黔東傳統(tǒng)聚落空間要素識(shí)別與氣候因子的關(guān)聯(lián)性研究

李鵬程，展長虹，靳澤明

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 建筑學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001；2.大連民族大學(xué) 建筑學(xué)院，遼寧 大連 116650)

傳統(tǒng)聚落空間是中國傳統(tǒng)文化的重要載體，是各族人民在漫長的歷史長河中，用實(shí)踐逐漸積累、進(jìn)化而形成的人類智慧，它所包含的順應(yīng)自然、尊重自然、利用自然、保護(hù)自然以及與自然和諧共處的生態(tài)觀。其中，氣候因素作為聚落空間選址布局的重要考量，蘊(yùn)含豐富的生態(tài)智慧。關(guān)于傳統(tǒng)聚落空間與氣候因子的研究，國外學(xué)者R Cantin[1]、Nicola Cardinale[2]、A S Dili[3]等分別對法國、意大利、印度等地區(qū)的典型傳統(tǒng)聚落建筑進(jìn)行氣候因子數(shù)據(jù)分析，并得出聚落建筑適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂驐l件的建筑形式、材料、構(gòu)造等方面，并進(jìn)行量化分析。國內(nèi)學(xué)者劉加平[4]、林榮波[5-6]分別對西北地區(qū)傳統(tǒng)窯洞、皖南傳統(tǒng)建筑進(jìn)行實(shí)測及模型分析，得出傳統(tǒng)建筑氣候適應(yīng)性特征。董靚[7-8]對氣候熱舒適度評價(jià)方面做了大量工作，提出了適應(yīng)溫度、濕度、風(fēng)、日照等氣候因子的評價(jià)策略。肖毅強(qiáng)[9-10]首先提出了“氣候空間”概念，并在氣候空間的研究中聚焦空間尺度問題，在定性認(rèn)知的基礎(chǔ)上，通過實(shí)測和模擬分析，對氣候空間尺度進(jìn)行定量分析。總體而言，國內(nèi)外相關(guān)研究都是從傳統(tǒng)建筑逐漸向聚落進(jìn)行轉(zhuǎn)變，研究尺度也多是微中觀層面，而總結(jié)分析傳統(tǒng)聚落選址、空間布局與氣候因素的生態(tài)智慧研究比較少。本文運(yùn)用類比歸納等方法，分析黔東傳統(tǒng)聚落選址布局的總體特征與氣候因子的關(guān)聯(lián)性，挖掘傳統(tǒng)聚落中蘊(yùn)含的生態(tài)智慧，為傳統(tǒng)聚落的保護(hù)、傳承和新農(nóng)村建設(shè)提供理論依據(jù)。

1 研究對象與研究方法

1.1 研究對象

1.1.1 研究概況

黔東地區(qū)地處云貴高原向湘西丘陵過度斜坡地帶，主要指具有“黔東門戶”美譽(yù)的貴州銅仁地區(qū)，介于東經(jīng)107°45'～109°30'、北緯27°07'～29°05'之間，西北高、東南低，境內(nèi)山地占67.8%為主要地貌，丘陵占28.3%，其他占3.9%，海波在300～1200 m之間。其中包括2區(qū)4縣以及4個(gè)自治縣，區(qū)域面積18 003 km2，氣候?qū)儆谥衼啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤氣候區(qū)，季風(fēng)氣候明顯，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠憋L(fēng)和東北風(fēng)，年平均氣溫7.6 ℃～17.6 ℃，年平均濕度76%～88%，年平均降水量1100～1400 mm，年平均風(fēng)速0.8～2.3 m·s-1，無霜期275～317 d，光照適宜、熱量豐富、降水充沛。大部分地區(qū)溫和濕潤，山間、河谷等立體氣候顯著，有“山高一丈，大不一樣”、“一山有四季，十里不同天”的氣候特征。

1.1.2 研究來源

自2012起，國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等七部委聯(lián)合組織申報(bào)、審核，入選“中國傳統(tǒng)村落名錄”，截止2019年6月，全國已公布五批次入選村落共計(jì)6 819個(gè)，其中，銅仁地區(qū)入選聚落110個(gè)，占全國入選村落1.6%，占貴州入選聚落15.2%。在全國地級(jí)市中名列前茅。本文研究黔東傳統(tǒng)聚落空間特征與氣候因素關(guān)聯(lián)性，是以銅仁地區(qū)入選名錄的110個(gè)傳統(tǒng)聚落為研究來源。黔東110個(gè)典型傳統(tǒng)聚落分布如圖1。

圖1 黔東110個(gè)典型傳統(tǒng)聚落分布(作者自繪)

1.2 研究方法

根據(jù)黔東地區(qū)的地形特征和聚落分布特點(diǎn)，通過omap三維地球衛(wèi)星影像圖對黔東110個(gè)典型傳統(tǒng)聚落地形特征、布局形態(tài)、海拔、坡向、坡度、建筑朝向進(jìn)行類比歸納分析，發(fā)掘空間布局的潛在規(guī)律，為氣候因素的分析提供空間數(shù)據(jù)和前提條件；對黔東不同地域地勢特征進(jìn)行氣候數(shù)據(jù)收集，且從風(fēng)環(huán)境、降水、溫度等氣象條件進(jìn)行區(qū)域量化數(shù)據(jù)比較分析；建立黔東傳統(tǒng)聚落空間與氣候因子及時(shí)空條件的“耦合關(guān)聯(lián)性模式”，試圖探索“全尺度、全時(shí)空”的分析方法；分析黔東山地類型空間與氣候因子的關(guān)聯(lián)性，對110個(gè)傳統(tǒng)聚落空間的微氣候因子評價(jià)及微氣候的適應(yīng)性進(jìn)行歸納闡釋。

2 黔東傳統(tǒng)聚落空間要素識(shí)別

分析黔東傳統(tǒng)聚落的地形地貌，并結(jié)合110個(gè)傳統(tǒng)聚落空間環(huán)境特征，把該地區(qū)傳統(tǒng)聚落的物理空間要素分為6大類和35小類，并逐一進(jìn)行空間要素識(shí)別和類比歸納，挖掘傳統(tǒng)聚落空間布局的生態(tài)智慧，為后續(xù)氣候視角的空間環(huán)境研究提供可靠數(shù)據(jù)支撐。本文數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來源依據(jù)omap地球衛(wèi)星影像，對黔東110個(gè)典型傳統(tǒng)聚落空間要素識(shí)別如圖2。

圖2 黔東110個(gè)典型傳統(tǒng)聚落空間要素識(shí)別(作者自繪)

2.1 地形特征

根據(jù)黔東地形地貌特征，將聚落按地處地形分為5類，經(jīng)過逐一鑒別，類比歸納，據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示如圖3。聚落地處山腰、山腳、山谷分別是30個(gè)、31個(gè)和16個(gè)，共占比70%；地處聚落丘陵25個(gè)，占比23%；地勢平坦是由臺(tái)地或山腳下較大面積平坦地貌組成有8個(gè)聚落，占比7%。在地形特征歸納中，沒有發(fā)現(xiàn)在山頂?shù)木勐洹?/p>

2.2 布局形態(tài)類型

根據(jù)對黔東聚落布局形態(tài)類型歸納，將布局形態(tài)類型分為4種如圖4。經(jīng)統(tǒng)計(jì)山地聚落布局91%都是沿等高線布局，其中，集中型聚落70個(gè)，分散組團(tuán)型聚落30個(gè)。當(dāng)?shù)匦翁卣髭呌谄教够蛱幱诠鹊讜r(shí)，9%聚落布局形態(tài)按非等高線布局。

圖3 聚落地形特征統(tǒng)計(jì)

圖4 聚落布局形態(tài)統(tǒng)計(jì)

2.3 聚落海拔

根據(jù)對110個(gè)黔東聚落海拔特征歸納，海拔在239～1199 m之間，平均海拔700 m左右。據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示如圖5。傳統(tǒng)聚落主要集中在300～1000 m的海拔范圍內(nèi)，占比92.7%。其中，占比最大是500～700 m共有聚落43個(gè)。海拔大于1000 m的聚落有7個(gè)，坪所村為最高1 189 m，小于300 m的聚落有1個(gè)，克蘭寨村為最低255m，根據(jù)黔東山地分布情況分析，傳統(tǒng)聚落海波分布完全符合地域海拔特征，以及基本符合地域海拔分布。

2.4 聚落坡度變化

以110個(gè)黔東聚落為典型代表的研究對象，據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示如圖6，坡度在0°～28°之間。大部分聚落分布在0°～20°范圍內(nèi)，占比97.2%，處于20°以上3個(gè)傳統(tǒng)聚落分別是漆樹坪村、茶園村、巖阡頭村，其中，茶樹園坡度最大28°。

2.5 聚落坡向

由于黔東地處山地向丘陵過度地帶，地貌復(fù)雜多樣，山脈丘陵紛繁交錯(cuò)，坡向規(guī)律性不明顯。據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示如圖7。坡向單一的聚落86個(gè)，占比78.2%，2及以上坡向聚落24個(gè)，占比21.8%，其中東南坡向最多16個(gè)，東北坡向只有渠溝村1個(gè)。

2.6 聚落建筑朝向

山地地形中坡向是決定建筑朝向最重要的依據(jù)，“適應(yīng)地勢，依山而建，背山面水”就是對聚落建筑朝向界定，根據(jù)對建筑朝向統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示如圖8。聚落建筑2個(gè)及以上朝向有24個(gè)，占比21.8%。聚落建筑超出80%以上界定為單一朝向，其中，東南朝向最多，有25個(gè)，北朝向最少，有3個(gè)。

圖5 坡度分布統(tǒng)計(jì)

圖6 海拔分布統(tǒng)計(jì)

圖7 坡向分布統(tǒng)計(jì)

圖8 建筑朝向統(tǒng)計(jì)

3 黔東山地氣候特征

3.1 黔東山區(qū)風(fēng)環(huán)境分析

首先，黔東地處東亞季風(fēng)區(qū)內(nèi)，具有明顯的季節(jié)變換，季風(fēng)氣候明顯，冬季盛行偏北風(fēng)和東北風(fēng)，夏季盛行南風(fēng)和西南風(fēng)，春秋兩季不如冬夏風(fēng)向穩(wěn)定規(guī)律，但偏北風(fēng)和東北風(fēng)天數(shù)最多。由于黔東山區(qū)海拔變化比較大，下墊層比較復(fù)雜，由于太陽輻射照射不均勻和高程差形成溫度不同，從而引起壓力差產(chǎn)生的風(fēng)。熱循環(huán)系統(tǒng)、伯努利效應(yīng)、繞流效應(yīng)、啞口效應(yīng)、峽谷風(fēng)效應(yīng)等，使得黔東山地風(fēng)環(huán)境變得格外復(fù)雜多變。其次，黔東地區(qū)以梵凈山為主峰的武陵山脈，自北向南貫穿銅仁中部，位于印江、松桃、江口三縣交匯處，東西兩側(cè)形成不同的風(fēng)環(huán)境，從而帶來不同的溫度差和降水量。

3.2 黔東山區(qū)降水分析

黔東地區(qū)降水受中亞熱帶季風(fēng)濕熱氣候和武陵山脈影響，年降水量相對穩(wěn)定，以武陵山脈為例，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)及文獻(xiàn)資料，分析不同坡向?qū)邓挠绊?。東側(cè)為松桃縣、江口縣年平均降水1 300 mm，西側(cè)為沿河縣、思南縣、印江縣年降水1 100 mm，由此可見，山體兩側(cè)降水差異顯著，東坡和東北坡處于南來暖風(fēng)濕潤氣流迎風(fēng)面，龐大的山體對北上氣流起阻擋作用，從而上升成云，最終形成降水。當(dāng)部分氣流翻過山脈，下沉增溫，形成降水，且水量逐漸減少，且東坡比西坡降水量多平均15%左右。通過對單坡向降水分析，迎風(fēng)坡降水山腳逐漸增多，越到山頂減少趨勢，背風(fēng)坡隨著海拔降低逐漸增多，但山區(qū)山脈縱橫，地勢復(fù)雜，成雨原因眾多，理論情況常常被打破。黔東地區(qū)武陵山脈不同坡向降水量見表1。

表1 黔東地區(qū)武陵山脈不同坡向降水量(數(shù)據(jù)來中國氣象網(wǎng)) mm

3.3 黔東山區(qū)溫度分析

黔東山地溫度變化從兩方面進(jìn)行分析，一是海拔高度影響，二是坡向影響。根據(jù)該地區(qū)氣象數(shù)據(jù)分析和文獻(xiàn)資料分析，武陵山脈東側(cè)常受到北方氣流影響，山脈又起到阻隔作用，根據(jù)數(shù)據(jù)分析顯示，東側(cè)迎風(fēng)坡年平均溫度低于西側(cè)背風(fēng)坡平均1.5 ℃。根據(jù)海拔數(shù)據(jù)分析，該地區(qū)海波每升高100 m，溫度平均降低0.53 ℃。黔東地區(qū)武陵山脈不同坡向溫度和主峰不同海拔、溫度變化情況分別見表2～3。

表2 黔東地區(qū)武陵山脈不同坡向溫度(數(shù)據(jù)來中國氣象網(wǎng)) ℃

表3 黔東地區(qū)武陵山脈主峰梵凈山不同海波與季節(jié)溫度(數(shù)據(jù)來中國氣象網(wǎng)匯總)

3.4 黔東山區(qū)日照分析

黔東地區(qū)受山地及中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候類型影響，陰雨天氣較多，年日照時(shí)數(shù)在1 084.7～1 323.6 h之間，日平均日照在2.9～3.6 h之間，年總輻射為329～370 kJ·cm-2之間，明顯低于華北平原、長江中下游，以及貴州其他地區(qū)，均處于貴州省日照和年輻射量較低區(qū)間。

4 空間要素識(shí)別與氣候特征關(guān)聯(lián)性分析

傳統(tǒng)聚落空間特征受眾多因素的影響，氣候因素是重要方面之一，本文將聚落空間分為聚落選址、聚落布局、建筑形式、材料構(gòu)造，與氣候主要影響因子溫度、日照、風(fēng)、濕度進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析如圖9。同時(shí)，建立“耦合關(guān)聯(lián)性模型”，試圖用“全尺度、全時(shí)空”的模型探索聚落空間與氣候因子的適應(yīng)關(guān)聯(lián)。

圖9 傳統(tǒng)聚落氣候適應(yīng)性示意圖

4.1 建立“耦合關(guān)聯(lián)性模式”分析方法

黔東山地傳統(tǒng)聚落空間微氣候因素分析為：宏觀聚落空間尺度、中觀建筑空間尺度、微觀材料構(gòu)造尺度。不同空間尺度的氣候因素形成相對客觀的微氣候適應(yīng)環(huán)境。以聚落空間的氣候適應(yīng)性為X向量，材料構(gòu)造的氣候適應(yīng)性為Y向量，建筑空間的適應(yīng)性為Z向量，MXY、MXZ、MYZ點(diǎn)分別代表不同尺度空間氣候適應(yīng)性的耦合關(guān)聯(lián)，從而建立全尺度空間氣候適應(yīng)性耦合關(guān)聯(lián)NXYZ如圖10。其中，對角線0N向量為全尺度空間氣候適應(yīng)性的集合如圖11。不同地形特征的氣候適應(yīng)性分別用NXYZ-1、NXYZ-2、NXYZ-3……，并且相同地形特征的不同季節(jié)，即，春、夏、秋、冬、氣候適應(yīng)性情況也表現(xiàn)差異如圖12。

傳統(tǒng)聚落氣候適應(yīng)性應(yīng)該充分考慮四季的氣候條件，人體熱舒適度作為過程評價(jià)的重要指標(biāo)，進(jìn)而影響聚落的空間特征。并且空間特征表現(xiàn)出來的是全季節(jié)人體熱舒適度綜合評價(jià)，因此，傳統(tǒng)聚落在選址過程中考慮往往是一個(gè)季節(jié)的氣候優(yōu)化空間條件，可能會(huì)忽略其他季節(jié)，但在聚落組織布局、建筑形式、材料構(gòu)造發(fā)展過程中，全尺度空間逐漸適應(yīng)氣候環(huán)境，形成相對優(yōu)化的人體熱舒適性，因此，傳統(tǒng)聚落氣候適宜性是全尺度、多因素等較為復(fù)雜的耦合結(jié)果。

圖11 傳統(tǒng)聚落不同空間尺度氣候適應(yīng)性關(guān)聯(lián)

圖12 不同空間要素識(shí)別的微氣候適應(yīng)性優(yōu)化示意圖

4.2 黔東傳統(tǒng)聚落微氣候適應(yīng)性分析

黔東山地傳統(tǒng)聚落空間特征與主要微氣候因素(溫度、濕度、日照、風(fēng)環(huán)境)關(guān)系。介于黔東山地特征復(fù)雜多變，不同地勢存在高、中、低位。因而將地勢與主要?dú)夂蛞蛩剡M(jìn)行分析見表4。同時(shí)，根據(jù)地形特征與氣候因子關(guān)聯(lián)，對黔東山地110個(gè)傳統(tǒng)聚落空間的進(jìn)行類比歸納，將聚落空間分為：平地開敞型、山腰依靠型、山腳坡地型、山谷谷底型、丘陵多變型，且與氣候因子及微氣候特征關(guān)聯(lián)分析見表5。

表4 黔東地區(qū)山地微氣候特征分析

5 結(jié) 論

通過對黔東典型傳統(tǒng)聚落空間要素識(shí)別，氣候環(huán)境特征分析，以及氣候視角的生態(tài)智慧挖掘，研究結(jié)果顯示：(1)不同空間地形特征的氣候環(huán)境差異性較大，聚落空間適應(yīng)氣候特征是對溫度、濕度、日照、風(fēng)等氣候因子的綜合評價(jià)。(2)同一聚落不同尺度空間對氣候適應(yīng)性反映出的優(yōu)化程度也不盡相同，傳統(tǒng)聚落空間氣候適應(yīng)性是全尺度綜合分析后的相對優(yōu)化適應(yīng)性的體現(xiàn)。(3)傳統(tǒng)聚落空間氣候適應(yīng)性在不同季節(jié)的適應(yīng)程度不同，有的傳統(tǒng)聚落空間更適應(yīng)黔東地區(qū)冬季濕冷氣候特征，例如，背風(fēng)坡山谷。有的聚落空間更適應(yīng)黔東地區(qū)夏季悶熱氣候特征，例如，迎風(fēng)坡山腰。因此，評價(jià)該地區(qū)傳統(tǒng)聚落空間氣候適應(yīng)性應(yīng)從不同季節(jié)熱舒適度環(huán)境綜合考量。

在課題研究過程中，也存在一些問題：(1)不同空間尺度上的氣候適應(yīng)性不同，傳統(tǒng)聚落空間氣候適應(yīng)性是全尺度綜合評價(jià)，目前研究中全尺度綜合評價(jià)體系還沒有健全。(2)同一聚落空間不同季節(jié)的氣候適應(yīng)性程度不相同，評價(jià)傳統(tǒng)聚落空間氣候適應(yīng)性是不同季節(jié)的綜合反映，在聚落全尺度空間和四季氣候適應(yīng)性的分析模式有待進(jìn)一步完善。

表5 黔東山地傳統(tǒng)聚落空間類型特征的微氣候環(huán)境