基于共詞聚類分析法的國內(nèi)外微氣候研究前沿對比及啟示

何玲睿 潘 瑞* 黃應(yīng)蓉

氣候是指某一地區(qū)多年間（30年以上）大氣的一般狀態(tài)及其變化特征，反映了平均狀態(tài)和極端狀態(tài)，是多年來天氣現(xiàn)象的綜合[1-2]。按氣象學(xué)家Barry[1]的氣候空間尺度分級標(biāo)準(zhǔn)，將氣候分為全球性風(fēng)帶氣候、地區(qū)性大氣候、局地氣候和微氣候，微氣候特性空間尺度為水平范圍約0.1 km、垂直范圍約0.1 km，時間范圍24 h。有關(guān)風(fēng)景園林微氣候的研究近年來逐漸引起學(xué)界重視，已成為風(fēng)景園林的研究熱點之一，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為地形、水、植物群落和建筑布局等風(fēng)景園林要素對場地微氣候營造起著至關(guān)重要的作用。通過辨析國內(nèi)外微氣候研究的核心前沿，思考國內(nèi)相關(guān)研究中的不足，結(jié)合國內(nèi)城市發(fā)展的需要提出相關(guān)理論研究的發(fā)展方向，對于塑造良好的場地微氣候環(huán)境，提升城市人居環(huán)境品質(zhì)具有一定的理論與現(xiàn)實意義。

1. 國內(nèi)外引文分布年份

2. 國內(nèi)高頻關(guān)鍵詞共詞聚類樹狀圖

3. 國外高頻關(guān)鍵詞共詞聚類樹狀圖

共詞分析法（co-word analysis）是一種相對客觀的文獻(xiàn)計量學(xué)方法，最早在20世紀(jì)70年代中后期由法國文獻(xiàn)計量學(xué)家提出[3]。共詞聚類分析法是指詞對在同一篇文獻(xiàn)出現(xiàn)的頻率，反映詞對之間的密切程度，在由詞對共現(xiàn)所構(gòu)成的主題詞關(guān)系網(wǎng)絡(luò)中，一個與多個相關(guān)主題形成一個三維的關(guān)系網(wǎng)，對共詞關(guān)系網(wǎng)絡(luò)中的詞與詞之間的距離進(jìn)行數(shù)學(xué)運算分析，將距離較近的主題詞聚集起來，形成多個概念相對獨立的類團，使得類團內(nèi)屬性相似性最大，類團間屬性相似性最小[4]。本文采用共詞聚類分析法[5]獲得國內(nèi)外微氣候研究核心前沿，并對其發(fā)展趨勢進(jìn)行展望，以期拓展國內(nèi)相關(guān)研究思路。

1 文獻(xiàn)計量分析

利用CNKI、Web of Science數(shù)據(jù)庫對目標(biāo)中英文關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索（檢索日期為2019年11月28日），設(shè)定中文檢索詞為微氣候、小氣候，英文檢索詞為microclimate，國內(nèi)外均選用近10年文獻(xiàn)（2010年1月1日～2019年11月28日）。剔除檢索結(jié)果中標(biāo)題、關(guān)鍵詞、摘要與微氣候研究無關(guān)的文獻(xiàn)，將中國學(xué)者獨立完成的研究納入中文文獻(xiàn)，最終得到中文文獻(xiàn)283篇，英文文獻(xiàn)240篇（圖1）。

對文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵詞提取處理，利用詞頻統(tǒng)計軟件Rost（英文采用詞組統(tǒng)計模式）對關(guān)鍵詞進(jìn)行詞頻統(tǒng)計。在處理過程中，剔除統(tǒng)計結(jié)果中的地名、檢索詞及無用詞組，合并近義詞，將結(jié)果中詞頻大于等于5的關(guān)鍵詞定為高頻關(guān)鍵詞（表1），獲得中文高頻詞詞頻345次，占中文總詞頻的68.23%；英文高頻詞詞頻307次，占英文總詞頻70.69%，均大于50%，具有代表性。

2 聚類分析

將上述中英文高頻詞導(dǎo)入EXCEL軟件分別獲得中英文高頻詞共詞矩陣，將共詞矩陣導(dǎo)入SPSS統(tǒng)計分析軟件獲得斯皮爾曼相關(guān)矩陣，用1減去矩陣中的各數(shù)據(jù)，得到中英文高頻關(guān)鍵詞相異矩陣，最后利用SPSS分別獲得中英文高頻關(guān)鍵詞聚類分析結(jié)果（圖2、圖3），其中縱坐標(biāo)次序代表主題詞間的親疏關(guān)系，其判讀原理是在明確各小類含義基礎(chǔ)上，通過疊加、梳理同類主題詞進(jìn)而豐富相關(guān)內(nèi)容。中文關(guān)鍵詞以相對距離為15進(jìn)行聚類劃分，獲得當(dāng)前國內(nèi)研究重點為：氣候適應(yīng)型、城市規(guī)劃布局、植物、城市熱島效應(yīng)研究；英文關(guān)鍵詞以相對距離為13進(jìn)行劃分，獲得當(dāng)前國外研究重點為：風(fēng)景園林要素模擬研究、城市熱島效應(yīng)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、熱舒適評價體系。

2.1 國內(nèi)研究重點

在獲得的中文文獻(xiàn)中，氣候適應(yīng)型相關(guān)主題研究文獻(xiàn)55篇，城市規(guī)劃布局相關(guān)主題研究文獻(xiàn)117篇，植物相關(guān)主題研究文獻(xiàn)62篇，城市熱島效應(yīng)相關(guān)主題研究文獻(xiàn)87篇，能夠涵蓋中文文獻(xiàn)研究的核心主題。

表1 國內(nèi)外研究高頻關(guān)鍵詞詞頻

（1）氣候適應(yīng)型。氣候適應(yīng)型城市以減少氣候變化災(zāi)害風(fēng)險為基礎(chǔ)，通過城市規(guī)劃、建設(shè)管理等措施提高城市恢復(fù)能力、城市生活環(huán)境和城市可持續(xù)發(fā)展水平[6]。基于當(dāng)下城市內(nèi)部呈現(xiàn)出的不均衡性，學(xué)者提出應(yīng)明確城市區(qū)域功能，均衡發(fā)展，將生態(tài)環(huán)境、社會人文環(huán)境貼合于城市發(fā)展模式，完善氣候適應(yīng)型規(guī)劃，促進(jìn)區(qū)域人口和產(chǎn)業(yè)配置與氣候容量相適宜[6-7]。

（2）城市規(guī)劃布局。不同氣候環(huán)境、地理位置塑造出城市的基本氣候條件，城市建筑、水體、綠地等城市形態(tài)與相對位置營造出差異化的微氣候環(huán)境[8-9]。研究者通過對各構(gòu)成形態(tài)要素參數(shù)變化組合，以微氣候要素或熱舒適感受作為直接評價指標(biāo)，獲得各地區(qū)城市微氣候營造的最佳效益值范圍。

（3）植物。研究證實植物是場地微氣候調(diào)節(jié)作用最明顯的因素之一[10]，植物通過遮蔽長短波輻射和蒸騰作用達(dá)到降溫增濕效果，植物對場地微氣候調(diào)節(jié)作用取決于植物群落的綠量、物種結(jié)構(gòu)豐富度、形態(tài)、布局、尺度等要素[11-13]。研究表明樹木的冠層特征即葉面積指數(shù)和冠層蓋度對群落的微氣候調(diào)節(jié)作用最為明顯[14]，植物群落對于溫濕度調(diào)控能力主要來自喬木樹種[13]。

本文以“產(chǎn)教融合”為切入點，不僅要系統(tǒng)化地構(gòu)建校內(nèi)會計學(xué)專業(yè)實踐能力培養(yǎng)體系，還要為學(xué)生會計崗位的勝任力打下基礎(chǔ)。采用操作前預(yù)習(xí)和示范，操作過程實時監(jiān)控，操作完成后總結(jié)、評價和分析，確實提高高校本科生會計崗位的職業(yè)素質(zhì)，達(dá)到企業(yè)和社會需求。

（4）城市熱島效應(yīng)。研究表明，熱島效應(yīng)形成的原因有城市下墊面性質(zhì)的改變、人為活動、城市規(guī)模、形狀[15]、天氣條件[16]等，植被覆蓋率也是城市熱島效應(yīng)形成、演變的主要因素。研究者通過觀測（外場試驗和遙感技術(shù)）[17]、數(shù)值模擬[18-19]、實驗室仿真法分析并總結(jié)出熱島環(huán)流的時空特征[20]、產(chǎn)生機制[21-22]以及熱島環(huán)流與其他局地環(huán)流的相互作用[23-24]，提出緩解城市熱島效應(yīng)應(yīng)當(dāng)調(diào)整土地利用格局，加強城市生態(tài)建設(shè)[25]。

2.2 國外研究重點

在獲得的英文文獻(xiàn)中，風(fēng)景園林要素數(shù)值模擬相關(guān)主題研究文獻(xiàn)54篇，城市熱島效應(yīng)相關(guān)主題研究文獻(xiàn)57篇，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)主題研究文獻(xiàn)69篇，熱舒適評價體系相關(guān)主題研究文獻(xiàn)63篇，能夠涵蓋英文文獻(xiàn)研究的核心主題。

（1）風(fēng)景園林要素數(shù)值模擬。隨著計算機與各學(xué)科領(lǐng)域交叉研究的發(fā)展，數(shù)值模擬在城市微氣候研究中得到較多應(yīng)用。研究者應(yīng)用計算流體力學(xué)[26-27]（computational fluid dynamics）模型軟件如Fluent、PHOENICS、LES（large eddy simulation）、城市微氣候模擬軟件ENVI-met[28-29]等，對不同國家地區(qū)城市中的建筑、植被、水環(huán)境等多種要素進(jìn)行模擬研究，用以評估城市建設(shè)環(huán)境微氣候效益，并認(rèn)為對未來城市規(guī)劃具有前瞻性預(yù)判效果。

（2）城市熱島效應(yīng)。綠色基礎(chǔ)設(shè)施[30-32]、藍(lán)色基礎(chǔ)設(shè)施[33-34]、城市幾何[35]、天空可視因子[36]等因素均可影響城市熱島強度。研究表明，并非越大的植被覆蓋率對城市熱島緩解效果越好，水體對于城市熱島緩解效果受季節(jié)影響：環(huán)境溫度越高，冷卻效果越好，河流水溫、太陽輻射、風(fēng)速和相對濕度之間也存在季節(jié)性的依賴關(guān)系；城市形態(tài)也會影響水體冷卻距離[34]。在同一緯度的城市中，城市熱島強度隨著城市峽谷的高寬比（H/W）的增大而增大[35]。

（3）生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。屋頂綠化、垂直綠化、城市森林等綠色基礎(chǔ)設(shè)施為城市提供多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，包括雨水管理、城市熱島效應(yīng)控制、空氣和水質(zhì)改善等。屋頂綠化、城市森林和多孔濕潤材料可以使城市生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)氣候變化[37]，垂直綠化系統(tǒng)有助于塑造城市韌性，實現(xiàn)建筑可持續(xù)化發(fā)展[38]。

（4）熱舒適評價體系。在過去的一個世紀(jì)中，已有多種室外熱舒適預(yù)測指標(biāo)用于模擬人體熱感知，如：預(yù)測平均投票數(shù)（PMV）、生理等效溫度（PET）、標(biāo)準(zhǔn)有效溫度（SET）[39]、通用熱氣候指數(shù)（UTCI）等，其中生理等效溫度，預(yù)測平均投票數(shù)和通用熱氣候指數(shù)應(yīng)用最廣泛。生理等效溫度（PET，Physiological Equivalent Temperature）[40]是在慕尼黑人體熱量平衡模型（MEMI，Munich Energy Balance Model for Individuals）基礎(chǔ)上推導(dǎo)出的熱指標(biāo)，其定義為在典型的室內(nèi)環(huán)境下，人體的熱量收支與要評估的復(fù)雜室外條件下相同的核心溫度和皮膚溫度達(dá)到平衡的空氣溫度。Fanger[41]根據(jù)美國和丹麥的1396名受訪者的熱感投票結(jié)果，通過回歸分析，給出了一個迄今為止廣泛使用的舒適溫度指數(shù)——預(yù)測平均投票數(shù)（PMV，Predicted Mean Vote），以反映大多數(shù)人在相同環(huán)境下的冷熱感覺。來自23個國家的45位科學(xué)家的合作行動，將生理學(xué)、醫(yī)學(xué)、數(shù)學(xué)、氣象學(xué)等重要的學(xué)科領(lǐng)域與計算機科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，共同建立了一個基于多結(jié)點模型的通用熱氣候指數(shù)（UTCI，Universal Thermal Climate Index）[42]，該模型將人體熱活動分為具有熱調(diào)節(jié)的主動系統(tǒng)和體內(nèi)傳熱功能的被動系統(tǒng)。主動系統(tǒng)的作用是模擬人體新陳代謝、皮膚血液流動減弱（收縮）、增強（血管擴張）、出汗、顫抖等；被動系統(tǒng)需要考慮人體不同部位的表皮、真皮、骨骼、肌肉等成分差異，模擬血液循環(huán)、新陳代謝、熱傳遞、積累的過程，在此過程中包含表面對流、長短波熱輻射、表面近淺層皮膚蒸發(fā)、呼吸等因素。

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

中國微氣候研究經(jīng)過十?dāng)?shù)年的發(fā)展取得了不俗的成績，近十年更是微氣候研究的大勢之年，無論從技術(shù)手段或是研究深度都取得了豐碩的成果，但是對比分析國內(nèi)外在研究主題、方法、深度、廣度上的差異（表2），發(fā)現(xiàn)與國外研究相較，國內(nèi)研究仍有較大的進(jìn)步空間。國外研究尺度多以城市為單位進(jìn)行，注重空間內(nèi)部與外部的整體性探索，且研究方法成熟多樣，重視實驗室內(nèi)外的結(jié)合，有大量的實地數(shù)據(jù)支撐，研究內(nèi)容廣泛。國內(nèi)研究涉獵面較廣，但是在研究內(nèi)容方面仍有一定的滯后性，且拘泥于小場地及其內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)、要素的研究，缺乏對于場地外部條件和以城市作為研究對象的深入探索，造成研究結(jié)果分散，重復(fù)且不成系統(tǒng)。國內(nèi)對計算機模擬軟件的應(yīng)用使得對微氣候影響要素的考量變得更加全面，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，但沒有形成一個通用的系統(tǒng)性改善舉措，對城市社會人文環(huán)境與生態(tài)環(huán)境的協(xié)同發(fā)展研究、以人為本的環(huán)境提升舉措和城市生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)注度不足，缺乏符合中國國情的城市生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)舉措。

3.2 發(fā)展趨勢

針對中國微氣候研究現(xiàn)狀及與國際研究的差異比較，結(jié)合中國城市發(fā)展的整體背景，未來國內(nèi)微氣候研究可從以下三個方面深入：

3.2.1 促進(jìn)城市微氣候的整體性、聯(lián)通性研究

隨世界城市的發(fā)展，城市發(fā)展模式面臨轉(zhuǎn)型，在此形勢下，城市生態(tài)環(huán)境效益愈發(fā)受到重視，城市熱島效應(yīng)的危害已不勝枚舉，將城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)融入城市經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展，促進(jìn)大中小尺度的城市微環(huán)境研究。將城市區(qū)位規(guī)劃、功能布置、藍(lán)綠色基礎(chǔ)設(shè)施營造、微小環(huán)境建設(shè)等方面多層次融合發(fā)展，以政府為主導(dǎo)，多主體共同參與，推進(jìn)不同空間區(qū)域協(xié)同發(fā)展，提升城市綜合適應(yīng)能力，建設(shè)經(jīng)濟、社會、生態(tài)綜合發(fā)展的新型城市。

3.2.2 打造人與生態(tài)和諧一體的健康城市景觀

營造舒適的微氣候環(huán)境不僅體現(xiàn)人性化設(shè)計，也能降低能耗，為使用者提供自然、安全的空間環(huán)境。近年來健康景觀被多次提及，優(yōu)秀的場地微環(huán)境可以遏制犯罪的發(fā)生，鼓勵公眾之間的友好交流，增強公眾的信任感，所以，未來在提供場地服務(wù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)重點探討城市在公眾健康等關(guān)乎人居環(huán)境水平領(lǐng)域的研究，優(yōu)化城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，加強城市可持續(xù)發(fā)展中的生態(tài)建設(shè)，打造城市健康景觀、完善城市生態(tài)體系結(jié)構(gòu)。

表2 國內(nèi)外微氣候研究特征對比

3.2.3 推動多學(xué)科融合的研究方法

多學(xué)科融合可以促進(jìn)對研究問題的創(chuàng)新，為后續(xù)研究開拓思路。隨著城市發(fā)展模式的復(fù)雜化以及居民生活需求層次的提升，拘泥于現(xiàn)有的研究理論與方法已不能滿足當(dāng)下城市發(fā)展的需要，綜合多學(xué)科研究方法可以推動現(xiàn)有研究達(dá)到更高的水平。例如微氣候研究與氣象學(xué)、植物學(xué)、地理學(xué)、生態(tài)學(xué)、園林規(guī)劃設(shè)計學(xué)、心理學(xué)、計算機學(xué)等學(xué)科協(xié)作，提升研究結(jié)果的具體化應(yīng)用程度。