流，若在城市外围布局城郊森林，城郊森林可通过热岛环流将清洁新鲜空气输送到市区，过滤净化市区流出的污浊空气。

3、基于绿地生态机理的城市空间形态

3.1绿带环绕的组团式空间形态

根据城市绿地的生态机理分析，绿带环绕的组团式构架是一种较为理想的城市空间形态，利用绿地、水面、河流作为组团分隔带。

如何确定城市组团大小?从绿地和热岛环流共同作用的除污机理来看，热岛环流的风速较小，若组团直径或宽度过大，风力微弱，气流置换的时间长，对污染物的扩散是不利的；组团直径或宽度小，环流的距离小，气流置换的时间短，有利于空气质量的改善。所以仅从生态机理的角度来说，面积越小效果越好。

影响城市组团分隔的相关因素是多方面的，从其他经济、社会等综合因素来看，小面积城市组团在城市经济效益上是不可行的。城市组团分隔的规模受城市发展阶段、人口密集程度、建设现状和气候、地形等因素制约。具体到各个城市，应根据各城市的具体现状确定符合实际需要的组团规模。组团规模本来并没有统一的数据标准。对于像我国这样一个城市化水平较低的发展中大国来说，单纯讲求生态效益是不可行的，理想的组团分隔方法应该是兼顾经济规律、社会条件和生态效益，再根据各个城市的具体情况来具体制订。

根据绿地的过滤效果和导风功能，绿地应环绕组团，形成“绿带”，“绿带”必须紧靠城市组团，与城市组团合为一体。宽度过宽的“绿带”不透风，过窄又很难达到理想的过滤效果。因此，在满足生态要求的条件下，“绿带”的宽度要适宜。此外，城区若有宽阔的江面，沿江的“绿带”可以作为组团“绿带”。

3.2城郊森林与“城市绿心”

根据上述生态机理，城市外围需要布局城郊绿地，城郊绿地必须紧靠城市，并根据城市规模与当地气象条件来确定其规模。在城市内部，为解决低空辐合的热岛环流造成城市中心污染物聚集的问题，各个组团的中心应设置一片开敞的“城市绿心”，“城市绿心”可缓解城市中心的污染集中程度。“城市绿心”与“分隔绿带”可共同作用稀释大气污染。确定“城市绿心”面积的方法可假设“绿心”半径为组团分隔绿带宽度的2~3倍。此外，“城市绿心”是指城市组团的中心绿地，如果没有城市组团的中心绿地，而是仅仅在直径或宽度为几十公里的大城市中心建设一片绿地，从热岛环流的特征可知，这样的“绿心”，其作用范围仅限于周边一圈建筑区，对整个城市生态环境改善的意义不大，当然就更称不上“市肺”了。

3.3生态的城市空间形态模式

根据上述生态机理，生态的城市空间形态模式是由城郊森林、城市组团、“绿带”和“绿心”共同构成。假设对某一数百万人口的城市进行组团分隔，每一城市组团大约50万人居住，以2万人/km2的密度计算，则每一城市组团有25km2居住面积。再假设每一组团内部有1km2的绿心（即长度1000m的方形绿地），“绿带”宽设为500m，不计“绿带”宽度，则组团外围长大约为5km，即分隔“绿带”宽度约为组团直径的1/10。以此假设，得到理想的大城市生态城市空间形态模式。

4、结语

综上所述，城市绿地作为空间形态的重要组成部分，对城市空间形态的变化具有重要的作用。城市绿地的环境生态作用主要表现在植物吸收和过滤污染物方面，绿地还能产生城市环流，并在环流中净化城市污染空气。

参考文献

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