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香港城市通風弱化現象日趨嚴重
港大機械工程系研究城市通風問題助減熱島效應

2015年04月02日

 

港大機械工程系系主任李玉國教授透過水箱中理想城市穹頂模型，來理解城市通風環境的物理機理。

城市通風對消除城市的熱氣和污染物具有根本作用，因此城市通風對減低熱島效應和改善城市空氣質素有著關鍵的作用。對於香港這個擁有高人口密度和高建築密度的城市，城市通風對香港尤其重要。

香港的城市通風弱化現象日趨嚴重，香港天文台京士柏氣象站的觀測資料顯示，地表風速由從1968年的每秒3.5米降低至2014年的每秒2米。持續的下降趨勢令人擔憂, 但至今仍沒有研究結果能夠全面解釋風弱化現象和提出阻止該趨勢的應對措施。

與建築通風不同，城市通風研究面臨了諸多挑戰: 城市空間變異繁複、建築圍護結構的熱羽流與城市背景風場的相互作用非常複雜，全面開展實地觀測相當困難，用電腦模擬詳細的城市尺度熱風環境同樣十分艱巨。現有的工程分析工具主要適用於單幢建築或較小建築群的通風環境。許多對於城市空氣污染和熱島現象的研究也僅局限在城市街谷中。而另一方面, 氣象學研究則從大尺度入手，多數僅通過粗糙度來簡化城市建築。所以，城市尺度的研究相對少。

香港大學(港大)工程學院機械工程系近年就城市通風問題展開了一項基礎研究，其研究方法包括理論分析、風洞及水槽實驗模擬、實地觀測實驗，以及對理想城市的計算流體模擬。負責有關研究的港大機械工程系系主任李玉國教授希望通過這些研究，來理解城市通風環境的物理機理。自2013年，李教授的研究團隊，在香港研究資助局（研資局）(RGC)的協作研究金(CRF)資助下，又與香港理工大學一起展開了一系列關於高密城市中通風問題的研究。

研究團隊至今相關的發現和建議包括：

1.     在密度低的城市中，風可以輕易穿透城市冠層; 但在高密度的城市中，由於城市冠層阻力過大，來流風較難穿透。理論和數據表明，香港有些密集街區的平均街道風速與其冠層上方風速似乎無顯著關係。研究團隊認為，香港多處建成地區已經足夠密集，沒有理由讓香港現有的23%建成區更密集。如果更多的屏風樓和插針樓落成，城市街道風速將繼續減少，熱島，濕島和污染形勢將更加嚴峻，無從挽救。

2.     研究團隊建議，可鼓勵建造更多和滙豐銀行總行大廈類似的底部架空建築形態，同時應盡量減少街道中、尤其在較低高度，設置對風有較大阻礙作用的貨攤及外延式廣告牌等。這裏，研究團隊只對城市風物理進行分析，還未曾研究這些建議對社會，文化和經濟的影響，有關部門可以綜合分析。

3.     香港島山地的平均坡度大概為20度，高度約為400至500米。港島區的建築高度差異較大，其平均高度為50至100米，最高可達400多米。港島區北向山坡風對港島區城市通風影響在無風條件下尤為重要。研究團隊提倡港島北岸的南北向街道應具有一定寬度，並需限制其長度，以充分利用山坡風促進城市通風。

4.     在高密度的城市中，由於較高的建築高度和較大的建築表面積，建築壁面熱羽流易於充分發展。同時，上述提到城市冠層的阻力現象導致冠層上方的風速減小。兩者相比，建築壁面熱羽流在城市通風中可起到主導作用。在無風條件下，熱羽流促進了城市穹頂的形成。目前，並沒有方法能夠有效地阻止穹頂的形成。研究團隊開發的計算模型能夠預測穹頂形成，希望成為未來城市氣候環境工程設計的輔助工具。

香港大量的高密建築和複雜的地形特徵，為城市通風的研究提供了獨一無二的實驗室。有關研究不單可以令大家對香港城市通風，以及城市通風在規劃上的應用有進一步的理解，同時也可以為區域內乃至全世界不同的城市設計，提供一定的參考作用。

李玉國教授獲港大頒發2014年年度「傑出研究學者」，以表揚他於研究領域所作出的貢獻。「傑出研究學者」是香港大學頒予優秀學者的年度獎項，以表揚他們的研究在國際上取得卓越成就。所有教研人員及獲聘為第一類教職員、主要職責為研究的職員均符合資格角逐，評審委員會根據候選人的研究成果、學術著作的質量、獲得的研究資助金額及在具影響力研究項目的參與程度作出篩選，今年得獎者共四位，每位將獲得港幣250,000作繼續研究之用。

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