应县木塔的风环境研究与风致灾害防治

当风塑造千年古塔

在华北平原矗立着应县木塔——世界上保存至今的最高全木结构塔，建造于近千年前。如今，这座非凡的建筑正在缓慢倾斜，原因不仅有年代和地震，还有一种更为常见的力量：风。本研究解释了围绕塔周的日常微风与偶发强风如何在数十年中累积，对古老木构架造成弯曲与疲劳——以及了解局地风场如何帮助让这一世界遗产地标在未来数百年内保持直立。

风起的盆地中的巨木塔

应县木塔高出大同盆地南缘超过67米，所在区域常有冷大陆气团与季风气流穿越开阔地形。木塔完全由榫卯相接的木构件构成，无现代金属连接件，历经战乱、地震与风化仍能存留。然而测量显示，二层与三层，尤其是二层，正在从西南方向向东北方向倾斜。鉴于风是几乎每天都作用于塔体的为数不多的外力之一，研究者们提出了一个既简单又关键的问题：当地风只是背景天气，还是这一缓慢结构漂移的主要推动力？

在塔址重建风场

为了解答这一问题，研究团队没有仅依赖单一测风塔。他们整合了近20年的日尺度风资料和10年的小时尺度资料，来源于围绕应县的八个气象站。研究者采用标准方法将风速统一换算到共同高度与海拔，然后用基于距离的加权方法把这些站点的风场“投影”到木塔的精确位置。数据清洗过程中剔除了可疑读数，并按年、季节和时段分离资料，特别关注强风——即常用风力表中6级及以上的风速，这类风力能震动檐口、使中层梁发生振动，并在更强风况下威胁上层结构。

强风的频率、时点与来向

重建的风况记录显示，木塔所在的风场以西风为主导。6级强风中约有一半来自西或西偏西南方向；7级时这一比例上升至约60%；达8级及以上的最强风约有70%来自同一西向扇区。近二十年来，强风天数呈“高—低—高—甚低”的阶段性波动，近年出现了数次超过23米/秒的极端阵风峰值。季节上，强风主要集中在3月至6月，5月达到顶峰——届时大尺度环流变化、春季温差以及盆地的地形通道效应共同加速风速。日变化上，风力呈明显日节律：夜间至清晨风速最低，午后前后开始上升，并在下午3–4时达到峰值，此时下层大气扰动最强。

风与倾斜木塔：原因与结果

这些风况特征与塔体变形的空间分布高度一致。二层的柱子普遍自西南向东北倾斜——正好与袭击塔西侧的主导西风与西偏西南风向相反。对该层一根关键柱的监测显示，强西风时期与其位移增长同步，而以强东风为主的时段则会暂时抑制倾斜。作者提出了一个两步成因：频繁的中等强度大风（6–7级）像不停敲击的锤子，缓慢松动榫卯节点并造成小而永久的位移；随后偶发的极端大风（8级及以上）对已被削弱的结构施以重击，进一步推动倾斜。由于最强风多发于温暖的午后以及春、秋季节——温度波动使木材膨胀收缩，材性更为柔韧，风与热胀冷缩交互作用便加速了变形进程。

从无形之力中保护巨木

通过将木塔向东北的倾斜牢牢地与持续的强西风格局联系起来，这项研究把抽象的气象统计转化为可操作的保护路线图。研究建议应将加固与应急部署重点放在塔的西侧与西南侧，建立实时风况预警以在强阵风来临前触发临时支撑，并通过更智能的区域规划——比如控制迎风侧建筑高度或种植防风林带——来温和地驯服局地气流。虽然作者也指出他们的重建仍缺乏塔体不同高度处的超高分辨率现场测量，但他们的工作已向非专业受众传达了明确信息：风的无形推动，日复一日、季复一季的重复作用，是塔体缓慢倾斜的重要成因，理解这种推动力对应的保护工作至关重要，以维持这一罕见木质奇迹的长久屹立。

引用: Li, Z., Zhang, H., Wang, J. et al. Wind environment study and wind-induced hazard prevention of Yingxian Wooden Pagoda. npj Herit. Sci. 14, 253 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02363-4

关键词: 应县木塔, 强风, 文化遗产保护, 结构倾斜, 风环境