狹管效應

“狹管效應”也叫“峽谷效應”，就像峽谷里的風總比平原風猛烈一樣，城市高樓間的狹窄地帶風力也特強，易造成災害。一些樓間窄地的瞬間風力就大大超過七級，以至於行駛的汽車都會打晃。城市“峽谷風”是各大城市面臨的新問題，有關國際組織早已將其列入大都市面臨的20種新的城市災害中。

地形的狹管作用，當氣流由開闊地帶流入地形構成的峽谷時，由於空氣質量不能大量堆積，於是加速流過峽谷，風速增大。當流出峽谷時，空氣流速又會減緩。這種地形峽谷對氣流的影響；稱為“狹管效應”。由狹管效應而增大的風，稱為峽谷風或穿堂風。

液體在管中流動，經過狹窄處時流速加快。氣流在地面流經狹窄地形時類似液體在管中的流動，流速也會加快，並因氣體具有可壓縮性，密度也會增大。地球上山地的許多風口和許多地方出現的地形雨都與氣流經過狹窄地形密切相關。

風在空中受凹凸不平的地表阻擋，風的流向和流速也會發生變化。城市中那些高大的建築物，如眾多的機械攪拌棒，攪動著城市上空的風。實際上被攪動的風在城市上空並不是平穩的流動，它毫無規則，起伏不定，科學家把這種氣流的運動叫做湍流。這種湍流現象只有到達一定的高度，大約是在1000-2000米的上空，才能擺脫地形和建築物的影響，還原成平穩狀態的流動，融入到大氣的洪流之中。

以建築物屋頂為界限，由屋頂向上到積雲中部叫城市邊界層，屬於氣象科學中的“中尺度”氣候，城市生活中散發的各種熱力與風的相互影響，加速了湍流的混合，這樣就使得上下層物質和能量交換頻繁；建築物屋頂以下到地面叫城市覆蓋層，是氣象科學中“小尺度”氣候，它與建築物密度、高度、幾何形狀、門窗朝向、街道寬度和走向、綠化面積、空氣中污染物濃度等許多人為因素關係很大。“小尺度”氣候中還可以細分為建築物氣候、城市街道峽谷氣候、商業區氣候、住宅氣候和工業區氣候等等。

風遇到高層建築時會改變方向，下沉的風受樓與樓的阻擋，通道變窄，氣流穿過時受到擠壓，當降到行人的高度就會形成渦流風、穿堂風和角流風三個大風區。道路兩旁高低錯落的建築物構成了街道峽谷，這些風往往都匯合在街道峽谷里，出現亂流渦旋風和升降氣流，這就是通常所說的街道風，對於這樣的街道風只有保證一定的街道寬度，增加足夠的綠化帶作為防風隔斷，才能減少街道亂流渦旋風和升降氣流對人的侵害。實際上街道風與街道的走向密切相關，當風向與街道走向相一致時，街道峽谷猶如變窄的通道，風受到不同方向的擠壓，加速穿過街區，這樣街區的“狹管效應”就製造出強風。如果街道的寬度比較窄的話，風大時，強大的亂流渦旋風再加上升降氣流就形成了街道風暴，殃及行人。

1、峽谷地形，自然的峽谷地形可對風速產生影響，引發狹管效應。

2、高層建築引起狹管效應，就像峽谷里的風總比平原風猛烈一樣，城市高樓間的狹窄地帶風力也特強，易造成災害。一些樓間窄地的瞬間風力就大大超過七級，以至於行駛的汽車都會打晃。城市“峽谷風”是各大城市面臨的新問題，有關國際組織已將其列入大都市面臨的20種新的城市災害中。

有關氣象部門測試顯示，在城市颳起六七級大風時，狹管效應能使通過高樓之間的瞬間風力達到12級，廣告牌和一些院牆很難抵禦。“狹管效應”的威力大小，與一個城市高層建築的數量、間距、建築物的位置有著密切關聯。高層建築物越多、體積越大、間距越近，出現“狹管效應”的機會越大，反之則越小。

有關氣象部門測試顯示，在城市颳起六七級大風時，狹管效應能使通過高樓之間的瞬間風力達到12級，廣告牌和一些院牆很難抵禦。

狹管效應的威力大小，與一個城市高層建築的數量、間距、建築物的位置有著密切關聯。高層建築物越多、體積越大、間距越近，出現“狹管效應”的機會越大，反之則越小。

首先是天氣系統影響，如寒潮、沙塵暴、颱風等，會引起大範圍、大規模的空氣流動，但這隻會出現大風，還不能造成這麼激烈的破壞現象。第二個條件就是當地地形了。此次出事地點是天山南北向的峽谷地區，大風經過這一地形也就是風口時，經過“狹管效應”的迅速放大，風力將成倍加大，其破壞力十分驚人。

2007年2月28日，烏魯木齊開往阿克蘇的5807次旅客列車遭到13級狂風襲擊，造成車輛脫軌，人員傷亡，南疆線被迫中斷行車9小時。13級風屬於颶風，風速達37米/秒左右，在一定的天氣系統和局地地形的相互配合下，狂風將列車掀翻是完全可能發生的。

2010年4月24日5時至25日5時，新疆南部和東部、青海北部和西部、甘肅、內蒙古西部和寧夏等地出現6—7級大風，部分地區瞬間風力達到8—9級，並伴有沙塵天氣，部分地區出現了沙塵暴，其中甘肅的部分地區出現了強沙塵暴或特強沙塵暴，甘肅民勤24日19時10分瞬間極大風速達到28米/秒，能見度接近0米，稱為黑風。

2013年4月6日下午4點多鐘，有位姑娘在杭州市區走著走著被風“吹起來了”，“我剛剛被風吹起來了，雙腳離地，連帶採訪本一起飛起來了……我表示這真是神奇的體驗。”她拿著採訪本，在杭州城站火車站附近，正由南往北過西湖大道：“因為綠燈快要轉紅燈了，所以急著過馬路，就是那麼兩腳交替抬起來的一瞬間，感覺整個人離地了。”回憶起當時的情形，她說自己“被風吹起來”不是大家理解中的被風吹得飛起來的那種，而是有明顯的雙腳離地的感覺。姑娘身高1.55米，體重84斤左右，還從來沒碰到過這種事。

甘肅河西地區由於地形造成的狹管效應，導致近地面風速又有明顯的增強，河西地區出現了強沙塵暴或特強沙塵暴。每年3—5月，蒙古氣旋的活躍和冷空氣活動的頻繁，易產生大風天氣；沙漠地區少雨，天氣變暖，氣溫回升，極易於促成沙塵暴的形成。

風在空中受凹凸不平的地表阻擋，風的流向和流速也會發生變化。城市中那些高大的建築物，如眾多的機械攪拌棒，攪動著城市上空的風。實際上被攪動的風在城市上空並不是平穩的流動，它毫無規則，起伏不定，科學家把這種氣流的運動叫做湍流。這種湍流現象只有到達一定的高度，大約是在1000-2000米的上空，才能擺脫地形和建築物的影響，還原成平穩狀態的流動，融入到大氣的洪流之中。

以建築物屋頂為界限，由屋頂向上到積雲中部叫城市邊界層，屬於氣象科學中的“中尺度”氣候，城市生活中散發的各種熱力與風的相互影響，加速了湍流的混合，這樣就使得上下層物質和能量交換頻繁；建築物屋頂以下到地面叫城市覆蓋層，是氣象科學中“小尺度”氣候，它與建築物密度、高度、幾何形狀、門窗朝向、街道寬度和走向、綠化面積、空氣中污染物濃度等許多人為因素關係很大。“小尺度”氣候中還可以細分為建築物氣候、城市街道峽谷氣候、商業區氣候、住宅氣候和工業區氣候等等。

風遇到高層建築時會改變方向，下沉的風受樓與樓的阻擋，通道變窄，氣流穿過時受到擠壓，當降到行人的高度就會形成渦流風、穿堂風和角流風三個大風區。道路兩旁高低錯落的建築物構成了街道峽谷，這些風往往都匯合在街道峽谷里，出現亂流渦旋風和升降氣流，這就是通常所說的街道風，對於這樣的街道風只有保證一定的街道寬度，增加足夠的綠化帶作為防風隔斷，才能減少街道亂流渦旋風和升降氣流對人的侵害。實際上街道風與街道的走向密切相關，當風向與街道走向相一致時，街道峽谷猶如變窄的通道，風受到不同方向的擠壓，加速穿過街區，這樣街區的“狹管效應”就製造出強風。如果街道的寬度比較窄的話，風大時，強大的亂流渦旋風再加上升降氣流就形成了街道風暴，殃及行人。美國報刊曾經有這樣的報道：1982年1月的一天，在摩天大廈林立的紐約曼哈頓區。金融分析家羅斯小姐走出大廈，在一幢玻璃鋼大廈下經過時，突然被身後衝來的一股猛烈的風刮到附近的水泥花壇中，雙臂嚴重摔傷。遭受飛來橫禍的羅斯真是很不幸，而這事故的罪魁禍首就是街道風，它是建築商、設計師以及市政規劃部門的一些疏忽，造成了街道風對人的傷害。吹向街道的風大多數是從側面刮來的，受街道兩旁建築物的部分阻擋，這種風表現為螺旋型的渦動。風大時，行使在道路上的人流和車輛會遭遇到較大的側面推力，行人會在風中來回的晃動、嚴重的還會旋轉並且向旁邊滾動。當風沿著低矮樓朝高樓吹來時，樓與樓之間的街道走向與風向相垂直，由於風受到樓的多層阻擋，街道上的風並不是很大，但是翻越高樓頂上的風力是相當大的。矗立在街區屋頂和高層建築上的大型戶外廣告牌，正好處在風口浪尖上，潛在著被風吹落的隱患。20世紀90年代初，一個大型廣告牌在北京火車站地鐵出口上方被街道風吹了下來，幸好沒有傷及無辜。當地政府有關部門警覺到事故的隱患，迅速制定出相關規則，規定戶外巨型廣告牌凡是架設在高度超過24米的建築物和構築物上，都必須到市政府有關部門進行相關的安全審查。

在城市街區和建築群中的風是複雜多變，為了保護居民和行人的安全，防範街道風造成的風害，市政部門採取了許多措施，氣象台在樓群密集的地區增設了許多自動氣象站，隨時監測風和其他氣象要素的變化，增加30多種專業氣象的服務，還在各種媒體上添加滿足人體舒適程度的預報；環保部門也在要害地段豎立了電子警示牌，隨時將主要污染物指標的變化及時地公布出來，指導市民的出行。街道走向、街道寬度和兩旁建築物的高度對街道風影響很大，而實際情況還與這個街區所在的地理位置以及這個地段常年的風、雲、溫濕度等氣候條件有關，還與街道的綠化和規劃設計密切相關，如果一座城市在規劃中針對當地的氣候條件，對建築物之間和街道之間的距離設計得合理，將樹木、灌木叢、排廊這些防風隔斷進行科學布局，留出一個足夠的風道，給風多一些“自由”空間，這樣就可以削弱街道風的危害，減少街道風的發生。東方廣場是北京市10大新建築群之一，它擁有8幢甲級現代化辦公大樓，是亞洲最大的商業樓群，由於坐落在東長安街與王府井這條金街的交匯點上，地皮尤其的金貴，設計師在樓體的布局密度、高度上充分合理地挖掘潛力，使這裡真正發揮“寸地寸金”的商業經濟效益；這些構思靈巧的山水小景、花壇、噴水池雖然張顯出設計者對中國山水意境的追求，但是實際上它們肩負著潛在的防風功能，它能化解角流風與渦流風衝擊；在產生“狹管效應”的通風道上，加蓋透明天蓬、或設置小樹林等多層綠化帶，這些小型的防風林巧妙地阻擋住通風道上的強風，消減了對行人的危害。

科學家劃分出風環境舒適度的標準：行人坐著時風的速度要小於5.7米/秒；站著要小於9.3米/秒；行走時小於13.6米/秒。超過這些標準行人就會受到侵害。東方廣場的設計者不僅科學地考慮給“風”以出路，而且細緻到方便每一個人的出行，封閉性的行人通道直接與各條大街相通，避免了人與風的直接接觸；整個東方廣場的環境滿足了我國風環境舒適度的標準。實際上街道風還有另外一個功能，它直接影響著城市大氣污染物的擴散。街道風愈大，擴散稀釋就愈快。這些縱橫交錯的街道也是城市網路般的通風渠道。怎樣表現出風與污染物擴散的軌跡？北京市氣象局的科學家們進行了一項研究，實現了城市規劃與氣象條件以及大氣污染之間關係的數值模擬分析。科研人員對多種氣象條件下的風進行了測定和大氣採樣，先進的高空飛艇探空技術猶如給大氣做CT一樣，對我們上空的氣候條件做出診斷，科研人員採用非結構化網路技術，引入計算流體力學的CFD軟體，提高了氣象環境的模擬效果，最大限度的把複雜的地面建築物形狀接近真實地表現出來，經過風洞實驗和實地觀測的檢驗，基本反映了實際情況。數值模擬建立了城市、小區、單體多層尺度的設計，實現了包括綠化、道路、風場、溫濕度、人體舒適度、大氣污染源等11個方面的環境氣象指標以及主要污染物擴散的定量評估。準確、快捷地為城市整體規劃和局部設計提供決策的依據。數值模擬為設計規劃部門提供了快捷的平台。方庄小區是北京城第一個大型高層建築的社區，其中芳古園小區里擁有41.7%綠化面積，穿行在小區里的街道風能夠在11分鐘以內吹散污染物，完成自我凈化。為了更詳細地了解綠地對氣象條件和大氣狀況的影響，氣象專家對方庄小區在計算機上進行了敏感性試驗，將芳古園小區中凡是低於30米高度的建築物和裸露的土地變成草地，小區里的綠化面積增加到53.17%，經過風洞試驗和數值模擬兩種方法的計算比較，研究人員計算出穿行在小區里的街道風將近在12分鐘里吹散污染物。敏感性試驗的結果說明，增加綠地面積對整個芳古園小區自我凈化能力的影響不是很大。數值模擬系統不僅能對舊城改造的方案進行量化分析，也能對未來規劃的城鎮、小區進行直接的可視化的局地氣象環境分析。2008年是中國的奧運年，為了保障奧運會在北京順利進行，未來的氣候條件是一個敏感問題，北京氣象台的研究人員對規劃部門提供的2套奧林匹克公園設計模型，運用數值模擬分析，描繪出奧運村的氣候環境，其中一套方案中設計有人工湖，不管是冬季刮的西風和西北風，還是夏季吹的偏南風，南北向的人工湖都能形成從中軸線上貫穿南北的通風走廊，減少了局地氣體污染物聚集的區域。正因為有了這個通風的渠道，整個區域里的通透性好，自身的凈化污染物的能力比較強，冬季自凈能力在23.9分鐘完成，夏季需要22.04分鐘，而另一套方案的氣體擴散時間卻是它的2倍。

如今不管是舊城的改造，還是新社區的建設，都要充分考慮到街道風以及其他氣象環境能夠滿足人體舒適度的標準，數值模擬分析提供了技術平台，它的普及與應用對提高市民的生活質量，改善城市氣候環境具有十分重要的意義。