基于CiteSpace的城市微氣候研究進(jìn)展

文/沈陽(yáng)建筑大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院 李晨熙

0 引言

城市微氣候與人們生活息息相關(guān)。微觀尺度的微氣候研究對(duì)城市環(huán)境與居民日常生活造成較大影響。街區(qū)空間屬性和空間形態(tài)是影響城市微氣候要素（風(fēng)速、濕度、熱度、空氣污染物濃度等）的重要因子。本文梳理相關(guān)文獻(xiàn)，總結(jié)現(xiàn)狀及熱點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，對(duì)該領(lǐng)域提出新的研究展望。

1 數(shù)據(jù)獲取

當(dāng)前，我國(guó)已進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，需結(jié)合自身實(shí)際情況對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和有效提取，形成可視化展示與分析，這種研究手段稱為知識(shí)圖譜分析。由陳悅等[1]開發(fā)的CiteSpace軟件是較成熟且廣泛使用的知識(shí)圖譜分析軟件。該軟件基于java程序開發(fā)的可視化分析軟件，展示可視化網(wǎng)絡(luò)中的趨勢(shì)和關(guān)鍵點(diǎn)。

本文基于微觀尺度城市微氣候研究的中文文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，運(yùn)用CiteSpace5.7.R5軟件進(jìn)行可視化分析，探究研究趨勢(shì)與研究熱詞，為相關(guān)研究提供參考。在中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）上分別以“微氣候、微環(huán)境”為主題詞，以“街區(qū)、街道、街谷、居住區(qū)、住宅、小區(qū)”等關(guān)鍵詞進(jìn)行模糊檢索，檢索類型為中文，在學(xué)科類型中設(shè)置建筑科學(xué)與工程、氣象學(xué)、環(huán)境科學(xué)與資源利用，再對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行反復(fù)篩選與合并，得到237篇學(xué)術(shù)期刊，293篇碩博學(xué)位論文，32篇會(huì)議論文，共562篇文獻(xiàn)資料。在CNKI上將文獻(xiàn)導(dǎo)出為RefWorks格式的數(shù)據(jù)，再導(dǎo)入CiteSpace5.7.R5軟件，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行分析。

2 國(guó)內(nèi)微觀尺度城市微氣候研究歷程與熱點(diǎn)

2.1 研究歷程

我國(guó)關(guān)于微觀尺度微氣候方面的研究起步較晚，1981年顧寶和[2]發(fā)表《住宅與長(zhǎng)壽》一文中提到影響室內(nèi)微小氣候的因素及如何調(diào)節(jié)室內(nèi)微小氣候來(lái)增加人體舒適性。柳孝圖等[3]在1997年發(fā)表的《城市熱環(huán)境及其微熱環(huán)境的改善》一文，以多市氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析影響城市熱環(huán)境因子及各因子變化，介紹城市規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)對(duì)改善城市區(qū)域微熱環(huán)境的作用。如表1所示，我國(guó)在微觀尺度城市微氣候的研究時(shí)間較短，但發(fā)展迅速，研究手段與方法相對(duì)成熟，不同時(shí)期的研究領(lǐng)域和研究方法不同，將理論研究成果轉(zhuǎn)化為建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用研究有待深化。

表1 我國(guó)微觀尺度城市微氣候的研究歷程

2.2 研究熱點(diǎn)

基于CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)，在傳統(tǒng)文獻(xiàn)基礎(chǔ)上結(jié)合CiteSpace軟件對(duì)微觀尺度城市微氣候的研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，梳理該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。根據(jù)文獻(xiàn)圖譜顯示，出現(xiàn)頻次較高的關(guān)鍵詞依次是微氣候、數(shù)值模擬、ENVI-met、居住區(qū)、熱環(huán)境、小氣候。可見在微觀尺度城市微氣候的大背景下形成幾個(gè)研究小類，一定程度上反映國(guó)內(nèi)相關(guān)研究的主要知識(shí)基礎(chǔ)（見圖1）。以下著重從小氣候、數(shù)值模擬、氣候適應(yīng)性等方面進(jìn)行分析。

1微觀尺度城市微氣候關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

1）小氣候 隨著城市化不斷發(fā)展，城市問(wèn)題激增，人們需要適宜的環(huán)境。傅抱璞[4]最早關(guān)注微氣候，其將microclimate譯為“小氣候”，指因局部因素影響，在近地面大氣層中個(gè)別地方形成與本地區(qū)一般氣候特征完全不同的微型氣候環(huán)境。他認(rèn)為microclimate還包含“微氣候”“局地氣候”等含義，因此可統(tǒng)稱為“小氣候”?？梢姟靶夂颉焙汀拔夂颉备拍畲笾孪嗤?，均指小范圍區(qū)域內(nèi)近地表空間的氣候狀況，區(qū)別于大、中氣候及地區(qū)氣候等概念。

2）數(shù)值模擬 CFD模擬又稱計(jì)算流體力學(xué)，是流體力學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)相互融合的新興交叉學(xué)科，其從計(jì)算方法出發(fā)，利用計(jì)算機(jī)快速計(jì)算得到流體控制方程的近似解。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，其在建筑環(huán)境工程領(lǐng)域已進(jìn)入實(shí)用階段。ENVI-met是城市微氣候仿真軟件，通過(guò)對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，可準(zhǔn)確快捷得到模擬的微氣候數(shù)值。方小山等[5]用ENVI-met模擬模型對(duì)嶺南順德清暉園進(jìn)行校驗(yàn)研究，得出ENVI-met軟件可用于模擬濕熱氣候下通風(fēng)效果的量化分析，提出通風(fēng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)、適宜尺度等，為當(dāng)代嶺南庭園的設(shè)計(jì)提供參考。

3）氣候適應(yīng)性 指在充分考慮氣候環(huán)境條件下，通過(guò)設(shè)計(jì)改造使其適應(yīng)氣候條件，改善城市空間環(huán)境質(zhì)量，減少氣候?qū)θ司迎h(huán)境產(chǎn)生的不利影響，改善人體舒適度。如表2所示，利用CiteSpace軟件對(duì)近20年的關(guān)鍵詞進(jìn)行突現(xiàn)分析，關(guān)鍵詞突現(xiàn)強(qiáng)度代表受關(guān)注程度，將突現(xiàn)單位時(shí)間設(shè)置為2年，可得到17個(gè)關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)。分析表明，ENVI-met的突現(xiàn)度高達(dá)6.79。分析該領(lǐng)域在不同時(shí)間段的研究主題及關(guān)聯(lián)，得出演化脈絡(luò)，為今后的研究創(chuàng)造更多可能。

表2 2000年后網(wǎng)絡(luò)主要突現(xiàn)關(guān)鍵詞

3 研究方法

目前，我國(guó)微觀尺度城市微氣候研究手段主要包括場(chǎng)地實(shí)測(cè)、數(shù)值模擬、問(wèn)卷調(diào)研、經(jīng)驗(yàn)算法、評(píng)估模型及行為感知等（見表3）。

表3 我國(guó)微觀尺度城市微氣候研究方法

4 優(yōu)化途徑

空間形態(tài)、建筑形態(tài)、自然景觀等要素是影響微觀尺度城市微氣候的重要因子。通過(guò)人為改變空間得熱、散熱能力，微觀尺度指標(biāo)及形態(tài)參數(shù)等手段，優(yōu)化和調(diào)節(jié)微觀尺度城市微氣候（見表4）。

表4 我國(guó)微觀尺度城市微氣候改善途徑

5 結(jié)語(yǔ)

綜合利用文獻(xiàn)計(jì)量法、信息可視化等方法對(duì)我國(guó)微觀尺度城市微氣候的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出以下結(jié)論。

1）針對(duì)微觀尺度微氣候的研究正逐步被關(guān)注，年發(fā)文量逐年增長(zhǎng)，研究熱度持續(xù)增高。隨著研究的不斷深入和復(fù)雜化，多學(xué)科交叉性的科研合作趨勢(shì)正逐漸加強(qiáng)。

2）近20年研究核心關(guān)鍵詞主要為微氣候、風(fēng)環(huán)境、熱環(huán)境、數(shù)值模擬、舒適度等，2016年至今，我國(guó)微觀尺度城市微氣候的核心問(wèn)題開始向數(shù)值模擬、城市空間形態(tài)、舒適度、風(fēng)環(huán)境、熱環(huán)境等關(guān)鍵詞聚集。研究趨勢(shì)為利用數(shù)值模擬技術(shù)的持續(xù)研究、利用學(xué)術(shù)研究成果與設(shè)計(jì)實(shí)踐相互促進(jìn)的研究，以及微氣候與微觀尺度形態(tài)參數(shù)之間的研究。

3）比較各種方法的差異性與優(yōu)缺點(diǎn)，早期研究以實(shí)測(cè)為主要方法，隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展及ENVI-met數(shù)值模擬技術(shù)的廣泛使用，綜合考慮綠化、水體、風(fēng)熱等因素，模擬軟件可使微觀尺度城市微氣候的研究更全面。

本文以時(shí)間為序，基于不同時(shí)期、空間、類型的研究對(duì)象與研究?jī)?nèi)容進(jìn)行分類，并根據(jù)不同角度的改善途徑總結(jié)微觀尺度城市微氣候的優(yōu)化方法，為今后建設(shè)理想人居環(huán)境提供指導(dǎo)。