城市規(guī)劃與設(shè)計角度下的城市小氣候研究進(jìn)展

徐曉晨

西安建筑科技大學(xué)華清學(xué)院 陜西 西安 710043

城市規(guī)劃與設(shè)計中，城市小氣候改善十分關(guān)鍵，對人居生活有非常重要影響。當(dāng)前國內(nèi)外在城市氣候方面的研究相對較多，隨著當(dāng)前學(xué)科研究的不斷深化，人們開始提高在城市小氣候方面研究重視度。城市小氣候?qū)θ司迎h(huán)境有重要影響，具備非常強(qiáng)的可調(diào)節(jié)性，同時受到城市與建筑設(shè)計措施因素影響。在城市規(guī)劃與設(shè)計中，分析城市規(guī)劃與設(shè)計對小氣候的影響，能夠使人居環(huán)境規(guī)劃設(shè)計合理性有明顯提升，本文就此展開了研究分析[1]。

1 城市小氣候范圍界定及發(fā)展概況

1.1 氣候與小氣候

大氣候指的是較大范圍具備一般氣候特點或者存在共性氣候，受到各地相對高度、土壤性質(zhì)、地形條件等因素影響，各個地方會出現(xiàn)有與大氣候不同的氣候特點，這一小范圍氣候特點稱之為小氣候。因此，小氣候指的是受到構(gòu)造特性等因素影響表現(xiàn)出于大氣候不同的氣候特征。有學(xué)者將小氣候劃分為局地氣候和微氣候，同時將介于大氣候與局地氣候之間的氣候叫作中氣候[2]。

1.2 城市氣候與城市小氣候

人們將區(qū)域氣候基礎(chǔ)上人類城市化活動影響下所形成的局地氣候稱之為城市氣候，城市氣候主要是城市化發(fā)展過程中人口增多以及經(jīng)濟(jì)性提升等所造成的與郊區(qū)氣候較大差異的氣候類型。有專家將城市建筑屋頂至地面這一層稱之為城市覆蓋層，這層氣候非常容易受到人類活動的等因素影響，同時與建筑密度、高度、街道寬度、空氣污染等密切相關(guān)。

當(dāng)前在城市氣候劃分方面包含有兩種不同觀點：第一種，將城市覆蓋層氣候劃分為城市小氣候類別，城市氣候指將城市作為一個整個所形成的氣候。第二種，在小尺度與中尺度劃分方面較為模糊，城市氣候中不僅應(yīng)用局地氣候，同時還需要對城市覆蓋層、城市邊界層等有充分分析考慮。

因為人類與動植物的活動環(huán)境均在地面，以此，小氣候與人類的生產(chǎn)生活等密切相關(guān)。因此，人工改造氣候指的是對小氣候進(jìn)行改造。人們在氣候方面的研究從最開始的大氣層中小氣候到土壤氣候、森林小氣候等，一直到現(xiàn)在的城市小氣候。相對應(yīng)的，城市小氣候的研究主要集中在建筑科學(xué)和林業(yè)方面，建筑科學(xué)更多的是借鑒林業(yè)。與西方國家相比，我國在城市規(guī)劃與設(shè)計和小氣候關(guān)系方面的研究相對較晚，與西方等國家還存在一定的差距[3]。

2 城市規(guī)劃設(shè)計要素的城市小氣候影響研究

2.1 建筑布局小氣候影響

（1） 對風(fēng)的影響。對風(fēng)的影響是建筑布局在小氣候方面影響最為直觀展現(xiàn)，當(dāng)前建筑工程項目正在向著高層化和大型化方向發(fā)展，對城市風(fēng)環(huán)境造成嚴(yán)重負(fù)面影響。有研究表明，建筑街道走向、寬度、兩側(cè)建筑形式等不同，風(fēng)越過建筑群體時，會產(chǎn)生不同的渦流和升降氣流等，另外，在微風(fēng)環(huán)境下，受到建筑局部密集區(qū)溫度與周邊溫度差帶來的熱力環(huán)流等因素影響。

有研究將城市風(fēng)場分為兩種，一種是高層建筑自身所產(chǎn)生的風(fēng)環(huán)境，另一種是高層建筑與周邊建筑綜合作用下所產(chǎn)生的風(fēng)環(huán)境。在高層建筑自身風(fēng)環(huán)境方面：第一，風(fēng)影效應(yīng)，建筑受到垂直方向風(fēng)吹時，在建筑背風(fēng)面會形成較長風(fēng)影范圍，長度約為建筑高度6倍，風(fēng)影范圍，風(fēng)速會有明顯降低，同時還會改變來流風(fēng)向，出現(xiàn)渦流等；第二，角隅效應(yīng)，風(fēng)吹過建筑物時，其兩側(cè)和頂部位置會有氣流剝離等情況出現(xiàn)，順著剝離流線，風(fēng)速會有明顯加強(qiáng)，角隅效應(yīng)所產(chǎn)生的風(fēng)速會超過平均來流風(fēng)速的2～3倍，角隅效應(yīng)的出現(xiàn)，不僅會影響到人體舒適性，甚至還會嚴(yán)重威脅行人人身安全；第三，峽管效應(yīng)，風(fēng)吹向城市街道空間，受到街道兩側(cè)建筑擠壓等因素影響，容易使墻邊風(fēng)匯集，在地面產(chǎn)生高速風(fēng)，尤其在風(fēng)向與街道走向相一致時，這一現(xiàn)象表現(xiàn)最為明顯，人在周圍大樓行走較為困難，甚至還會被風(fēng)吹到。在高層建筑與周邊建筑風(fēng)環(huán)境方面，如果建筑布局屬于多層建筑與高層建筑混合布局形式，當(dāng)多層建筑處于上風(fēng)向位置，容易使來流方向發(fā)生改變，高層建筑3/4高度位置會產(chǎn)生氣流停滯點，部分氣流會向上繞過屋頂，建筑背風(fēng)側(cè)有渦流出現(xiàn)，另一部分氣流從建筑兩側(cè)位置通過，有轉(zhuǎn)角流出現(xiàn)，導(dǎo)致來流方向旋轉(zhuǎn)180°。另外，當(dāng)高層建筑 屬于低層架空建筑類型時，建筑下部的風(fēng)速會有明顯增強(qiáng)，有些區(qū)域甚至增強(qiáng)超過3倍[4]。

（2） 對溫度和濕度的影響。建筑布局在濕度和溫度方面影響主要表現(xiàn)在日照阻擋效應(yīng)方面，在大面積樓梯的陰影部位，非常容易導(dǎo)致高樓中間位置以及背側(cè)位置的溫度低于周邊其他區(qū)域。將溫度作為檢測對象，通過設(shè)置單一變量方面，能夠發(fā)現(xiàn)溫度與街道朝向和幾何尺寸等因素密切相關(guān)。同時有研究表明，建筑在溫度方面的影響主要集中在日照輻射方面。

建筑在濕度方面的影響更多地為間接性影響，比如隨著風(fēng)俗的增大，空氣流速有明顯增大，相對濕度有明顯提升[5]。

2.2 綠化小氣候影響

綠化在小氣候方面的影響主要表現(xiàn)在溫度和濕度方面，通過綠化，能夠降低局部3～5℃，相對濕度會提高3%～12%。另外，綠化還會對風(fēng)速和太陽輻射有一定影響。

（1） 對溫度影響。有研究表明，綠化對溫度有非常大影響，綠地區(qū)域小氣候相對較為穩(wěn)定，溫度差小。隨著植被距離的增大，對溫度影響會逐漸降低。在測定不同類型綠地后發(fā)現(xiàn)，無林廣場的總體溫度明顯高于草坪，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過林廣場，尤其在正午時刻，溫度差最為明顯。在傍晚，草坪溫度最低，表明草坪有著非常好降溫效果。在植被組合方面，喬木、灌木與草坪相結(jié)合方式降溫效果最佳，尤其是喬木、灌木與草垂直結(jié)果，降溫效果最為明顯，結(jié)構(gòu)較為單一綠地降溫效果則受到一定限制[6]。

（2） 對濕度的影響。研究表明，無林廣場的濕度最低，草坪濕度會提升2.1%～4.7%，林下廣場增濕幅度會提升1.11%～5.9%。在傍晚18:00，草坪相對濕度最高，增濕效果最為明顯。植被會從土壤中吸收非常多水分，葉片生長過程中，蒸騰作用下會有大量水分揮發(fā)，一棵大樹每天水分蒸發(fā)量可達(dá)450L，在這種情況下，空氣濕度會有明顯提升。

（3） 對日照輻射和風(fēng)速影響。日照輻射方面影響在溫度方面表現(xiàn)最為明顯，另外隨著林草植被覆蓋地表，很多太陽直接輻射被阻擋，地面長波輻射熱會得到明顯控制。綠化在風(fēng)俗方面的影響表現(xiàn)十分明顯，寬度在30m左右防護(hù)林帶，能夠使20～25倍樹高距離風(fēng)速降低10%～50%。在城市帶狀綠地方面，城市道路與濱水綠地等區(qū)域如果帶狀綠地方向與夏季主導(dǎo)風(fēng)向保持一致，能夠起到非常好的將降低風(fēng)速和防護(hù)效果[7]。

3 城市規(guī)劃設(shè)計改善小氣候研究

3.1 建筑布局改善小氣候策略

從建筑群體布局角度出發(fā)，包含有朝向、日照間距、建筑高度、加注密度等。早在20世紀(jì)初期，有專家提出風(fēng)屏蔽設(shè)計策略，在場地北部區(qū)域建設(shè)長板式多層建筑，能夠為公共空間、低樓層住宅等提供抵御寒風(fēng)的屏障。另外，選擇將高層建筑錯開排列等方式，能夠最大限度減少前排建筑對風(fēng)的遮擋。建筑物的高度、深度等對風(fēng)環(huán)境同樣有非常大影響，在建筑布置方式方面，可采取高低錯落、前低后高等方式，減少前后建筑物間相互遮擋，在規(guī)則并列建筑群方面，可采取平行四邊形法則布置方式，避免前后建筑對氣流的遮擋，與風(fēng)向形成一定角度。

具體布置方式包含以下幾種：第一，圍合式布局，這種布局模式在氣候相對較為寒冷城市有著非常好應(yīng)用效果，能夠?qū)崿F(xiàn)對寒風(fēng)的有效抵擋，在干燥城市、濕熱城市等，這一布局方式需要慎重選擇；第二，行列式布局，采取行列式布局方式，需要將建筑物朝向與主導(dǎo)風(fēng)向的夾角控制在45℃以內(nèi)，實現(xiàn)對建筑群體內(nèi)部環(huán)境的有效改善；第三，斜列式布局，這種布局方式建筑朝向需要與夏季主導(dǎo)方向之間夾角控制在60°以內(nèi)，使高層建筑群體風(fēng)環(huán)境得到改善；第四，錯列式布局，將建筑朝向與主導(dǎo)風(fēng)險夾角控制在30°以內(nèi)，營造一個良好通風(fēng)環(huán)境；第五，點式布局，這種布局方式的應(yīng)用必須要提高建筑布局合理性，避免有過大風(fēng)速情況出現(xiàn)，最大限度降低風(fēng)的危害[8]。

3.2 綠化改善小氣候策略

第一，近自然綠化策略，在大型公眾綠地方面，可采取模擬自然植被群落設(shè)計方式，堅持生態(tài)位原則、人地和諧原則等，提高喬灌草搭配合理性，與植被生長規(guī)律等相結(jié)合，在合適的種植條件下，為種子繁衍預(yù)留一定空間。

第二，尺度策略。不同尺度下，城市綠地景觀會表現(xiàn)出不同粒度特征。首先，在城市公共綠地方面，需要明確其種植規(guī)模在區(qū)域小氣候方面的改進(jìn)作用，營造以喬木為主的綠地生態(tài)小氣候場，通過道路綠地方式對其延續(xù)。其次，在居住區(qū)綠地方面，結(jié)合具體需求，明確綠地的形式和功能，以遮陰為目的，形成綠色廊道等，營造一個連續(xù)性的陰影區(qū)域。尺度策略主要是指不同綠化形式的組合，適當(dāng)提高人們外出活動，減少人們在空調(diào)方面依賴。

第三，環(huán)境特征策略。在小氣候營造方面需要結(jié)合具體的環(huán)境空間類型制定針對性的營造策略。比如將建筑形態(tài)、綠化形式等相結(jié)合，在建筑空間合理選擇綠化形式，預(yù)測街道峽谷風(fēng)速，明確建筑周邊日照情況，確定植物種類。另外，也可以將地貌、地形與水體等相結(jié)合配置，在地形較為低洼區(qū)域，坡頂位置布置廊道，陽坡位置布置灌木與喬木結(jié)合樹木，陰坡位置布置喬木。干旱區(qū)域，在水體周邊建立與植被栽植風(fēng)道，實現(xiàn)對水汽和涼風(fēng)的有效引導(dǎo)，如果城市雨量較多，可設(shè)置綠障減少水汽侵入[9]。

第四，居民行為策略，考慮到多數(shù)人的行為規(guī)律，在行道、休憩區(qū)等，可種植高大落葉喬木，利用人車隔離帶營造風(fēng)道，種植常綠和落葉喬灌密植。在夏季，要保持地面長時間處于樹蔭下。針對人流相對較為密集道路，可采取綠色小空間節(jié)點設(shè)計思路，利用落葉攀緣植物等，營造立體綠化。

針對夏季較為炎熱的城市，需要結(jié)合設(shè)計效果綜合分析考慮，比如在東西方向行道樹，只需要保證樹冠完全覆蓋在人行道即可，并不一定需要對稱式栽植，充分利用季節(jié)變化特征，為人們合理選擇活動區(qū)域，避免人類對單一地點產(chǎn)生過大干擾。

3.3 硬質(zhì)鋪裝改善小氣候策略

還可以通過硬質(zhì)鋪裝實現(xiàn)對小氣候的改善，具體有兩個方面，一方面，利用冷卻性和透水性鋪裝，實現(xiàn)對溫度的有效控制，有研究表明，透水性鋪裝可以取得與綠化體系相同的蒸騰作用，使城區(qū)熱環(huán)境以及局地風(fēng)等得到改善；另一方面，可通過綠化方式降低鋪裝所帶來的負(fù)面影響，實現(xiàn)對瀝青道路升溫等情況的有效控制，改善局部小氣候環(huán)境。比如在水泥建筑物以及道路兩側(cè)等區(qū)域種植有著較大葉面積的喬木類植物，同時與草地和灌木等搭配種植[10]。

4 結(jié)束語

城市規(guī)劃與設(shè)計角度，需要對城市建筑、綠化在溫度、濕度、風(fēng)等方面影響有充分全面分析考慮，涉及有林業(yè)等方面內(nèi)容，當(dāng)前我國國內(nèi)研究更多地集中在專題和結(jié)論方面，在建筑方面影響研究主要集中在設(shè)計領(lǐng)域，很少有氣象學(xué)方面的定量分析。城市規(guī)劃與設(shè)計改善小氣候策略方面的研究還相對較窄，缺乏足夠定量說明，需要有整體層面組織方法，未來針對這方面的研究還需要采取學(xué)科交叉研究與定量研究相結(jié)合策略，促進(jìn)城市小氣候改善。