建築氣象學

古人為抗禦風、雨、寒、暑創造了供自己休息的原始住所──巢、穴和窩等，這就是人類歷史上最早出現的建築雛型。隨著社會的發展和生產、生活的需要，逐步發展了適應不同氣象條件的建築。如中國古書《墨子》中說到:“為宮室之法曰：高，足以避潤濕；邊，足以圉(抵禦)風寒；上，足以待雪、霜、雨、露。”這是在建築中考慮氣象因素的記述之一。北宋初年，著名的木結構建築匠師喻浩，在宋都東京（今開封）建造八角形、高36丈（120米）的開寶寺塔（靈感塔）時，根據當地最大風速的方向為西北風的特點，將塔身略傾斜於西北方，以抵抗風壓力的作用，這是建築史上最早考慮風壓的建築物。

20世紀40年代后，隨著大型工業企業、超高層辦公樓和超級旅館等大型建築物的不斷出現，氣象因素對建築的影響越來越受到重視。如1940年美國華盛頓州的塔康馬懸橋，在風的動力作用下被摧毀；1965年英國費爾橋電廠的冷卻塔群中的三個，在大風中倒塌。這些事故促使人們在建築設計中，要進一步考慮風力與建築物的共振作用。1963年，國際上曾專門召開“風對建築結構影響討論會”（1979年易名為“風力工程學會”）。此外，還逐步展開了建築氣象的實測工作，如測量建築物的風壓和風振等。隨著現代建築科學技術的發展，為設計和建造在不同氣象條件下的良好的室內小氣候環境，無論在城市規劃，建築設計，以至建築的形式和材料，建築工藝和施工等方面都要掌握各地區天氣氣候的規律。

城市規劃與氣象：在全年只有一個盛行風向的地區，工業區常設在盛行風向的下風側，居住區在其上風側，以避免工業區向大氣排放的有害物對居民區的影響。在季風區，由於冬季和夏季的風向基本上相反，故將工業區布置在最小風頻的方位，而把居住區設在最小風頻的下風方位，使居住區的空氣受污染的程度最小。在建築規劃或設計時，不但要考慮大氣候的影響，還要考慮與局地環境條件有關的氣候特徵的影響，如“城市熱島”、“城市風”（見城市氣候）；山區工廠排放的熱量，可使近地面層熱狀況改變，引起逆溫強度變弱、逆溫中心抬高。逆溫時，大氣穩定，污染物質很難擴散，在工廠設計時，煙囪有效高度通常應達逆溫層之上(見空氣污染氣象學)。

建築結構設計與氣象：

①風壓。它是建築結構設計中側向載荷的一種主要基本數據，建築設計中必須考慮風荷載。風壓是垂直於氣流方向的平面上所受到的壓強。各國對氣流的取值方法不盡相同，中國規定用一般空曠平坦地面，離地10米高處，30年一遇的自記10分鐘平均最大風速。在設計中，若風壓取值偏低，則建築物的安全就無保障；若取值合理，則既安全，又可以節約資金。

②雪壓。它是單位面積上的雪重，即積雪深度和積雪密度的乘積。在建築結構設計中雪壓是鉛直荷載的一種主要數據。中國規定用一般空曠平坦地面上30年一遇的最大積雪重量(公斤/米2)。在計算雪壓時，還要考慮降雪時的風速。風可引起雪花飄移，使屋面積雪重新分佈，沒有障礙物的屋面上的積雪比地面少，有障礙物的部位積雪比地面多。西歐冬季降雪大的地區，為了減少積雪，其屋面坡度一般為60°,以使屋面積雪下滑而減小雪壓。

採暖、通風、空氣調節、採光與氣象 在工業和民用建築設計中，為了滿足生產和人民生活的需要，設置必要的採暖、通風和空氣調節設備，使室內在不同的季節均能保持一定氣溫、相對濕度、空氣流速和清潔度。

採暖、通風和空調系統均需消耗能源，既不要浪費能源，又要滿足生產和生活的需要，就需根據當地的氣候條件，即當地多年的氣象觀測資料來設計。如冬季採暖期的長短根據日平均氣溫低於某一界限的天數來確定(中國取日平均氣溫等於和低於5°C的天數);採暖的室外計算溫度是根據最冷月平均氣溫和最低日平均氣溫等項目綜合計算得出的，計算溫度越低，表示需設計的採暖負荷越大，消耗能源越多。由於各國的情況不同（能源消耗水平不同），所選用的標準差異很大。冬季空調室外計算溫度同採暖室外計算溫度類似，只不過要求更高些，即一般設計的負荷均大於採暖設計的負荷，換言之，空調室外計算溫度低於採暖室外計算溫度。夏季空調室外計算溫度，根據當地最熱月平均氣溫和極端最高氣溫等項目綜合計算得出，計算溫度越高，表示需要設計的空調負荷越大，消耗能源越多。夏季通風系統的設計，除需考慮最高溫度外，尚需考慮相對溫度的大小。

在冬季建築物的採暖、失熱計算中，還需考慮太陽輻射對各朝向不同表面引起的溫度差異。向陽面溫度高；對透明的外圍護結構，太陽輻射還可直接射入室內。所以在冬季採暖和通風系統的熱負荷設計中，要作朝向修正。夏季太陽輻射熱通過外圍護結構傳入室內，使室內加熱，這是空調室內冷負荷時需考慮的因素。為盡量利用氣象條件，常在建築布局上充分考慮自然調節的作用，如中國東北、西北和華北的建築外牆厚，北窗小，街道走向多採用正南正北、正東正西向，以充分利用陽光。在天氣炎熱雨季較長的地區，房屋高敞開朗，出檐深，有陽台凹廊，門窗多對著開，以利通風降溫。東南沿海城市，街道走向多採用東南朝向，以利用夏季來自海洋的夏季風，而求得涼爽。西南地區的干欄、竹樓，可防潮濕和強烈日光照射。新疆吐魯番地區按小天井院落布局的土拱住宅，既可減少日照，又有良好隔熱性能。印度沿海地區，房屋窗戶很少，房頂上的出氣孔面對海風，以利於房屋的通風。

室內良好的光照是保證人們正常工作、學習和生活的必要條件之一，在建築設計時必須考慮室外的照度及其日變化。在居住區的平面布置中，房屋的間距都必須根據全年不同季節的太陽光入射角來確定。

地基、管道工程、建築施工與氣象：①凍土深度是決定地基基礎埋置深度的因素之一。為確保各種工程的地基基礎和排水給水、煤氣管道不致凍脹而破壞，必須埋置在凍土層以下的深度。②建築施工要避開最可能出現不利天氣的時段，雨季需考慮防雨施工措施，否則會使重型裝備擱淺而無法使用，阻礙工程進度。冬季施工需按混凝土的水化作用和氣溫的關係採取適當措施。高空作業的時候，更需要考慮短期天氣預報，特別是大風預報。

利用太陽能採暖和空調的試驗研究進展很快，已建造了不少被動式太陽能房和主動式太陽能房。主動式太陽能採暖系統，一般同夏季空調和生活熱水供應結合在一起。在建築上如何充分利用太陽能，以達到節能的目的，是世界各國建築氣象學研究的新課題之一。

[1]數字中國 http://www.china001.com/show_hdr.php?xname=PPDDMV0&dname=JMBD341&xpos=9