马鞍山市风场特征及其对热岛效应的影响
张嫣然 1 程海峰 2 *
1安徽建筑大学环境与能源工程学院
2安徽建筑大学设计研究总院
摘 要：利用马鞍山市1981~2010年的气象数据计算选取典型气象年，绘制了不同季节及全年的风频风速玫瑰 图， 并在此基础上分析了风速对热岛效应的影响。 研究发现，
马鞍山市典型气象年全年静风较少， 主导风向相对较 为明显， 盛行东风， 除冬季主导风向为西西北风外， 其余季节及全年的主导风向均为东风， 全年主导风向的风速皆 小于2m/s 。马鞍山市近30年风速呈下降趋势， 城市化后的风速较城市化前风速有显著降低， 通过回归方程拟合 可发现风速与热岛效应存在明显的负相关， 相关系数最高可达 0.84。 关键词： 马鞍山市 典型气象年 风玫瑰 城市热岛
Characteristics of Wind Field in Ma ’ anshan
City and Its Influence on Heat Island Effect
ZHANG Yanran 1 ,CHENG Haifeng 2
*
1School of Environmental and Energy Engineering,Anhui Jianzhu University
2General Design and Rearch Institute,Anhui Jianzhu University
Abstract: Bad on the meteorological data of Ma'anshan City from 1981to 2010,the typical meteorological years were lected,the wind frequency and wind speed ros in different asons and throughout the year were drawn,and the influence of wind speed on heat island effect was analyzed.The results show that in typical meteorological years,there is less quiet wind and the dominant wind direction is relatively obvious.Easterly wind prevails.Except for the northwest wind in winter,easterly wind is the dominant wind direction in all asons and throughout the year,and the wind speed of the dominant wind direction is less than 2m/s.In recent 30years,the wind speed in Ma'anshan city has a downward trend,and the wind speed after urbanization is significantly lower than that before urbanization.Through regression equation fitting,it can be found that there is an obvious negative correlation between wind speed and heat island effect, and the correlation coefficient is up to 0.84.
Keywords:Ma ’ anshan city,typical meteorological year,wind ro,urban heat island
收稿日期： 2021215 通讯作者： 程海峰 （1966~）， 男， 本科， 教授级高工； 通信地址与邮编：安徽省合肥市包河区金寨南路856号 （230022）；
Email:**************** 基金项目： 安徽省中央引导地方科技发展专项资金项目
（NO:201907d07050009） 随着城市化进程的高速发展， 城市热岛效应也带 来了一系列不可忽视的问题。引起城市热岛的因素主
要分为气象条件和人为因素， 而在气象条件中， 与城
市热岛联系最为紧密的便是风速
[1]
。因此， 想要研究城 市热岛， 就不可避免地需要对当地的风场进行分析研
究。霍飞等 [2]
使用WRFUCM 对上海和南京的典型城
市热岛现象进行模拟， 发现大尺度环境风场能够影响
城市热岛效应高温的水平分布。Sushobhan Sen 等
[3]
利 用三维计算流体动力学模型对美国芝加哥城市街区 进行了研究， 发现城市的形态和风向也会影响城市热
岛强度。王孝邦
好久不见的朋友
[4]
用热岛强度与风速进行回归分析， 发 现两者存在负相关， 且风向对热岛分布有很大的影响。
第 41 卷第 3期 2022 年 3 月
建 筑 热 能 通 风 空 调
Building Energy &Environment Vol.41No.3 Mar.2022.6~10
文章编号： 10030344 （2022） 30065
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怎样做花卷
徐伟等 [5]
对上海区域站的气象资料进行研究， 得出城 市热岛的中心位置与风速风向相关甚密。Ngarambe
Jack 等
[6]
对首尔市的气象数据进行了分析研究， 发现 在天气晴朗时，风速与城市热岛强度呈明显的负相
珺 关。刘丽 等 [7]
用CFD 软件对河谷型地区兰州城关区 的风环境进行了模拟研究，
结果发现热岛效应对风速 同样具有反馈作用。
1 数据处理
1.1 典型气象年选取方法
根据 《中国建筑热环境分析专用气象数据集》
[8]
中 方法选取典型气象年， 所选参数及其权重如表1所示。
表1 挑选参数及其权重
确定挑选参数及权重后， 计算各挑选参数每月的
累年平均值 X i ,m 及标准差 S i ,m ，统计近 10年各挑选参 数每年每月的平均值X i ,m,y ， 标准化处理后即可初选 “平 均月”
。标准化处理公式如下： 若近 10 年内存在复数年份的 m 月均能满足
|浊 i,m,y
|臆1， 则应对这些月份的 浊 i,m,y 进行加权求和， 选择 D m 最小的月份为该月的 “平均月” 。 加权求和计算公式 如下：
D m =撞 i K i 伊 |浊
i,m,y | （2）
式中： i 为挑选参数序号， m 为月份序号， y 为年份序 号， K i 为各挑选参数的权重。 1.2 原始数据
本文中所涉及的气象数据均来自于中国气象数 据网， 其中包括本站气温、 风速风向、 本站气压、 地表气 温等参数。在遇到数据有缺测漏测时，
按文献[9]中的 方法进行处理，即：一个月内连续缺测小于等于3天 时，
采用线性差值原则进行插补。我国具有太阳辐射 观测资料的站点有限 [10]
， 马鞍山台站并无相对完整的 太阳辐射观测资料， 故本文典型气象年的选取参数中 并不包括太阳辐射。又因马鞍山气候站（站台编号
58336） 迁址等因素影响， 2011 年及其以后的气象数据 与之前不再具有连续性， 由此， 本文选取1981~2010年
30年的气象数据为基础，
在 2001~2010年中挑选典型 气象年， 经过数据处理后结果如表2所示。
表2 马鞍山典型气象年的月份组成
1.3 季节划分
根据马鞍山市日平均气温划分季节：夏季为 6~9
月； 冬季为12~2月。 1.4 风频风速计算
以马鞍山市典型气象年的气象数据为基础， 统计
得出夏季、 冬季、 过渡季以及全年的风频、
风速玫瑰图。 风玫瑰图按 16 方位法统计， 序号、 符号及方位的
对应关系如表3所示
[11]
。 表3 风向序号尧符号与度数对照表
各风向的风频计算公式如下 [11]
：
各风向的平均风速计算公式如下 [11]
：
式中： A m 为风在m 方位出现的频率； K m 为风在m 方位 被统计到的次数； C 为静风出现的次数； v m 为风在 m森林超市
方位的平均风速，
m/s ； v m i 为风在 m 方位第 i 次被观测 到的风速，
m/s ； m =1~16。 1.5 主导风向风频及风速
主导风向是指风频最大的风向角范围。虽然自
《环境影响评价技术导则大气环境》（HJ2.22018） 实施
挑选参数 权重 日平均温度 2/16 日最低温度 1/16 日最高温度 1/16 日平均水汽压 2/16 日总辐射 8/16 日平均地表温度 1/16 日平均风速
1/16
,,, ,, ,
i m y i m
i m y i m X X S h - =
（1）
月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 选择年份
2003
2001
2010
2001
2003
2001
关于秋天的四字成语2005
2002
2004
2005
2001
2002
序号 符号 方位 角度范围（°） 1 N 北 348.76 ~ 11.25 2 NNE 北东北 11.26 ~ 33.75 3 NE 东北 33.76 ~ 56.25 4 ENE 东东北 56.26 ~ 78.75 5 E 东 78.76 ~ 101.25 6 ESE 东东南 101.26 ~ 123.75 7 SE 东南 123.76 ~ 146.25 8 SSE 南东南 146.26 ~ 168.75 9 S 南 168.76 ~ 191.25 10
SSW 南西南 191.26 ~ 213.75 11 SW 西南 213.76 ~ 236.25 12 WSW 西西南 236.26 ~ 258.75 13 W 西 258.76 ~ 281.25 14 WNW 西西北 281.26 ~ 303.75 15 NW 西北 303.76 ~ 326.25 16
NNW 北西北 326.26 ~ 348.75 C
静风
风速小于等于 0.2m/s
16
1 m
m m m K A K C = = + å （3）
1 m
A mi
i m m
v
v K = =
å
（4）
张嫣然等： 马鞍山市风场特征及其对热岛效应的影响 第 41 卷第 3 期 ·7·
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后， 《环境影响评价技术导则 大气环境》（HJ2.22008） 便已废止，但因新规范未明确规定主导风向定义， 故
本文仍以《环境影响评价技术导则 大气环境》（HJ2. 22008）
为基础确定主导风向， 即： 对于以 16 方位角表 示的风向， 主导风向一般是指连续 2~3个风向角的范 围。某区域的主导风向应有明显优势，
其主导风向角 的风频之和应当大于等于 30%， 否则可以称该区域没
有主导风向或主导风向不明显
[12]
。 主导风向的风频计算公式如下
[13]
： （
5） 主导风向的风速计算公式如下
[13]
： 式中： A 为主导风向的风频， v 为主导风向的风速，
m/s ； v m 为主导风向角的风速， v m 1 ， v m +1 为该主导风向角 两侧风向角的风速， m =1~16，
m/s 。 2 典型气象年风频风速及主导风向
2.1 夏季风频风速及主导风向
由图 1 可以看出：
马鞍山市夏季东风(E)风频最 大，
为 18.03%， 风速 2.33m/s ； 西西南风(WSW)风频最 小， 为0%；
无静风。 按式(5)、 (6)对马鞍山市夏季风频风 速进行计算可知马鞍山市夏季主导风向为东风(E)， 风 频和为35.25%，
主导风向风速为1.90m/s 。 （a ） 风频
（b ） 风速
图1 马鞍山夏季风玫瑰图
2.2 冬季风频风速及主导风向
由图 2 可以看出：
马鞍山市冬季东风(E)风频最 大， 为 13.33%， 风速 2.18m/s ； 西西南风(WSW)风频最 小， 为0%； 静风风频为1.11%。按公式(5)、 (6)对马鞍山 市冬季风频风速进行计算可知马鞍山市冬季主导风
向为西西北风(WNW)， 风频和为 32.22%， 主导风向风 速为1.84m/s 。
（a ） 风频
（b ） 风速
图2 马鞍山冬季风玫瑰图
2.3 过渡季风频风速及主导风向
由图 3 可以看出：
马鞍山市冬季东风(E)风频最 大，
为 17.65%， 风速 2.17m/s ； 西西南风(WSW)风频最 小， 为0%； 静风风频为0.65%。按公式(5)、 (6)对马鞍山 市过渡季风频风速进行计算可知马鞍山市过渡季东
风(E)为主导风向， 风频和为 37.26%， 主导风向风速 1.81m/s 。
（a ） 风频
（b ） 风速
图3 马鞍山过渡季风玫瑰图
{ } 16121115161 max ,,, m m m A A A A A A A A A A -+ =++++++ KK K K 11
3
m m m v v v v -+ ++ =
（6
）
2022年
建 筑 热 能 通 风 空 调 ·8·.com. All Rights Rerved.
2.4 全年风频风速及主导风向
由图 4 可以看出：
马鞍山市全年东风(E)风频最 大，
为 16.71%， 风速 2.23m/s ； 西西南风(WSW)风频最 小， 为0%； 静风风频为0.55%。按公式(5)、 (6)对马鞍山 市全年风频风速进行计算可知马鞍山市全年主导风 向为东风(E)， 风频和为 34.52%， 主导风向风速为 1.89 m/s 。
（a ） 风频
（b ） 风速
图4 马鞍山全年风玫瑰图
2.5 数据汇总
由表 4 可以看出：
马鞍山市典型气象年除冬季外 其余季节及全年的主导风向均为东，冬季则为西西
北。 全年主导风向风速均小于2m/s ， 满足规范 《绿色建 筑评价标准》 [14]
(GB/T 507382019)中对风环境的要求。
表4 马鞍山市不同季节及全年主导风向风速汇总表
3 马鞍山风场对热岛的影响分析
3.1 城市热岛效应
城市热岛是城市对气温影响最突出的特征。城市 热岛效应可从以下两个方向进行分析： 1） 同一时间城 市与其附近郊区气温的对比。2）
改变自己的说说同一城市在其城市化 发展不同阶段气温的前后对比
[1]
。本文在分析马鞍山 市城市热岛效应上采用第二种方法，即使用
1981~2010年的典型气象年
（城市化后） 与 1981年 （城 市化前） 的气温对比来反映该市的城市热岛效应。 3.2 马鞍山日平均风速及热岛效应逐月变化特征
由图5可以看出：马鞍山市1981~2010 年典型气 象年的风速与热岛效应基本呈负相关关系。典型气象 年风速整体小于1981年风速， 全年的风速特征基本为 夏季较大， 秋季较小。
图5 马鞍山市日平均风速及
热岛效应逐月变化示意图
3.3 风速对热岛效应的影响
云量、 太阳辐射等气象条件均会影响热岛的形成 与变化， 其中风速对热岛的影响最大。全年、 夏季、 冬 季、
过渡季的热岛效应与风速的回归方程如下： 夏季： 驻 t =3.6611.565v （7） 冬季： 驻 t =7.0032.869v （8） 过渡季： 驻 t =8.9764.424v （9） 全年：
驻 t =6.9163.146v
（10）
式中： 驻 t 为热岛效应， 益； v 为日平均风速，
m/s 。 表9为式(7)~(10)中的相关系数。
表9 相关系数
由式(7)~(10)可以看出： 风速与热岛效应为负相关 关系。联系图5可以发现：随着马鞍山市城市化进度 的加快， 风速减小导致能带走的热量减少， 城市热岛效 应便相应增大。
4 结论
1）
马鞍山市典型气象年全年静风较少， 东风(E)风 频最大，全年、夏季、冬季及过渡季的风频分别为
16.71%、 18.03%、 13.33%、 17.65%。
夏季
冬季 过渡季 全年 主导风向 E WNW E E 主导风向角风频/%
35.25 32.22 37.26 34.52 风速/m/s
1.90
1.84
1.81
1.89
夏季 冬季 过渡季 全年
相关系数 0.63
0.84
0.81
0.70
张嫣然等： 马鞍山市风场特征及其对热岛效应的影响 第 41 卷第 3 期 ·9·
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2） 马鞍山市典型气象年主导风向相对较为明显， 除冬季外其余季节及全年的主导风向均为东风(E)， 全 年、夏季及过渡季的主导风向风速分别为 1.89m/s、 1.90 m/s、 1.81m/s， 冬季主导风向为西西北风(WNW)， 主导风向风速1.84m/s。
3） 马鞍山市近 30年风速呈下降趋势， 典型气象 年风速较1981年风速有明显降低。
4）马鞍山市典型气象年风速总体呈春夏大秋冬 小的趋势， 与城市热岛效应为负相关关系。
参考文献
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[2]霍飞，陈海山.大尺度环境风场对城市热岛效应影响的数值模
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[3]Sushobhan Sen,Jeffery Roesler.Wind direction and cool surface
strategies on microscale urban heat island[J]. Urban Climate,
2020,31(C):155161.脑得生丸
[4]王孝邦.上海城市热岛效应及风对其影响的研究[J].建筑热能
通风空调,2019,38(06):2326.
[5]徐伟，张蕾，漆梁波.地面风对上海城市热岛影响的观测分析[J].
气象,2019,45(09):12621277. [6]Ngarambe Jack,Oh Jin Woo,Su Mi Aye.Influences of wind
speed,sky conditions,land u and land cover characteristics on the magnitude of the urban heat island in Seoul:An exploratory analysis[J].Sustainable Cities and Society,2021,(8).DOI:10.1016 /j.scs.2021.102953.
[7] 珺
刘丽 ，吕萍，梁友嘉.基于 CFD技术的河谷型城市风环境模
拟——
—以兰州市城关区为例[J].中国沙漠, 2013,33(06):1840 1847.
[8]中国气象局气象信息中心气象资料室，清华大学建筑技术科学
系.中国建筑热环境分析专用气象数据集[M].北京：中国建筑 工业出版社,2005.
[9]杨柳，李昌华，刘加平.典型气象年生成方法及原始气象数据质
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[10]李红莲.建筑能耗模拟用典型气象年研究[D].西安：西安建筑
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[11]程海峰，张国兵，张举.宿州市室外风场年分布特征与变化趋势
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[12]中华人民共和国环境保护部.HJ2.22008环境影响评价技术
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与房地产,2017,(06):205207.
[14]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB/T503782019绿色建
筑评价标准[S].北京：中国建筑工业出版社,2015.
5演播厅的消声和减振
由于演播厅特殊要求，对声学控制有严格要求， 因重视及采取必要的措施对噪声及振动进行控制， 措 施如下：
苹果手机丢失怎么找回
演播厅采用全空气系统， 可以集中进行良好的消 声和隔声处理。增加组合式空调机组台数， 减少风量， 选用低噪声组合式空调机组。空调机房内墙体设置必 要的吸音材料， 机房门采用隔音门。空调系统的主管 设置一定数量的消声器。合理设计空调管道风速， 主 管控制在5~6m/s， 支管控制风速3~4m/s [4]。
空调机房内机组做浮筑隔振基础， 空调风管与机 组连接时采用柔性软连接， 管道支吊架采用弹簧减振 支吊架。
6结束语
在演播厅设计过程中， 选取合理的计算参数保证 负荷的准确性， 通过焓湿图准确计算出演播厅空气处 理过程。通过采用热回收式直流式系统， 在热回收节 能的基础上，保证演播厅较好的空气品质。采取必要 的消声隔振措施， 保证了演播厅对噪声高标准的要求。 另本项目设计时间为 2013年 6月，执行旧版防火规 范， 在新项目中， 应按新的防火规范及防排烟规范执 行， 在对排烟量计算、 防烟分区划分、 排烟机房、 管道耐 火极限等方面都有新的规定。
项目于 2015年投入使用， 演播厅分别拍摄了 《星 光大道》、《我要上春晚》、《感动中国》、《江苏卫视春晚》 等大型综艺类晚会， 从实际运行几年来看， 效果良好。 另在2019年期间， 应业主需求， 考虑冬季夜间、 搭建舞 台施工等期间减少空调开启时间， 演播厅四周增设了 散热器采暖改造。
参考文献
[1]GB507362012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].北
京：中国建筑工业出版社,2012.
[2]潘云钢.高层民用建筑空调设计[M].北京：中国建筑工业出版
社, 1999.
[3]DB11/6872015北京市公共建筑节能设计标准[S].北京：中国
建筑工业出版社,2015.
[4]陆耀庆.实用供热空调设计手册(第二版)[M].北京：中国建筑
工业出版社,2007.
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墨鱼汁意面
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