P1基于氣象觀測、

模擬和地理信息技術(shù)的城市空間規(guī)劃氣候評估杜吳鵬北京市氣候中心2025.

6.25

背景意義

技術(shù)發(fā)展

應(yīng)用實踐

問題討論目錄P2

背景意義01P33

《中華人民共和國氣象法》

：

“各級氣象主管機構(gòu)應(yīng)當(dāng)組織對城市規(guī)劃、

國家重點建設(shè)工程、

重大區(qū)

域性經(jīng)濟開發(fā)項目和大型太陽能、

風(fēng)能等氣候資源開發(fā)利用項目進行氣候可行性論證”。

《氣象災(zāi)害防御條例》規(guī)定“縣級以上人民政府有關(guān)部門在國家重大建設(shè)工程、

重大區(qū)域性經(jīng)濟開發(fā)

項目和大型太陽能、

風(fēng)能等氣候資源開發(fā)利用項目以及城鄉(xiāng)規(guī)劃編制中

，

應(yīng)當(dāng)統(tǒng)籌考慮氣候可行性和

氣象災(zāi)害的風(fēng)險性

，避免、

減輕氣象災(zāi)害的影響”。

國家層面

，《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃》

《國家應(yīng)對氣候變化規(guī)劃》

《全國城市生態(tài)保護與建設(shè)規(guī)劃、

《城市生態(tài)建設(shè)環(huán)境績效評估導(dǎo)則（試行）

》《城市適應(yīng)氣候變化行動方案》

：

均明確指出需要將氣

象和大氣質(zhì)量納入城市生態(tài)環(huán)境評估

，加強氣候?qū)Τ鞘幸?guī)劃的引領(lǐng)

，優(yōu)化城市功能和空間布局等。

2023年《氣候適應(yīng)型城市建設(shè)試點》

：

在國土空間規(guī)劃實施評估中加強氣候風(fēng)險及適應(yīng)性評估。

結(jié)

合國土空間規(guī)劃編制實施

，

在“三區(qū)三線”、

藍線綠線等基礎(chǔ)上

，

進一步探索城市適應(yīng)氣候變化的空

間策略

，優(yōu)化城市空間布局。相關(guān)法規(guī)文件要求（城市空間規(guī)劃氣候評估）P4

氣候與城市空間規(guī)劃是相輔相成的關(guān)系

，

城市空間規(guī)劃建立在對一個城市的氣候環(huán)境充分了解基礎(chǔ)上

，

同時城市中人類活動及下墊面的變化、

建筑群的布局差異

，

都會對城市氣候環(huán)境產(chǎn)生不同程度的影響

，

從而改變城市局地小氣候。

氣候可行性論證：

對與氣候條件密切相關(guān)的規(guī)劃和建設(shè)項目進行氣候適宜性、風(fēng)險性以及可能對局地氣候產(chǎn)生影響的分析、

評估活動?！皻夂颉迸c“空間規(guī)劃”P5城市化進程對氣候環(huán)境的影響P6世界氣象組織（WMO）

“2024年全球氣候狀況臨時聲明”指出

，

2024年全球地表平均溫度再創(chuàng)歷史新高。

l

根據(jù)國家氣候中心的監(jiān)測，2024年全球表面平均溫度較工業(yè)化前水平

（

1850至1900年平均值）

高出1

.49℃

,

成為全球有氣象記錄以來的最暖年份。l

世界氣象組織統(tǒng)計：

2024年全球平均氣溫比工業(yè)化前的氣候變化背景巴黎協(xié)定：“全球平均氣溫升幅控制在工業(yè)化前水平以上低于2°C之內(nèi)

，并努力將氣溫升幅限制在工業(yè)化前水平以上1.5°C之內(nèi)”

，即2度目標(biāo)和1.5度目標(biāo)。

----本世紀(jì)末的目標(biāo)P71850年至1900年間平均氣溫高1.55

℃

,

打破2023年創(chuàng)下

的最高紀(jì)錄。

溫升1.5℃控制目標(biāo)？

2.0℃目標(biāo)？全球氣溫相較1951-1980年平均氣溫的變化

全球最近50年是過去2000年以來增溫速率最快的50年。

最近10年（2015～2024年）

是有記錄以來最熱的10年。

1961—2023年中國地表年平均氣溫呈顯著上升趨勢

，

升溫速率達到每10年0.30℃

,

1901年以來的10個最暖年份中除了1998年外

，

其余9年均出現(xiàn)在本世紀(jì)。

直接后果：

極端天氣氣候事件頻發(fā)趨強?！禝PCC

，AR6》

溫升1.5

℃控制目標(biāo)？

2.0

℃目標(biāo)？------城市氣候適應(yīng)

《中國氣候變化藍皮書（

2024）》全球和中國氣候變化1850～2023年全球平均溫度距平（相對于1850～

1900年平均值）1901～2023年中國地表年平均氣溫距平P8

我國人口眾多

，地形和氣候條件復(fù)雜

，生態(tài)環(huán)境脆弱

，極易受到氣候變化和氣候災(zāi)害的不利影響。許多地區(qū)均提出堅持生態(tài)優(yōu)先

，推進綠色、可持續(xù)城市發(fā)展。

亟需在國土空間規(guī)劃中考慮并增強適應(yīng)氣候變化和氣候風(fēng)險的能力

，實施氣候適應(yīng)性國土空間規(guī)劃

，構(gòu)建氣候韌性城市。

國土空間規(guī)劃關(guān)系到一個地區(qū)的未來長遠發(fā)展路徑和發(fā)展目標(biāo)

，

因此

，將氣候風(fēng)險、氣候安全、氣候變化融入國土空間規(guī)劃也會有效支撐地方氣候變化應(yīng)對工作。新形勢下國土空間規(guī)劃的要求P9城市空間規(guī)劃與工程建設(shè)氣候應(yīng)用領(lǐng)域國土空間規(guī)劃氣候論證優(yōu)化空間布局融入空間規(guī)劃一張圖重大工程氣候

服務(wù)工程氣象參數(shù)計算防災(zāi)減災(zāi)城市規(guī)劃/城市通風(fēng)廊道規(guī)劃增強城市通風(fēng)減緩城市熱島海綿城市建設(shè)氣候服務(wù)降低城市內(nèi)澇助力防災(zāi)減災(zāi)街區(qū)尺度氣候服務(wù)氣候適應(yīng)街區(qū)重大活動服務(wù)目標(biāo)：

技術(shù)研發(fā)

應(yīng)用服務(wù)

成果推廣

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范城市空間規(guī)劃與工程建設(shè)氣候服務(wù)P10我們的城市空間規(guī)劃建設(shè)不僅僅只考慮已經(jīng)發(fā)生的極端天氣氣候事件

，也應(yīng)該考慮未來持續(xù)的氣候變化及氣候變化引起的極端天氣氣候事件發(fā)生頻率、

強度

，甚至是空間的變化。

技術(shù)發(fā)展02P12

精細化的城市氣候時空變化。

城市氣候與城市形態(tài)之間存在密不可分的關(guān)系

，城市空間形態(tài)和建筑形態(tài)影響局地氣候

，進而影響著城市人居環(huán)境舒適性1、

高密度氣象觀測P132、

城市到街區(qū)的城市空間規(guī)劃氣候評估多尺度數(shù)值模式城市尺度模式

小區(qū)尺度模式單體尺度模式WRF/RBLM高分辨風(fēng)場分析模型小區(qū)模式CFD城市尺度500m～4km單體尺度1～2m小區(qū)尺度10m網(wǎng)格距P14通風(fēng)潛力主要取決于該地區(qū)的地表粗糙度

，

而粗糙度則對該地區(qū)的空氣流通及氣流交換造成影響。

通風(fēng)潛力的評估主要是根據(jù)建筑物的地面覆蓋率、自然植被及接近周邊敞開區(qū)域的程度而定。1、

敞開區(qū)域程度的確定——天空開闊度2、

地表粗糙度的確定——粗糙度長度3、

地表通風(fēng)潛力等級劃分3、

基于遙感與GIS精細化地表通風(fēng)潛力參數(shù)P15黃埔區(qū)中心城區(qū)地表粗糙度黃埔區(qū)中心城區(qū)天空開闊度黃埔區(qū)中心城區(qū)地表通風(fēng)潛力四環(huán)路以內(nèi)區(qū)域的通風(fēng)潛力最小

，通風(fēng)潛力較差

，但二環(huán)內(nèi)的通風(fēng)潛力又高于三環(huán)-二環(huán)和四環(huán)-三環(huán)區(qū)域

，

四環(huán)之外五環(huán)-四環(huán)區(qū)域的通風(fēng)潛力明顯增加

，通風(fēng)潛力達到一般等級

，

顯示北京通風(fēng)潛力最差的區(qū)域為三環(huán)-二環(huán)區(qū)域（杜吳鵬等

，

2016；

房小怡等，

2018；

劉勇洪等

，

2019）4、精細化城市熱環(huán)境反演

城市熱島：

利用衛(wèi)星遙感反演方法

，將農(nóng)田地區(qū)平均地表溫度作為郊區(qū)溫度

，將研究區(qū)內(nèi)所有其他地區(qū)的地表溫度與郊區(qū)溫度的差定義為熱島強度。P18降水分布圖…

…可應(yīng)用：

多規(guī)合一后的國土空間規(guī)劃5、實現(xiàn)用地指引的城市環(huán)境氣候圖技術(shù)（一張圖）Building

Research

and

Information(2017)；

Energy

and

Buildings(2015)；Cities(2012)；應(yīng)用氣象學(xué)報(2012)等P195、實現(xiàn)用地指引的城市環(huán)境氣候圖技術(shù)（一張圖）氣候環(huán)境分級氣象場模擬通風(fēng)環(huán)境污染擴散地形地勢土地利用熱環(huán)境P20

應(yīng)用實踐03P21

Ws為實際風(fēng)速值

，Wsr為站點觀測與所選代表性鄉(xiāng)村站風(fēng)速的比值。

當(dāng)Wsr＜1.0時，表明城市化影響使風(fēng)速減小

，減小比例為（

1-WsR）

×100%；

當(dāng)Wsr＞1.0時

，表明城市化影響使風(fēng)速增加。1、

基于高密度氣象觀測的城市局地氣候效應(yīng)研究

城市熱島：基于大氣溫度觀測的城市熱島稱之為大氣城市熱島或空氣熱島UHI

=

Turban

-

Trural

城鄉(xiāng)風(fēng)速比：P22

北京中心城區(qū)年均和四季平均以及夜晚02時平均UHI

均存在一個較為固定的形態(tài)

，但UHI空間分布存在著

季節(jié)差異。

夜晚的熱島中心UHI＞2.5℃

,最高可達3.8℃；

白天

14時則存在一個與年均和夜晚不同的單中心或雙中心弱熱島形態(tài)（中心0.5＜UHI≤1.5℃)。

從UHI值大小和范圍來看

，夜晚02時明顯大于白天14

時

，季節(jié)平均則是冬季＞秋季＞春季＞夏季

，其中冬季夜晚02時熱島最強

，五環(huán)區(qū)域內(nèi)大部份UHI＞2.5

℃。城市熱島特征P23

中心城區(qū)年均風(fēng)速比（WsR）為0.56～1.60

，表

明城區(qū)局部地區(qū)風(fēng)速受城市化影響

，最小風(fēng)速僅

為背景郊區(qū)風(fēng)速的56%；但也存在一定的WsR＞1.0的區(qū)域

，表明在沒有地形影響下

，城市化影響也可使風(fēng)速增加（如狹管效應(yīng)區(qū)等）。

白天風(fēng)速明顯高于夜晚

，局地空間差異顯著（年均最高值與最低值相差近3.5倍）

。風(fēng)速比小于1.0的面積在白天大于夜間

，說明建筑物對風(fēng)的阻隔作用在白天比夜間明顯

，這主要是由于白天的風(fēng)速明顯大于夜間

，城市地表粗糙度對白天風(fēng)速10m高度Ws（a.年均；

b.

白天14:00；

c.夜間2:00）

和WsR的減弱作用更為明顯。

（d.年均；

e.

白天14:00；

f.2:00在夜間）

空間分布城市風(fēng)場P24通風(fēng)潛力計算

廊道分級和規(guī)劃設(shè)計原則2、

服務(wù)于北京中心城區(qū)城市通風(fēng)廊道規(guī)劃

建立一套較為完整的城市通風(fēng)廊道規(guī)劃技術(shù)體系面向廊道構(gòu)建的風(fēng)環(huán)境分析評估精細化城市熱島反演多尺度數(shù)值模擬P25中心城區(qū)天空開闊度中心城區(qū)地表粗糙度長度通風(fēng)潛力2、

服務(wù)于北京中心城區(qū)城市通風(fēng)廊道規(guī)劃心

風(fēng)潛

完成的北京中心城區(qū)通風(fēng)廊道規(guī)劃成果納入到由北京城市總體規(guī)劃中（5條一級廊道

，

15條二級廊道；氣候服務(wù)于北京總規(guī)）P263、

服務(wù)于賽場的小尺度氣象場精細模擬三維建模模擬范圍設(shè)置與網(wǎng)格劃分

冬奧單板滑雪大跳臺賽場精細風(fēng)場模擬評估

初始條件設(shè)置

風(fēng)向風(fēng)速方案1NW中等風(fēng)速（3m/s）方案2S中等風(fēng)速（3m/s）。以計算流體力學(xué)為核心技術(shù)，對北京賽區(qū)單板滑雪大跳臺場館，在不同主導(dǎo)風(fēng)向中等風(fēng)速下的精細化風(fēng)場進行模擬和評估賽場不同高度水平切面的風(fēng)場分布圖賽場不同垂直切面的風(fēng)場分布圖P27

以服務(wù)首都重大活動和街區(qū)尺度氣候可行性論證為目的

，

建立典型街區(qū)氣象模擬和氣候評估技術(shù)。

考慮建筑外形、

建筑布局、

街道走向、

下墊面類型等因素的城市復(fù)雜街區(qū)環(huán)境。

開展城市街區(qū)下墊面特征及周邊建筑三維模型優(yōu)化

，

模擬城市典型區(qū)域近地面風(fēng)溫場。4、

服務(wù)于重大活動的街區(qū)尺度氣候評估（2）

天安門地區(qū)三維模型P28

建筑模型范圍：

1.6km

x

1.5km模擬范圍（m）焦點領(lǐng)域街區(qū)領(lǐng)域全體領(lǐng)域X方向160020003000Y方向150018003000Z方向2050100水平方向

網(wǎng)格分辨率51020垂直方向

網(wǎng)格分辨率2(0-20)10(20-50)20(50-100)模擬范圍設(shè)置與漸變網(wǎng)格劃分P30

基于CFD

，

完成了考慮建筑外形、

建筑布局、

街道走向以及大型活動臨時建筑等因素的城市復(fù)雜地區(qū)精細風(fēng)場模擬與評估技術(shù)研發(fā)

針對常年氣候背景（基于近20年歷史觀測資料的統(tǒng)計）典型時段上午下午晚上風(fēng)速1.8

m/s2.5

m/s2.2m/s風(fēng)向NSSWS初始條件設(shè)置（七一前后）方案1方案2方案3P31天安門區(qū)域主導(dǎo)風(fēng)背景下10m高度精細風(fēng)場模擬結(jié)果初始條件：

N1.8m/s10m高度（透視圖）P32天安門區(qū)域主導(dǎo)風(fēng)背景下10m高度精細風(fēng)場模擬結(jié)果初始條件：

SSW

2.5m/s10m高度（透視圖）P33天安門區(qū)域主導(dǎo)風(fēng)背景下10m高度精細風(fēng)場模擬結(jié)果初始條件：

S

2.2m/s10m高度（透視圖）P340619-08時0619-20時0623-08時0704-12時

0705-09時43.532.521.510.50模擬值與觀測值的驗證統(tǒng)計結(jié)果觀測平均值1.69模擬平均值1.40均方根誤差1.02認同指數(shù)0.69平均偏差-0.30平均誤差0.77歸一化平均偏差-0.17歸一化平均誤差0.46初步誤差分析：

模擬的臨近建筑區(qū)風(fēng)速快速衰減；

觀測環(huán)境對觀測結(jié)果影響（燈桿、城樓

、

臨建

。

。）偏北風(fēng)模擬風(fēng)速驗證風(fēng)速（

m/s）觀測值

模擬值天安門天安門天安門天安門天安門正陽門正陽門正陽門正陽門正陽門國博南國博南國博南國博南國博南國博北國博北國博北國博北國博北國博國博國博國博國博4.5P35模擬值與觀測值的驗證統(tǒng)計結(jié)果觀測平均值1.75模擬平均值1.54均方根誤差0.72認同指數(shù)0.73平均偏差-0.21平均誤差0.58歸一化平均偏差-0.12歸一化平均誤差0.3343.532.521.510.50偏南風(fēng)模擬風(fēng)速驗證風(fēng)速（

m/s）0622-09時0622-14時0622-22時0627-19時0629-14時0702-18時觀測值

模擬值天安門天安門天安門天安門天安門天安門正陽門正陽門正陽門正陽門正陽門正陽門國博南國博南國博南國博南國博南國博南國博北國博北國博北國博北國博北國博北國博國博國博國博國博國博模擬范圍（m）焦點領(lǐng)域街區(qū)領(lǐng)域全體領(lǐng)域X方向30018602860Y方向34014402240Z方向40100300水平方向

網(wǎng)格分辨率2520垂直方向

網(wǎng)格分辨率220404、

服務(wù)于重大活動的街區(qū)尺度氣候評估

冬奧會開閉幕式（氣象實況條件）

國家體育場區(qū)域風(fēng)環(huán)境模擬

2022/02/0420:00【

NNW

，

0.8m/s】

，

2022/02/2020:00【

WNW

，

1.9m/s】建筑模型范圍：

2.0km

x

1.5kmP36P37奧會開幕式國家體育場地區(qū)的風(fēng)速空間分布特征（10m高度）國家體育場區(qū)域風(fēng)環(huán)境模擬2022年冬P38

40m高度

50m高度

60m高度

國家體育場區(qū)域風(fēng)環(huán)境模擬20m高度30m高度10m高度P392022年冬奧會閉幕式國家體育場地區(qū)的風(fēng)速空間分布特征（10m高度）國家體育場區(qū)域風(fēng)環(huán)境模擬P40

40m高度

50m高度

60m高度

國家體育場區(qū)域風(fēng)環(huán)境模擬20m高度10m高度30m高度P415、服務(wù)小區(qū)建筑規(guī)劃的氣象場精細模擬模擬域網(wǎng)格劃分示意圖（分為全體領(lǐng)域、街區(qū)領(lǐng)域、焦點領(lǐng)域）模擬導(dǎo)入的小區(qū)建筑模型STL資料三維立體效果圖區(qū)域背景風(fēng)玫瑰P42

在主導(dǎo)風(fēng)為北風(fēng)時

，位于學(xué)校上游的小區(qū)的建筑樓群對校園的通風(fēng)環(huán)境有一定影響

，特別是在20m高度以下的低層

，校園的通風(fēng)環(huán)境相對偏差。

影響因素：

樓

的外形和布局；

上游建筑。

垂直方向隨著高度增加

，

學(xué)校整體的通風(fēng)環(huán)境逐漸改善

，風(fēng)速有

明顯增加

，在20m高度以上影響明顯降低。10m高度20m高度40m高度80m高度5、服務(wù)小區(qū)建筑規(guī)劃的氣象場精細模擬偏北風(fēng)情景不同高度風(fēng)場模擬（10m、20m、40m、80m）偏北風(fēng)-20m偏北風(fēng)-10m偏北風(fēng)50m偏北風(fēng)-40m偏北風(fēng)情景下風(fēng)場三維分布

三維立體展示不同高度模擬結(jié)果

，

同樣看到校園北側(cè)的樓體對校園內(nèi)流場有一定影響

，也能明顯看到學(xué)校操場的通風(fēng)環(huán)境相對較好，P43

5、服務(wù)小區(qū)建筑規(guī)劃的氣象場精細模擬教學(xué)樓之間和受教學(xué)樓阻擋的南側(cè)區(qū)域通風(fēng)環(huán)境相對較差。

隨著高度層增加

，小區(qū)建筑樓群對風(fēng)環(huán)境的影響逐漸減弱。

。P44規(guī)劃方案改造后不同高度層的風(fēng)場模擬結(jié)果（平面圖）規(guī)劃方案改進后的對比u根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental

PanelonClimateChange，IPCC）

，氣候變化的災(zāi)害風(fēng)險被定義為危險性、暴露度和脆弱性三個要素相互作用的結(jié)果。6、

城市氣候災(zāi)害風(fēng)險評估?

危險性：

高溫、

暴雨等氣候災(zāi)害的分布特征。?

暴露度

：人口、

經(jīng)濟、

建筑、

道路、

農(nóng)田等承災(zāi)體的分布。?

脆弱性

：承災(zāi)體或孕災(zāi)環(huán)境中對災(zāi)害敏感、

缺乏應(yīng)對和適應(yīng)

能力的對象。P456、

城市氣候災(zāi)害風(fēng)險評估高溫災(zāi)害風(fēng)險評估綜合暴露度-高溫

綜合脆弱性-高溫高溫災(zāi)害綜合風(fēng)險評估高溫危險性P466、

城市氣候災(zāi)害風(fēng)險評估暴雨災(zāi)害風(fēng)險評估暴雨災(zāi)害綜合風(fēng)險評估綜合脆弱性-暴雨綜合暴露度-暴雨暴雨危險性P476、

城市氣候災(zāi)害風(fēng)險評估**市高溫暴雨災(zāi)害綜合風(fēng)險區(qū)劃及主導(dǎo)災(zāi)種分布u綜合氣候風(fēng)險——高溫+暴雨P(guān)48P497、街區(qū)尺度精細化氣候變化風(fēng)險評估長年代氣候數(shù)據(jù)近期災(zāi)害數(shù)據(jù)現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)承災(zāi)體

孕災(zāi)環(huán)境社會經(jīng)濟建成情況規(guī)劃情況未來氣候

變化預(yù)估識別風(fēng)險評估風(fēng)險應(yīng)對風(fēng)險文獻調(diào)研案例分析歷史災(zāi)害技術(shù)路線高溫、暴雨風(fēng)險預(yù)估高溫、暴雨風(fēng)險評估規(guī)劃應(yīng)對策略基礎(chǔ)分析區(qū)域特征研究綜述小尺度數(shù)模模擬致災(zāi)因子降尺度

氣候風(fēng)險

現(xiàn)場觀測

?布設(shè)兩個固定點位觀測儀器和不定期走航移動觀測，開展氣象要素和大氣環(huán)境要素現(xiàn)場觀測常規(guī)污染物和溫濕度日變化圖臨時觀測站點臨時觀測站點固定觀測點位走航觀測P51氣候風(fēng)險

現(xiàn)場觀測

第二次走航：為雨后觀測

，下班晚高峰

，陰雨天氣加重了道路擁堵

，周邊大路PM2.5和黑碳都高于胡同；一般大道的溫度要高于胡同

，而濕度則是大道要低于胡同。

第一次走航：大道上的PM2.5質(zhì)量濃度要明顯高于胡同

，有樹蔭遮擋的胡同和大道溫度較低

，濕度較大。?

走航觀測

：針對下午高溫時段和早晚交通高峰進行了四次走航觀測

，重點關(guān)注PM2.5、

黑碳、

溫度和濕度的空間變化氣候風(fēng)險

社區(qū)高溫危險性評估評估因子極端最高氣過程平均最高氣過程高溫日數(shù)38℃以上連續(xù)日溫

溫

數(shù)P52

過程平均最高溫極端最高溫

一般方法38℃以上日數(shù)35℃以上日數(shù)P53氣候風(fēng)險

社區(qū)高溫危險性評估社區(qū)局地溫度空間特征：?

八條溫度相對較低（樹木多）?

六條溫度相對較高（酒店、

交通隊、

街道辦、

中學(xué)等）外圍主干道溫度較高

基于現(xiàn)場觀測基于走航觀測結(jié)果?P54

氣候風(fēng)險

社區(qū)高溫危險性評估

綜合評估一般方法基于走航觀測的溫度空間分布（0.5權(quán)重）基于氣象站點觀測的高溫危險性（0.5權(quán)重）社區(qū)高溫危險性一般

較高

低

較低

現(xiàn)場觀測高P55暴雨洪澇危險性一般較高社區(qū)暴雨洪澇危險性評估評估因子極端降水量連續(xù)5日最大降水量

大雨日數(shù)地形影響系數(shù)連續(xù)5日最大降水量地形影響系數(shù)極端降水量大雨日數(shù)0.56-0.690.70-