七桥瓮湿地公园

七桥瓮湿地公园

聿少的专宠新娘-五常大米产地

南京市通风廊道研究

翁清鹏;张慧;包洪新;刘久根;吴豪

【摘要】采用Landsat8OLI_TIRS卫星数字产品,借鉴NOAA-AVHRR反演地表

温度的劈窗算法对南京地区的地表温度进行反演.利用南京城市地表温度的分析结

果,采用基于局地环流的德国城市通风廊道的构建理论,分析了南京市通风廊道的作

用空间与补偿空间;随后对空气引导通道进行了详细地分析;同时考虑到南京市的主

导风向和南京都市区绿地系统规划,由此构建了“四横一纵”五条通风廊道,以增加

城市空气的流动性,减缓城市热岛效应以及城市雾霾天气污染.

【期刊名称】《科学技术与工程》

【年(卷),期】2015(015)011

【总页数】6页(P89-94)

【关键词】遥感;通风廊道;地表温度反演

【作者】翁清鹏;张慧;包洪新;刘久根;吴豪

【作者单位】南京信息工程大学地理与遥感学院,南京210044;环保部南京环境科

学研究所,南京210042;南京市环保局,南京210019;南京市环保局,南京210019;南

京市环保局,南京210019

【正文语种】中文

【中图分类】TU984.11

近年来，我国城市化进程不断加快，目前城镇化率已接近50%，每年有超过1

200万人口成为城市居民。随着近年来房地产业的不断发展，基础设施建设不断

增加，城市规模的不断扩大，越来越多的原城郊人口纳入城市，城市的环境问题日

显突出。城市热环境和城市污染状况作为主要的城市环境问题，已成为城市规划时

需要着重考虑的问题。

近年来，城市规划者在考虑把冷空气和新鲜空气引入城市来缓解城市的热岛效应和

减少雾霾天气污染。目前一些国家已有成熟的理论、技术以及规划编制制度，支撑

城市通风廊道的建设。20世纪70年代至90年代中期，德国气候学家开始与城市

规划者合作，共同致力于摸索基于城市气候学的城市规划理论模型。90年代后期

以来，计算机技术的发展使高精度的定量定位工作成为可能［1］。经过多年的实

践与研究，德国已经拥有较为成熟的通风廊道构建体系，并把城市通风道规划编制

纳入建设指导规划，通风廊道的规划成果已经逐步在土地利用规划和城市总体规划

中得到了应用。

我国的城市通风廊道的研究还处于起步阶段，还没有形成一套完整规划制定体系。

目前，我国学者多采用德国通风廊道构建的方法，对北京、上海、武汉开展了城市

通风廊道的研究工作，杭州、合肥等城市也在相继筹备城市通风廊道的研究。

以南京都市区为研究对象，根据德国通风廊道规划的理论基础，从城市热环境的角

度出发，同时兼顾城市主导风向、并考虑城市基础设施建设以及城市绿地规划等，

对城市通风廊道的规划构建进行初步的研究和探讨。

1研究区概况

南京位于长江下游中部富庶地区，江苏省西南部。南京市依其地貌特征属江苏省宁

镇扬丘陵地区，北部以平原为主，南部为低丘山地，长江自西南至东北流经市境中

部。南京属北亚热带湿润性气候，具有气候温和，四季分明，雨量充沛，光照充足

的特点。近年来由于南京人口不断增多，基础设施建设不断加大，城市热岛效应与

城市污染日趋显著。

2研究方法

2.1城市通风廊道构建理论

根据德国通风廊道的构建理论，把下垫面分为作用空间(wirkungsraum)、补偿空

间(ausgleichsraum)与空气引导通道(luftleitbahn)。作用空间指存在热污染或空

气污染的建成及待建区域;补偿空间的全名为气候生态补偿空间，它附属于某个毗

邻的作用空间，作用空间中的热污染与空气污染能够基于两者的位置关系与空气交

换过程得以缓解。空气引导通道主要是把补偿空间的新鲜空气引导至作用空间，在

作用空间与补偿空间之间起着连接作用，即使在静风天气中也不会阻碍补偿气团由

城郊补偿空间向市区的流动［1］。由于构建通风廊道的主要目的是为了缓解热岛

效应，运用城市通风廊道理论划分城市的作用空间、补偿空间与空气引导通道示意

图如下:

图1城市通风廊道理论示意图Fig.1Schematicdiagramofurbanventilation

channeltheory

2.2城市潜在通风廊道识别方法

根据城市通风廊道构建理论，可以根据城市的高温区和低温区来识别作用空间、补

偿空间，因此可以根据遥感卫星红外波段反演的地表温度来分析城市的高温区和低

温区。本研究采用Landsat8的红外波段来反演南京市地表温度，Landsat8是由

NASA于2013年2月11号发射，Landsat8除了保持Landsat5卫星的基本特

征外，还在波段的数量、波段的光谱范围和影像的辐射分辨率上进行了改进，特别

是提高了红外波段的空间分辨率与光谱分辨率。根据Landsat8的热红外传感器

具有双波段这一特点，因此本文借鉴NOAA-AVHRR双通道的劈窗算法对

Landsat8影像进行地表温度的反演。

2.2.1数据预处理

Landsat8的数据是以DN值来表示，辐射校正主要是通过定标系数将DN值转化

为对应的辐射强度值。对于Landsat8的TIRS的两个热红外波段，其辐射校正公

式如式(1)［2］。

式(1)中Lλ为热辐射强度值，ML为增益，AL为偏移参数，Ocal为灰度像元值

DN值。其中ML和AL可以从影像的头文件中获得。Landsat8热红外两个波段

的辐射定标公式都如下

Landsat8OLI的可见光波段的辐射定标通过软件ENVI5.1的Radiometric

Calibration模块进行，同步转化成BIL格式，通过ENVI5.1自带的FLAASH大气

校正模块进行大气校正。

2.2.1亮温计算

在辐射亮度值的基础上，可以利用Plank辐射函数公式将辐射亮度值转化为亮温

温度，计算公式如式(3)。

式(3)中Tλ为亮温温度，K;Lλ为辐射亮度值;K1和K2为Landsat8热红外第10

波段和第11波段的参数值。

2.2.3比辐射率计算

根据前人的研究将研究区遥感影像地物分为三种类型，水体、自然表面和城镇。根

据覃志豪等人的研究成果［3］，水体像元的比辐射率赋值为0.995。自然表面和

城镇像元的比辐射率的估算则分别根据公式(3)和式(4)进行计算［4］。

式中，εsurface和εbuilt-up分别代表自然表面像元和城镇像元的比辐射率，PV

为植被覆盖度，计算方法如下:

式(6)中NDVI为归一化植被指数;NDVIs代表裸土的NDVI值;NDVIv代表了植被

的NDVI值，根据研究可以用NDVIv=0.7和NDVIs=0.05来进行植被覆盖度的

近似估计［5］。

2.2.4地表温度反演

Kerretal算法用如下关系推算地表温度［6］。

式(7)中Ts为地表温度，Tv和Tbs分别是植被和裸土的表面温度，Pv是像元内的

植被覆盖度。植被和裸土的表面温度分别用以下公式计算:

式中T10和T11分别是Landsat8第10和第11波段的亮温温度。

3结果分析

3.1作用空间分析

作用空间也就是城市热岛的核心区，是城市地表温度最高、热污染最为严重的区域。

根据地表温度反演的结果，南京都市区的热岛核心区为图2所示的A1至A11，

其中A1为南京化工园区，A2为大厂生活区，A3为江北高新园区，A4为南京经

济技术开发区，A5为火车站中央门地区，A6为南苑地区，A7为油坊桥地区，A8

为南京梅山钢铁厂，A9为南京滨江经济技术开发区，A10为江宁体育公园周边，

A11为机场高速与九龙湖之间区域。可以看出，热岛的核心地区主要是位于交通

枢纽、密集居住区、开发区和企业聚集区。

3.2补偿空间分析

补偿空间也就是城市的低温区，为城市提供新鲜空气，改善城市的空气环境质量。

根据南京都市区地表温度的反演结果，南京的冷空气生成区域主要是南京都市区周

边的农田耕地以及一些面积较大的林地、湖泊和江体。山体、湖泊和江体作为主要

的冷空气生成区域，从北到南依次为灵岩山，滁河，马汊河，龙王山，老山国家森

林公园，长江，栖霞山，幕府山，玄武湖公园，紫金山，秦淮河，大连-青龙山，

百家湖，将军山，牛首山和方山。内城绿地作为重要的补偿空间能够缓解周边地区

的闷热和高温效应，在构建规划城市通风廊道时需要充分考虑城市绿地公园的作用，

通过规划的方式尽量把内城绿地串联整合成一个整体，形成较大通风覆盖面。南京

的内城绿地从北到南依次为七桥瓮生态湿地公园，雨花台风景区。这些绿地和山体

温度较适宜，环境较好，就像城市的小型绿肺一样，为城市送出清爽的新鲜空气。

图2南京都市区作用空间与补偿空间示意图Fig.2Sketchmapofeffectarea

andcompensationareainNanjingMetropolitanArea

3.3潜在通风廊道分析与构建

3.3.1南京主导风向

地面风场对于城市通风廊道规划建设来说，是一个非常重要的制约因素。南京是一

个重化工工业城市，在城市通风廊道规划是能否充分考虑地面风场特征显得尤为重

要。图3是根据气象站资料统计的南京多年平均的风向频率统计结果。

图3南京市多年风速风向玫瑰图Fig.3windspeedandwinddirectionsroses

ofmanyyearsinNanjing

从图3可见，南京的静风频率为22%，这个数值相对较高。对于一个城市而言，

静风频率越低，扩散条件越好，有利于空气环境的保护，南京的静风频率占到总数

的五分之一(22%)，容易造成空气中污染物的积聚，形成污染。南京的主导风向为

东北和东北偏东风向，这两个风向的频率为18%，除此之外，东风和东南偏东风

的频率也较大，频率为15%。所以南京全年以偏东风风向为主，从东南方向到东

北方向的风频总计为40%。

3.3.2南京市绿地规划

充分结合与利用城市绿地规划是城市潜在通风廊道构建的基础。目前《南京市都市

区绿地系统规划》形成“一带两廊四环六楔十四射”的都市区绿地系统。一带:由

长江及其洲岛、湿地和两侧带状绿地构成。两廊:由滁河、秦淮河及其两侧湿地和

带状绿地构成。四环:由沿明城墙、绕城公路、明外廓-秦淮新河、绕越高速公路两

侧的环形绿地构成。六楔:由都市区城镇发展轴之间的绿色生态空间构成，包括老

山—长江、六合灵岩山—八卦洲、滁河湿地—大厂隔离绿地、云台山—牛首祖堂

山—雨花台风景区、秦淮河湿地—方山、青龙山—紫金山楔形绿地。十四射:由沿

主城向外辐射的高速公路两侧绿地构成。

3.3.3潜在通风廊道

根据前面的作用空间和补偿空间分析，同时考虑南京主导风向及南京市绿地规划，

构建了城市的“四横一纵”五条潜在通风廊道(图4)。

图4南京都市区潜在通风廊道示意图Fig.4Sketchmapofpotentialventilation

channelsinNanjingmetropolitanarea

(1)灵岩山—滁河—马汊河—龙王山—老山国家森林公园。

灵岩山作为郊区林地的冷空气生成区域，在主导风向东北风的作用下缓解化工园区、

大厂生活区和高新技术园区的热岛效应。借助河流与林地为通风降温提供源源不断

的冷空气与新鲜空气。老山国家森林公园作为城市西北方最为重要的近郊林地，对

于缓解周边热岛效应起着不可替代的作用。

(2)长江—栖霞山—幕府山。

这条通风廊道主要是由长江这条天然通风廊道带动靠近江边的栖霞山和幕府山这样

的林地，形成影响范围较大的并且能够缓解沿江地区热岛效应的主要通风道。

(3)宝华山—紫金山—雨花台风景区。

宝华山作为南京东郊地区较大的冷空气和新鲜空气输送点源与紫金山通过栖霞大道

与仙林大道相连接，形成了南京东郊两山之间无阻碍的通风廊道，这将带走南京城

市中心地带的大部分热量。通过道路连接雨花台风景区将通风廊道延伸至河西地区，

最后并入长江，形成东北西南走向横穿南京主城区的通风廊道。

(4)大连—青龙山—百家湖—将军山—牛首山—祖堂山。

大连—青龙山作为南京东南面最为重要的近郊林地，可以为整个城市提供强大的

冷空气。百家湖，将军山和牛首山-祖堂山在通风廊道中起到了冷空气补充点源的

作用。这条通风廊道通过串联的方式把这些低温区相连接，最后并入长江，这对于

缓解江宁区日益增强的热岛效应将起着积极作用。

(5)长江—幕府山—玄武湖公园—紫金山—七桥瓮湿地公园—秦淮河。

作为唯一一条南北走向的通风廊道，通过连接幕府山，玄武湖公园，紫金山和七桥

瓮湿地公园与其他四条通风廊道形成交叉，实现更为广阔的通风面。秦淮河作为南

京市内的一条绿色廊道，通过整合沿河绿带，成为了南京市通风廊道重要的一部分，

这将带动缓解河道两侧的热岛效应。

3.4管控措施

对于构建的南京潜在通风廊道而言，目前城市的整体规划布局还难以支撑城市通风

廊道地有效实行，因此规划建议:

1)对于灵岩山—滁河—马汊河—龙王山—老山国家森林公园这条通风廊道，重点

在于限制通风廊道沿途的建筑物高度，整合拓宽宁六路与绕城高速江北段的绿化面

积，沿绕城高速两侧绿化带宽度应不小于100m。对于布置在城市的主导风向东

北和东南风向的化工园区企业，需要提高清洁生产能力，调节产业结构与布局，控

制好污染总量，同时注重园区的绿化建设，提高园区绿化率;

2)对于长江这条南京市最主要的通风廊道，重点保护好长江洲岛湿地、沿江水源地，

加强沿江的绿化景观带的建设，滨江两岸建议建设各50～100m的绿化景观带，

同时需要控制好沿江建筑物的高度。八卦洲、江心洲应重视绿色生态空间保护与建

设，增加绿化覆盖率，控制开发建设总量。对于沿江的各个开发区和码头，由于其

非透水面占据相当大的比例，导致热岛效应显著，应考虑乔木、灌木、草坪相结合

的种植方式以提高绿化率;

3)对于宝华山—紫金山—雨花台风景区这条通风廊道，建议对栖霞大道与仙林大

道在现有的基础上逐步扩大绿化面积，形成50～100m的绿带，同时控制道路两

旁的建筑高度。对于南京市场中心地区需要重点限制主干道路周边的开发项目与建

筑密度，同时采取屋顶绿化、垂直绿化和破墙透绿等方式增加绿视率和绿化覆盖率，

改善该地区的气候环境;

4)对于大连—青龙山—百家湖—将军山—牛首山—祖堂山这条通风廊道，需要控

制好大连—青龙山周边的建筑容积率与建筑高度，禁止高强度的开发，同时在进

风口两旁布置小型绿地，形成良好的进风口。由于风道宽度在100～150m左右

时才能在城市尺度内形成较为理想的通风效果［7］，因此建议整合金箔路与诚信

大道主干道与周边绿化面积，形成至少100m通风道。江宁区秦淮新河两岸人口

与建筑密度过大，建议对该地区加强小型绿地的建设，通过串联把绿地连成网络，

与外围绿地相连接，增加通风降温的有效半径;

5)对于长江—幕府山—玄武湖公园—紫金山—七桥瓮湿地公园—秦淮河这条通风

廊道，建议整合拓宽南北向的内环东线与双龙大道主干道与两旁绿化带，形成

(100～150)m的理想风道宽度。对于市内河流低温区，建议加强沿河绿带建设和

湿地的保护与利用，沿河两侧非集中城市建设地区建议建设(50～100)m绿带，集

中城市建设地区控制(30～50)m的绿带，形成沿河带状绿色通风廊道。

4结论与展望

(1)地表温度反演是构建通风廊道构建的基础。采用Landsat8的红外波段对南京

市地表温度进行反演，根据其热红外波段与NOAA-AVHRR的热红外波段有着较

高的相似性这一特点，尝试采用双通道地表温度反演算法——劈窗算法进行地表

温度的反演。Landsat8的热红外传感器TIRS相比于Landsat5的TM与

Landsat7的ETM+有着较高的光谱分辨率，同时相较于NOAA-AVHRR与terra

和aqua的MODIS在热红外波段上有着较高的空间分辨率，因此本研究采用的

Landsat8遥感数据反演的南京市地表温度识别作用空间与补偿空间具有更高的准

确性。

(2)本研究采用德国的基于局地环流的城市通风廊道的构建理论，根据Landsat8

的红外波段反演的南京市地表温度的结果，分析了南京市通风廊道的作用空间与补

偿空间，同时考虑了到南京的主导风向、城市绿地规划，构建了“四横一纵”五条

通风廊道，将通风廊道的构建理论与实践有效的结合起来。

(3)针对构建的通风廊道，提出了相应的管控措施，将有利于南京城市内外空气循

环，缓解空气污染及热岛效应，同时对于改变城市微气候和促进城市节能上具有一

定的作用。

(4)潜在通风廊道构建之后需要对通风的效果进行定量的分析和验证。如何运用数

值模拟技术实现对构建好的通风廊道的通风效果以及缓解空气污染和热岛效应的作

用效果进行模拟及定量化检验，是今后城市通风廊道发展的方向。

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