街谷綠地對(duì)城市微氣候影響的研究現(xiàn)狀及展望

王著森，徐雅露，蔣鵬遠(yuǎn)，吳 渝，許亦竣，陳倩婷，吳倩倩

（浙江農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江杭州 311300）

1 背景

城市化進(jìn)程的加快，使得城市大氣環(huán)境質(zhì)量受到了極大的沖擊。2015－2019年，全球平均氣溫升高了1.1℃，已遠(yuǎn)超十年前的預(yù)測(cè)和評(píng)估，全球變暖正在加速，極端天氣事件不斷頻發(fā)。2019年6月，歐洲氣溫達(dá)到有記錄以來(lái)最高值，法國(guó)、意大利等國(guó)家的氣溫平均值甚至高出歷史記錄6～10℃。同期，印度個(gè)別地方最高溫度超過(guò)50℃，直接導(dǎo)致100人死亡[1]。而我國(guó)最近60年的平均溫度以每10年上升0.23℃的速度在增長(zhǎng)，為全球的2倍[2]。氣候的惡化使得城市居民的日常生活不斷受阻，極大地影響了城市居民的身心健康。城市熱島效應(yīng)日益凸顯，給人們的生產(chǎn)生活造成了一定影響。在此背景下，城市氣候問(wèn)題成了國(guó)內(nèi)外社會(huì)十分重視的熱點(diǎn)話題。

城市街道是城市區(qū)域面積的主要組成，而街道與兩側(cè)的建筑物構(gòu)成了街谷，街谷作為城市居民戶外活動(dòng)空間的重要組成部分，其良好的氣候環(huán)境是提升居民活動(dòng)意愿、增強(qiáng)城市活力的物質(zhì)前提[3]。街谷中的綠地對(duì)城市氣候環(huán)境有著顯著的影響，在熱島效應(yīng)最為顯著的夏季高溫天氣條件下，綠地中的植物個(gè)體及群落能夠通過(guò)吸收、反射太陽(yáng)輻射以及蒸騰作用降低整個(gè)綠化空間的內(nèi)部溫度，增加相對(duì)濕度，進(jìn)而改善整個(gè)街谷的氣候環(huán)境[4]。由此可見(jiàn)，城市街谷綠化在改善城市生態(tài)環(huán)境、緩解城市熱島效應(yīng)等方面都有著重要價(jià)值。植物個(gè)體以及群落所組成的綠化空間能夠降溫增濕，是發(fā)揮街谷綠地生態(tài)效益的關(guān)鍵。改善街谷綠化空間，在提高城市街道建設(shè)科學(xué)性的同時(shí)，也在促進(jìn)城市朝著“以人為本”的規(guī)劃設(shè)計(jì)方向可持續(xù)發(fā)展。

19世紀(jì)以來(lái)，越來(lái)越多的專家學(xué)者注意到城市氣候正在逐漸發(fā)生變化，而城市氣候與城市居民的生活質(zhì)量息息相關(guān)，這使得城市微氣候的研究成為熱點(diǎn)話題，引起了社會(huì)廣泛關(guān)注。近年來(lái)，有關(guān)城市微氣候的研究顯著增多；研究點(diǎn)跨度大、維度多，然而彼此間并無(wú)較多關(guān)聯(lián)；隨著研究的不斷深入，現(xiàn)今的城市微氣候研究領(lǐng)域中，較為熱門的研究方向有“人體舒適度”“ENVI-met模擬”“城市空間形態(tài)”等。國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者對(duì)城市微氣候研究的側(cè)重點(diǎn)有所不同。國(guó)外的專家學(xué)者更多地認(rèn)為，城市中不同空間類型的場(chǎng)所在微氣候上有差異，他們更傾向于將這些場(chǎng)所的微氣候進(jìn)行比較研究。而我國(guó)的學(xué)者研究更多的是在不同大氣候背景下的城市微氣候之間的區(qū)別，這也是因?yàn)槲覈?guó)地域遼闊，本身有著復(fù)雜多樣的氣候類型。所以，我國(guó)城市街道微氣候的研究雖然起步晚，但在這樣得天獨(dú)厚的先天優(yōu)勢(shì)下，研究進(jìn)展快、勢(shì)頭猛。以下將從2個(gè)方面闡述國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)街谷綠地對(duì)城市微氣候影響的相關(guān)研究進(jìn)展。

2 街谷空間形態(tài)對(duì)城市微氣候影響相關(guān)研究

街谷空間由多方面構(gòu)成：藍(lán)、綠色基礎(chǔ)設(shè)施，景觀構(gòu)筑物，建筑材質(zhì)等；不同用地性質(zhì)的街谷空間結(jié)構(gòu)也存在差異，這些要素都會(huì)影響城市微氣候的形成[5]。不同學(xué)者分別從不同的角度對(duì)街谷微氣候展開(kāi)研究。

從街谷的長(zhǎng)寬比、高寬比及走向出發(fā)。Johansson等[6]通過(guò)收集摩洛哥菲斯市新、舊城的系列數(shù)據(jù)并分析，比較城市形態(tài)參數(shù)（包括建筑高度、朝向、間距、街谷高寬比等）與微氣候參數(shù)（例如微氣溫、濕度、風(fēng)速及生理等效溫度值等）之間的關(guān)系，推出結(jié)論：較大長(zhǎng)寬比的街谷空間能在外部空間溫度過(guò)高時(shí)保證街谷內(nèi)部的微氣候質(zhì)量。緊湊型街谷空間在夏季高溫天氣的夜間能形成比較涼爽、濕潤(rùn)的小氣候；在冬季能提供較暖的條件。而寬闊開(kāi)放的街谷空間比起緊湊型街谷空間，出現(xiàn)白天升溫快、晚上降溫快的現(xiàn)象。人體舒適度方面，緊湊型街谷空間可以顯著提高行人的人體舒適度。這意味著人們可以通過(guò)調(diào)整高寬比的方式來(lái)優(yōu)化步行街垂直方向的溫度分布與風(fēng)速分布，從而改善街谷微氣候，使得居民得到更高的舒適度。

南北朝向的街谷調(diào)節(jié)效應(yīng)要強(qiáng)于東西朝向。不同用地性質(zhì)的街谷空間在微氣候方面也存在著差異，有研究顯示，傳統(tǒng)城市聚集區(qū)的街谷微氣候舒適度要高于現(xiàn)代城市聚集區(qū)。街谷的高寬比以及走向決定了街谷的被動(dòng)散熱，從而影響城市微氣候的形成。建筑立面和街道路面由于對(duì)太陽(yáng)輻射的反射率不同，從而影響著街谷微氣候。

城市微氣候的理論知識(shí)逐漸豐富，其中城市形態(tài)對(duì)城市微氣候的影響受到了廣泛關(guān)注。前有學(xué)者從城市的肌理形態(tài)量化、街谷空間形態(tài)特征、街谷空間幾何形態(tài)要素等入手，研究它們與微氣候之間的關(guān)聯(lián)。也有人運(yùn)用熱舒適模擬的方法，在研究結(jié)果基礎(chǔ)上對(duì)城市公共空間的布局提出合理建議，助力打造使得城市居民感到舒適的公共空間。在街谷中，建筑對(duì)日照、風(fēng)等微氣候要素會(huì)起到遮擋、阻攔的影響，即日照、風(fēng)在街谷中的分布狀況受到了街區(qū)布局的影響，街道的高寬比、朝向和天空視角系數(shù)直接影響著這些要素，影響著街谷內(nèi)的微氣候。城市街谷空間的微氣候環(huán)境一方面受到街谷所處周邊環(huán)境的影響，另一方面街谷本身的空間形式特征對(duì)于街谷的微氣候影響也較大。有學(xué)者利用ENVI-met軟件模擬分析步行街空間形式與微氣候環(huán)境的關(guān)聯(lián)性，數(shù)據(jù)顯示，街區(qū)不同空間性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、分布都在一定程度上影響著街區(qū)內(nèi)部的微氣候要素。街谷走向直接影響著其區(qū)域內(nèi)的日照條件和風(fēng)向，南北向的街谷因?yàn)槿照諘r(shí)間相較更長(zhǎng)，所以熱環(huán)境會(huì)比東西向街谷更差。也有研究指出，輻射熱損失在深層峽中會(huì)逐漸減少。盛行風(fēng)向與街谷走向關(guān)系可分為垂直、傾斜與平行3種。不同的情況所帶來(lái)的影響也不同。多樣的街谷圍合方式相比于單一的條狀街谷，存在更多影響日照與風(fēng)向的因素并會(huì)出現(xiàn)微氣候因子的變化。由以上眾多研究可總結(jié)出，街谷的空間形態(tài)對(duì)其微氣候有著重要影響，街道熱環(huán)境的改善，可以從街谷長(zhǎng)寬比、街谷走向、街谷內(nèi)建筑布局等方面著手。

3 街谷綠化空間對(duì)城市微氣候改善的效益相關(guān)研究

對(duì)于城市綠地具有減緩熱島效應(yīng)的生態(tài)功能，國(guó)內(nèi)外已有大量的實(shí)證研究。植物群落是城市綠地的組成要素，也是城市綠地發(fā)揮生態(tài)效益的基本單元。綜合眾多學(xué)者對(duì)植物調(diào)節(jié)機(jī)制從各方面的深入研究，植物主要通過(guò)遮擋輻射、蒸騰作用、改變風(fēng)環(huán)境等方面對(duì)熱環(huán)境進(jìn)行調(diào)控[7]，街谷微氣候環(huán)境的變化會(huì)隨著街谷綠化的空間結(jié)構(gòu)、郁閉度等的變化而變化。宏觀角度的綠地類型以及布局模式到微觀角度的綠化空間結(jié)構(gòu)、樹(shù)種都能一定程度地調(diào)節(jié)微氣候環(huán)境。

綠地的整體布局形態(tài)對(duì)城市氣候環(huán)境具有顯著的影響，綠地面積的大小能夠有效地影響城市氣溫、城市風(fēng)速以及城市濕度的改變。有研究表明，對(duì)比集中型綠地布局，分散型布局的綠地調(diào)節(jié)作用更加顯著。牛凱等[8]以鄭州市街道兩側(cè)帶狀綠地為研究對(duì)象，比較不同空間結(jié)構(gòu)類型中的帶狀綠地，結(jié)果表明，喬灌草搭配的綠地降溫增濕的作用最大，而硬化廣場(chǎng)對(duì)降溫增濕的促進(jìn)作用最小。分散型、破碎化的綠化包括行道樹(shù)、街旁綠地、建筑和附屬綠地。結(jié)果指出，在城市中，綠地對(duì)微氣候起到調(diào)節(jié)作用，綠地平均面積的大小與調(diào)節(jié)作用成正比，綠地破碎化指數(shù)與調(diào)節(jié)作用成反比。街道綠地作為破碎綠地，平面布局對(duì)其微氣候效應(yīng)的產(chǎn)生起到了決定性作用。城市街道用地范圍空間有限，在其范圍內(nèi)除安排車行道、人行道、道路綠化外，還需安排許多市政公用設(shè)施。

合理安排樹(shù)木的種植和配置結(jié)構(gòu)，能發(fā)揮綠色植物在改善城市生態(tài)環(huán)境方面的重要功能。植物個(gè)體以及其組成的植物群落共同構(gòu)成了整體的綠化空間，綠化空間內(nèi)郁閉度的不同，使得綠地的降溫增濕效果存在顯著差異。朱春陽(yáng)等[9]對(duì)北京5種不同郁閉度的帶狀綠地進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)綠地的降溫增濕效應(yīng)隨著郁閉度的增高而增高，當(dāng)郁閉度超過(guò)67%時(shí)，綠地降溫增濕效應(yīng)顯著且趨于穩(wěn)定。潘劍彬等[4]以北京奧林匹克森林公園綠地為研究對(duì)象，將熱舒適度作為參數(shù)，表明熱舒適度的空間關(guān)聯(lián)性在局地內(nèi)表現(xiàn)顯著，且其標(biāo)準(zhǔn)值與群落郁閉度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。但這樣的正相關(guān)關(guān)系須在一定范圍內(nèi)，如若郁閉度過(guò)大，對(duì)降溫增濕并不會(huì)有質(zhì)的飛躍，而綠地建設(shè)成本卻會(huì)大大上漲。因此，在綠地種植中，郁閉度超過(guò)67%已是理想狀態(tài)，可以有效降溫增濕，也不會(huì)對(duì)下層植物的生長(zhǎng)造成阻礙。

葉面積指數(shù)大小、冠幅、樹(shù)高等植物的物力屬性，使樹(shù)種之間產(chǎn)生個(gè)體差異。有學(xué)者對(duì)地中海城市進(jìn)行實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在夏季，樹(shù)木對(duì)溫度的調(diào)控能力遠(yuǎn)大于冬季氣溫的保溫能力，且在樹(shù)種選擇上，將優(yōu)先考慮落葉樹(shù)種。衛(wèi)笑等[10]以武漢典型居住小區(qū)為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)當(dāng)植物間高寬比（Aspect Ratio of Trees，ART）通過(guò)對(duì)風(fēng)速的阻擋而影響戶外熱舒適度，且葉面積指數(shù)大、樹(shù)冠大的高大喬木，有較強(qiáng)的溫度調(diào)節(jié)能力。隨著研究的進(jìn)一步深入，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，樹(shù)冠通過(guò)衰減太陽(yáng)輻射、控制風(fēng)速等作用對(duì)改善熱舒適度有著顯著作用。在理想狀態(tài)下，“上大下小”型的倒卵形和倒三角形樹(shù)冠的喬木群落降溫增濕強(qiáng)度最高，人體熱舒適度體驗(yàn)也最好。

從空間特征角度解析植物群落的結(jié)構(gòu)變化，常從垂直結(jié)構(gòu)和水平結(jié)構(gòu)2個(gè)類型著手，比較分析不同結(jié)構(gòu)下植物群落的生態(tài)效益。水平結(jié)構(gòu)常指植物群落內(nèi)植被的種植數(shù)量和方式，垂直結(jié)構(gòu)常指植物群落內(nèi)物種的配置模式。垂直結(jié)構(gòu)模式常見(jiàn)的有為喬木、喬木-草本、喬木-灌木-草本、灌木-草4種結(jié)構(gòu)模式。喬木-灌木-草本結(jié)構(gòu)對(duì)熱環(huán)境的優(yōu)化作用較優(yōu)于其他3種，試驗(yàn)街谷綠地中最佳植物配置，應(yīng)從喬木-灌木-草本結(jié)構(gòu)入手，對(duì)不同形態(tài)、高度的喬木、灌木進(jìn)行配置和比較。

4 總結(jié)與展望

縱觀前人研究，國(guó)內(nèi)外有關(guān)城市微氣候領(lǐng)域的發(fā)展逐漸走向成熟，研究區(qū)域囊括了對(duì)大尺度的環(huán)境到中小尺度微環(huán)境的研究，在研究?jī)?nèi)容方面，從場(chǎng)地類型的研究逐步深化到對(duì)場(chǎng)地要素進(jìn)行細(xì)化分析，研究方法也從單一的實(shí)地觀測(cè)法到與數(shù)值模擬法的互相結(jié)合。街谷空間是中小尺度微環(huán)境領(lǐng)域的熱門研究對(duì)象，但對(duì)于街谷微氣候的研究分析大部分局限在單一維度，沒(méi)有綜合分析整個(gè)街谷空間的微氣候變化。

綠化作為街谷空間重要組成要素，逐漸成為城市微氣候領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)。然而有關(guān)此方面的研究大部分主要集中在對(duì)綠地內(nèi)部降溫效果的局限觀測(cè)，對(duì)于綠地中植物所組成的綠化空間特征（包括樹(shù)種組成、垂直結(jié)構(gòu)等要素）對(duì)區(qū)域氣候的降溫增濕效果間的比較研究較少。同時(shí)對(duì)于城市空間形態(tài)的研究主要集中在街谷走向、建筑朝向、建筑密度等。對(duì)于街谷空間與綠化結(jié)構(gòu)同時(shí)作用優(yōu)化微氣候考慮的研究較少。

綜上可知，在現(xiàn)有研究中，從綠化空間特征切入，研究其對(duì)街谷空間微氣候調(diào)節(jié)的影響這部分內(nèi)容稍顯單薄，在補(bǔ)充這方面研究時(shí)，應(yīng)同時(shí)結(jié)合城市街谷的空間形態(tài)變化，為街道空間設(shè)計(jì)補(bǔ)充理論設(shè)計(jì)指導(dǎo)。街谷對(duì)城市微氣候的調(diào)節(jié)有著極大的影響，街谷設(shè)計(jì)應(yīng)在理論研究的指導(dǎo)下，綜合多方面要素，使街谷綠地發(fā)揮出最大效益，助力改善城市氣候環(huán)境、生態(tài)環(huán)境，提升居民幸福感。