齊 羚 馬梓烜 郭雨萌 劉加根 宋志生

1 研究背景

1.1 研究意義與課題緣起

傳統(tǒng)村落保護(hù)的一項(xiàng)工作重點(diǎn)是村落最基本的天人合一的山水格局。對(duì)村落環(huán)境質(zhì)量控制的最基本策略是擇址和傳統(tǒng)風(fēng)水模式所形成的山水格局。目前傳統(tǒng)村落的開(kāi)發(fā)與保護(hù)研究，主要集中在定性的價(jià)值研究、評(píng)價(jià)體系、旅游開(kāi)發(fā)、村落空間形態(tài)與布局，以及以建筑單體為對(duì)象的定性與定量結(jié)合的研究[1-2]。近年國(guó)內(nèi)外對(duì)于微氣候適應(yīng)性的研究工作成果顯著[3-13]，且多集中在城市，而運(yùn)用數(shù)值模擬、數(shù)據(jù)比較和模型建構(gòu)等定性、定量結(jié)合的分析方法，對(duì)傳統(tǒng)村落中觀層面的山水格局與微氣候適應(yīng)性分析和設(shè)計(jì)策略進(jìn)行的研究較少。

針對(duì)京津冀協(xié)同發(fā)展中城鄉(xiāng)統(tǒng)籌工作面臨的生態(tài)特性保護(hù)和改善微氣候的迫切需求、傳統(tǒng)村落的過(guò)度開(kāi)發(fā)和保護(hù)誤區(qū)所帶來(lái)的理想山水格局破壞的問(wèn)題以及傳統(tǒng)村落微氣候多因子和山水營(yíng)造特性耦合關(guān)系及預(yù)測(cè)控制方法的研究欠缺的問(wèn)題，本論文于2017年開(kāi)展了基礎(chǔ)調(diào)查研究工作。

1.2 研究目標(biāo)與研究?jī)?nèi)容

1.2.1 課題研究目標(biāo)與內(nèi)容

本課題以傳統(tǒng)村落山水格局的微氣候適應(yīng)性設(shè)計(jì)機(jī)理研究為核心，以微氣候指標(biāo)體系的建立、計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬和微氣候綜合分析方法為基礎(chǔ)，系統(tǒng)研究京津冀傳統(tǒng)村落的山水格局特征類(lèi)型、山水格局和微氣候的耦合關(guān)系及適應(yīng)性設(shè)計(jì)機(jī)理、控制性的形態(tài)參數(shù)、形態(tài)參數(shù)的圖譜表達(dá)技術(shù)和設(shè)計(jì)新流程以及基于微氣候適應(yīng)性的山水格局優(yōu)化方案等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，并以京津冀傳統(tǒng)村落典型案例進(jìn)行了理論驗(yàn)證和應(yīng)用，從而提出一套基于微氣候適應(yīng)性設(shè)計(jì)的綜合分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，成果具有廣泛應(yīng)用性，為京津冀地區(qū)人居環(huán)境改善提供理論和技術(shù)支撐，最終達(dá)到人居環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的目的。對(duì)長(zhǎng)期以來(lái)理想景觀格局的主觀感受和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行定量性的科學(xué)驗(yàn)證(圖1)。

1.2.2 本文研究目標(biāo)與內(nèi)容

本階段研究目標(biāo)是研究山水格局的“形”與微氣候的“數(shù)”之間的“理”，即兩者之間的規(guī)律。以京津冀3個(gè)典型村落為對(duì)象，通過(guò)實(shí)地觀測(cè)和數(shù)值模擬相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方法，研究層次包括2個(gè)方面：將村落與城市作外部比較的村落選址理想格局驗(yàn)證，及村落內(nèi)部微觀布局差異比較。研究工作包括三大板塊，A模塊的山水格局形態(tài)研究和環(huán)境特征分析和類(lèi)型研究，B模塊的風(fēng)熱分析(實(shí)測(cè)與模擬相結(jié)合)，基于B模塊分析基礎(chǔ)上的C模塊舒適度評(píng)價(jià)，最后研究總結(jié)A模塊與C模塊之間的規(guī)律(圖2)。

本文重點(diǎn)是對(duì)已完成的西井峪村春季和夏季數(shù)據(jù)采集和春季、夏季、冬季數(shù)值模擬的初步研究成果總結(jié)和討論。

現(xiàn)階段正在開(kāi)展的工作內(nèi)容包括兩部分：1)編制京津冀4批中國(guó)傳統(tǒng)村落共計(jì)169個(gè)村落(其中北京21個(gè)，天津3個(gè)，河北145個(gè))的山水格局特征分類(lèi)圖譜。對(duì)其山水特征[14-15]從選址、功能、規(guī)模、形態(tài)、山水比例關(guān)系、山水組合方式、空間布局及圍合形式、坡度坡向等方面進(jìn)行分類(lèi)研究并總結(jié)特征類(lèi)型，建立山水格局檔案，有利于研究的系統(tǒng)性；2)北京房山區(qū)水峪村、天津薊州區(qū)西井峪村、河北井陘縣呂家村3個(gè)重點(diǎn)典型案例村落的氣象站安裝和典型季節(jié)微氣候調(diào)研與數(shù)值模擬及研究分析工作。

圖1 課題技術(shù)路線圖

圖2-1 研究目標(biāo)分析

圖2-2 研究層次分析

圖2-3 工作板塊分析

2 研究對(duì)象

2.1 研究對(duì)象范圍界定

對(duì)傳統(tǒng)村落微氣候系統(tǒng)的研究層次性較強(qiáng)。地形形態(tài)、人為空間等對(duì)村落微氣候都有影響。山體地形對(duì)氣流采光的影響帶來(lái)溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向的變化。村落環(huán)境包括村落外部環(huán)境的山、水、林的組合空間；內(nèi)部環(huán)境的巷道、節(jié)點(diǎn)空間；單體民居的庭院3個(gè)層次[16]。本文研究對(duì)象為西井峪村外部環(huán)境空間和部分與山水相關(guān)的內(nèi)部環(huán)境節(jié)點(diǎn)。

2.2 西井峪村概況

西井峪村位于天津市北部，地處薊州區(qū)漁陽(yáng)鎮(zhèn)君府山背后，距薊州城區(qū)2.5km。此區(qū)域?qū)儆谖覈?guó)第一個(gè)國(guó)家級(jí)地質(zhì)剖面自然保護(hù)區(qū)——中上元古界地質(zhì)剖面自然保護(hù)區(qū)。西井峪村核心村落面積約13.4hm2，是一處典型的北方塞內(nèi)山村。

2.3 西井峪村氣候環(huán)境

西井峪村平均海拔約220m，屬于北方干燥交替性氣候，夏季高溫多雨，冬季低溫干燥。春秋時(shí)間較短，全年降水集中于夏季。春秋兩季時(shí)間較短，冬季雨雪稀少，多大風(fēng)天氣。參照天津市氣候分析圖可得知，西井峪地區(qū)需要采暖的總時(shí)間可達(dá)全年的65%，冬季12月至來(lái)年2月需要依靠傳統(tǒng)采暖或者主動(dòng)式太陽(yáng)能結(jié)合以解決被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖不能解決的室內(nèi)采暖問(wèn)題。被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖集中于4、5月和10月。夏季6—8月份可通過(guò)自然通風(fēng)、建筑蓄熱方法解決夏季降溫的需求。

2.4 西井峪村山水環(huán)境

西井峪村的井字形地貌十分突出，村落東、西、南、北各有一條溝谷，其中北側(cè)、西側(cè)溝谷為斷崖，是西井村與外界的天然邊界。整體村落坐北朝南，沿等高線布局，基本符合環(huán)山聚氣的傳統(tǒng)山水理論，前有府君山次峰(案山)，后有餑餑山(祖山)及北部山體，東側(cè)有府君山主峰(青龍)，西有小嶺子(白虎)，體現(xiàn)了藏風(fēng)聚氣、負(fù)陰抱陽(yáng)的風(fēng)水觀。村落整體位于山坡上，地勢(shì)較高，有利于防洪排澇，體現(xiàn)了古人對(duì)村落選址的科學(xué)性(圖3)。

3 研究方法

課題研究方法包括文獻(xiàn)研究方法、觀測(cè)分析方法、數(shù)據(jù)分析方法、模擬分析方法和模型分析方法。本文主要從實(shí)地觀測(cè)法和數(shù)值模擬法2個(gè)實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行闡述。

3.1 實(shí)地觀測(cè)法

實(shí)地觀測(cè)法通過(guò)在近地面(距地面約1.5m)對(duì)實(shí)際研究對(duì)象進(jìn)行觀測(cè)，由測(cè)點(diǎn)獲得直接的局地氣候數(shù)據(jù)，能夠直觀地反映局地風(fēng)、熱、濕環(huán)境狀況。對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)的空氣溫度、風(fēng)速風(fēng)向、相對(duì)濕度、輻射溫度等氣候數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。整理總結(jié)了固定式小型氣象站的全年24h測(cè)量數(shù)據(jù)和3個(gè)季節(jié)單日測(cè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)。

3.1.1 測(cè)試儀器

實(shí)驗(yàn)選取儀器有：移動(dòng)氣象站(中科正奇ZK-YD6A，6個(gè)傳感器，太陽(yáng)能供電)、手持式熱敏感風(fēng)速儀(德國(guó)TESTO405-V1)、溫濕度自記儀(北京天建華儀WSZY-1)、黑球溫度自記儀(北京天建華儀HQZY-1)。據(jù)以上儀器實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并參考中國(guó)氣象網(wǎng)天津區(qū)數(shù)據(jù)和小型氣象站數(shù)據(jù)，作為后期模型的輸入?yún)?shù)。春季測(cè)量日期為2017年5月13日，夏季測(cè)量日期為2017年7月5日(因?qū)嶒?yàn)條件所限，每個(gè)季節(jié)只選取一日進(jìn)行10個(gè)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)，結(jié)合小型氣象站固定點(diǎn)24h全年觀測(cè)，與數(shù)值模擬進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證)。

3.1.2 測(cè)試點(diǎn)布置

在西井峪村內(nèi)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件、山水環(huán)境特征、高度坡向及均勻布點(diǎn)的原則，同時(shí)考慮不同下墊面性質(zhì)，在研究區(qū)內(nèi)布置測(cè)點(diǎn)10個(gè)(圖4)。具體來(lái)說(shuō)測(cè)點(diǎn)選擇包括了4種地形類(lèi)型：山頂、山坡、山谷、平地，其中也包含了形成西井峪村井字形山水格局的3條溝谷、4個(gè)地形最高點(diǎn)、1處平地、2處不同方向懸崖，充分考慮了整體的山水格局、建筑物、植被等影響因素。場(chǎng)地環(huán)境信息來(lái)自實(shí)地調(diào)研，并在上午、下午各選取4個(gè)點(diǎn)觀測(cè)黑球溫度(表1)。

3.1.3 測(cè)試方法

2017年5月12—13日，課題組完成了小型氣象站安裝工作，并進(jìn)行固定點(diǎn)24h觀測(cè)，通過(guò)信息平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。目前已采集5—11月的數(shù)據(jù)與天津市標(biāo)準(zhǔn)氣象站所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，并和實(shí)測(cè)資料一起，通過(guò)采用國(guó)內(nèi)外較為常用的誤差平方根值RMSE和平均絕對(duì)百分比誤差MAPE兩種指標(biāo)對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行模擬精度評(píng)價(jià)，驗(yàn)證了數(shù)值模擬的可靠性(因篇幅所限，在此文中不作過(guò)程闡述)。2次實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)記錄頻率為：風(fēng)速儀風(fēng)速風(fēng)向10min/次，溫濕度自記儀和黑球自記儀5min/次，移動(dòng)氣象站10min/次。風(fēng)速儀設(shè)置在距離地面約1.6m高度處，采取旋轉(zhuǎn)360度對(duì)最大值進(jìn)行讀數(shù)，并采用手機(jī)羅盤(pán)確定風(fēng)向。為避免陽(yáng)光直射，溫濕度儀探頭以錫箔紙包裹，放置在距離地面約1.2m高度處。

3.2 數(shù)值模擬法

數(shù)值模擬是通過(guò)建立對(duì)象的數(shù)字模型、計(jì)算模型，將理論分析應(yīng)用于模型計(jì)算，并以此探究計(jì)算區(qū)域內(nèi)動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)情況的方法。在結(jié)合實(shí)地觀測(cè)法對(duì)數(shù)值模擬可靠性進(jìn)行比對(duì)評(píng)價(jià)后，采用數(shù)值模擬法進(jìn)行進(jìn)一步分析，可以解決測(cè)點(diǎn)數(shù)量的局限性，在人力、財(cái)力及時(shí)間資源上有極大程度的節(jié)約，從而提高工作效率。在構(gòu)建軟件模型后，可以對(duì)同一模型進(jìn)行多次模擬計(jì)算、核對(duì)校準(zhǔn)，從而獲得大量參數(shù)數(shù)據(jù)，對(duì)后續(xù)的參數(shù)化模型建構(gòu)和規(guī)劃設(shè)計(jì)方法研究有極大幫助。課題組通過(guò)CAD、Sketch up建立西井峪村三維模型，經(jīng)Rhino修改后導(dǎo)入Phoenics和Ecotect軟件平臺(tái)進(jìn)行模擬計(jì)算，在模型建立過(guò)程中，盡可能保留了模型的地形細(xì)節(jié)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 實(shí)測(cè)結(jié)果與評(píng)價(jià)(圖5)

4.1.1 西井峪村與天津市微氣候?qū)Ρ?/p>

通過(guò)小型氣象站收集的數(shù)據(jù)比對(duì)分析，將村落與城市作外部比較以驗(yàn)證村落選址的理想格局，良好的外部山水環(huán)境為西井峪村微氣候環(huán)境更加宜人的主要原因(表2)。

圖3 西井峪村山水格局示意圖

圖4 西井峪測(cè)點(diǎn)定位圖

4.1.2 溫度

1)在春季溫度測(cè)量結(jié)果中，在個(gè)別點(diǎn)經(jīng)歷了8：50前的短暫降溫后，西井峪村各測(cè)點(diǎn)在8：30—13：00基本均處于升溫狀態(tài)，在11：30左右達(dá)到最高溫度，D點(diǎn)上升速度最慢平均溫度也最低。

2)各測(cè)點(diǎn)平均溫度情況為：B＜D＜C＜5＜1≈4＜E＜3＜2＜A。在春季，空間開(kāi)合度、空間布局對(duì)溫度有較大影響，1號(hào)、4號(hào)兩點(diǎn)的溫度變化曲線與平均溫度都十分接近,兩點(diǎn)均在東西向封閉狀態(tài)南北向開(kāi)敞，且具有接近的開(kāi)敞尺度，可見(jiàn)相近的山水格局可能造成地區(qū)內(nèi)熱環(huán)境的接近。溝谷類(lèi)型的1、2號(hào)點(diǎn)，1號(hào)點(diǎn)位于南北向溝谷中，2號(hào)點(diǎn)位于東西向溝谷中。由于春秋兩季的測(cè)量時(shí)段均集中于14：00之前，主要測(cè)得的結(jié)果為上午日照升溫區(qū)間，因此南北向溝谷的1號(hào)點(diǎn)在春秋兩季平均溫度均低于2號(hào)點(diǎn)?？梢?jiàn)山體遮擋除影響區(qū)位總體輻射得熱之外，對(duì)氣溫變化情況也有巨大的影響。南北向的溝谷，上午受到山體遮擋將減慢溫度上升速率；東西向溝谷內(nèi)則溫度上升較快。2號(hào)點(diǎn)位于東西向溝谷中；3號(hào)點(diǎn)位于村落東西坡向最高點(diǎn)，兩點(diǎn)在、東側(cè)均為開(kāi)敞空地，建筑、植物對(duì)其影響較小，因而兩點(diǎn)受太陽(yáng)輻射情況較為類(lèi)似，此兩點(diǎn)平均溫度接近，溫度變化曲線相似，在夏季此兩點(diǎn)也出現(xiàn)了類(lèi)似的溫度變化趨勢(shì)。但3號(hào)點(diǎn)由于位于村落西側(cè)的溝谷處懸崖處，受峽谷風(fēng)等因素影響，造成溫度多數(shù)情況下比2號(hào)點(diǎn)更低。

3)2、3 、5號(hào)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)溫差、方差表明，在測(cè)點(diǎn)東側(cè)有較高山體或南側(cè)有較高山體的情況下，測(cè)點(diǎn)溫度變化幅度較大，以5號(hào)點(diǎn)為例，在9：00之前由于山體遮擋，造成了日照不足，溫度上升緩慢的情況；在10：00后，溫度升高較快，因此溫度方差、溫差較大。

4)在夏季的測(cè)量結(jié)果中，各點(diǎn)在經(jīng)歷了短暫的升溫過(guò)程后，基本處于相對(duì)穩(wěn)定的溫度范圍，在12：20之后，各點(diǎn)出現(xiàn)了陡崖式的升溫，這與夏季正午日照十分強(qiáng)烈有很密切的關(guān)系。從平均溫度來(lái)看，各點(diǎn)平均溫度排序?yàn)椋?＜D＜1＜E＜C＜3＜2＜A＜B＜4。5、1、E三點(diǎn)在測(cè)點(diǎn)東側(cè)均有山體阻擋上午日照，使得此三點(diǎn)上午至中午溫度較低。下墊面對(duì)溫度的影響也十分強(qiáng)烈。

5)小結(jié)。

(1)夏季西井峪村內(nèi)氣溫略低于天津市區(qū)，是更為宜居的小氣候環(huán)境。

(2)通過(guò)2、3，1、4兩組測(cè)點(diǎn)比對(duì)，驗(yàn)證了空間開(kāi)合度與空間開(kāi)敞方向共同對(duì)測(cè)點(diǎn)的溫度產(chǎn)生影響。

(3)溝谷方向影響日照進(jìn)而影響谷內(nèi)各點(diǎn)的溫度變化趨勢(shì)，在上午主要體現(xiàn)為南北向溝谷谷內(nèi)溫度較慢，東西向溝谷內(nèi)溫度上升較快。

(4)南側(cè)山體影響某一時(shí)段日照，進(jìn)而造成局部溫度波動(dòng)較大，出現(xiàn)陡崖式升降溫。

4.1.3 濕度

1)春季測(cè)量中，各測(cè)點(diǎn)在8：30—13：00基本為下降趨勢(shì)，其中5號(hào)點(diǎn)下降最快，B點(diǎn)下降最慢。其余各點(diǎn)的下降速度和最低濕度均基本相近。各點(diǎn)當(dāng)日平均濕度情況為：A＜5＜3＜E＜2＜4＜1＜C＜D＜B。春季各點(diǎn)濕度較均勻。

2)1號(hào)點(diǎn)在東側(cè)有山體，遮擋8：00—10：00日照，10：00前濕度較高，10：00后濕度陡降。測(cè)點(diǎn)南側(cè)的山體在早晨不遮擋陽(yáng)光，在臨近中午時(shí)測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生陰影，使測(cè)點(diǎn)濕度先降后升(2號(hào)點(diǎn))。

3)測(cè)點(diǎn)在不受山體遮擋影響時(shí)，其濕度會(huì)出現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，A、B、C、D四點(diǎn)均位于山頂，都出現(xiàn)了這一現(xiàn)象。筆者認(rèn)為出現(xiàn)這種趨勢(shì)的原因在于日照對(duì)濕度影響存在2個(gè)階段。第一個(gè)階段中，受日照影響，空氣、植被中的水蒸氣快速逸散，造成各點(diǎn)位濕度的陡然下降；第二個(gè)階段，隨日照逐步加強(qiáng)，溫度升高，土壤中的水分開(kāi)始蒸發(fā)，造成第二階段濕度的上升。

表1 實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)信息表及山水格局分類(lèi)

表2 西井峪村和天津市區(qū)對(duì)比

4)夏季測(cè)量結(jié)果中，各點(diǎn)的濕度變化情況更為分散，可看出各點(diǎn)在夏季受到山水格局影響更為明顯。夏季各測(cè)點(diǎn)平均濕度情況為4＜B＜A＜C＜3＜E＜1＜D＜2＜5。對(duì)比1、4兩點(diǎn)可發(fā)現(xiàn)，在近似空間格局的前提下，周邊植被情況可能對(duì)濕度產(chǎn)生較大影響。1號(hào)點(diǎn)周邊存在較多灌木；4號(hào)點(diǎn)周邊植被較少。1號(hào)點(diǎn)比4號(hào)點(diǎn)平均濕度高8.5%，可見(jiàn)周遭植被越多，測(cè)點(diǎn)濕度越大。春季的平均濕度情況也支持這一結(jié)論。

5)小結(jié)。

(1)在不受山體影響的山頂會(huì)出現(xiàn)濕度先降后升的趨勢(shì)，這是由于日照對(duì)濕度影響存在2個(gè)階段，原因如上文所述。

(2)山水格局影響日照從而影響濕度，海拔越高影響時(shí)間越長(zhǎng)。

(3)植被具有保持水汽的作用，植被較豐富的區(qū)域，一般濕度也較高。4.1.4 風(fēng)環(huán)境

1)通過(guò)對(duì)春季各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速與地形的對(duì)應(yīng)關(guān)系研究，發(fā)現(xiàn)各測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速情況波動(dòng)較大，但受地形影響明顯。特別是溝谷對(duì)風(fēng)速的影響尤為強(qiáng)烈。在西側(cè)溝谷附近的3號(hào)點(diǎn)和E點(diǎn)，由于海拔差異，使得處于高處的3號(hào)點(diǎn)平均風(fēng)速是低處E點(diǎn)的2倍以上，最大風(fēng)速是E點(diǎn)的3倍以上?？芍L(fēng)速受到海拔高度的影響明顯。此外3號(hào)點(diǎn)位于南側(cè)橫向溝谷與西側(cè)溝谷入口交匯處，受2個(gè)谷風(fēng)影響。

2)春夏季實(shí)測(cè)風(fēng)向基本與春夏季的主導(dǎo)風(fēng)向相近，但各點(diǎn)風(fēng)向受到地形影響，各不相同。在東西向的谷地類(lèi)型中，2、3兩點(diǎn)的主導(dǎo)風(fēng)向均為西風(fēng)，其他各點(diǎn)則主要為北風(fēng)或西北風(fēng)。2、3號(hào)點(diǎn)位于東西向溝谷中，因而西北風(fēng)在山谷的影響下轉(zhuǎn)為了西風(fēng)，3號(hào)點(diǎn)位于西北風(fēng)進(jìn)風(fēng)口，受到峽谷風(fēng)影響風(fēng)速大大增強(qiáng)。但在夏季由于主導(dǎo)風(fēng)向轉(zhuǎn)為南風(fēng)，使得垂直于風(fēng)向的3號(hào)點(diǎn)風(fēng)速銳減。

3)對(duì)比各點(diǎn)平均風(fēng)速，D點(diǎn)、3號(hào)點(diǎn)的風(fēng)速最高，因此兩點(diǎn)所處環(huán)境均在西側(cè)完全開(kāi)敞，且無(wú)植被、建筑物等增加地表摩擦系數(shù)。但結(jié)合3號(hào)點(diǎn)、D點(diǎn)的風(fēng)速曲線、各時(shí)段風(fēng)向分析，發(fā)現(xiàn)3號(hào)點(diǎn)在西風(fēng)條件下風(fēng)速更高，D點(diǎn)在各風(fēng)向條件下均有較大風(fēng)速。對(duì)比3、D兩點(diǎn)的風(fēng)速差、方差，出現(xiàn)了對(duì)風(fēng)速差、方差的放大效應(yīng)，使得風(fēng)速的波動(dòng)程度較大。

4)夏季測(cè)量結(jié)果各點(diǎn)風(fēng)速相對(duì)穩(wěn)定。從整體來(lái)看，山頂各點(diǎn)(A、B、C、D)風(fēng)速相對(duì)較高。村落內(nèi)部各點(diǎn)風(fēng)速相對(duì)較低(3、4、5)，2號(hào)點(diǎn)位于平行于主導(dǎo)風(fēng)向的溝谷中，風(fēng)速較大且波動(dòng)明顯。

便捷成熟的版權(quán)交易系統(tǒng)，應(yīng)涵蓋展示定價(jià)、協(xié)商簽約、交付完成等各環(huán)節(jié)。這樣的系統(tǒng)將大幅縮減交易環(huán)節(jié)、減低交易成本、提升交易效率，并將交易物及協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，同時(shí)這種新型的技術(shù)融合必能反向刺激整個(gè)行業(yè)，催生相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)革新。

5)從平均風(fēng)速來(lái)分析，A點(diǎn)平均風(fēng)速最高值與B點(diǎn)平均風(fēng)速接近。對(duì)山頂各點(diǎn)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在主導(dǎo)風(fēng)向(東風(fēng))來(lái)風(fēng)區(qū)域的A、B兩點(diǎn)比C、D兩點(diǎn)風(fēng)速更高。說(shuō)明在經(jīng)過(guò)A、B兩點(diǎn)的山峰后，風(fēng)力被削弱，可見(jiàn)在宏觀層面上風(fēng)速也受到地形的影響。

6)對(duì)比春夏兩季4號(hào)點(diǎn)與1號(hào)點(diǎn)，兩點(diǎn)空間構(gòu)成基本相同，但4號(hào)點(diǎn)周邊為單層建筑，1號(hào)點(diǎn)周邊為較高山體，1號(hào)點(diǎn)平均風(fēng)速比4號(hào)點(diǎn)低50%左右，在空間構(gòu)成相近時(shí)，遮擋物高度對(duì)風(fēng)速的影響較大，且遮擋物越高，對(duì)風(fēng)速的降低越明顯。

7)通過(guò)對(duì)各點(diǎn)風(fēng)速、風(fēng)向及山水格局進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，風(fēng)向與山水格局相互作用影響測(cè)點(diǎn)風(fēng)速。春季天津地區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，受到村落內(nèi)地形影響后，風(fēng)向在1、2兩點(diǎn)分別轉(zhuǎn)為西風(fēng)、北風(fēng)，同時(shí)1號(hào)點(diǎn)風(fēng)速顯著小于2號(hào)點(diǎn)。

8)小結(jié)。

溝谷對(duì)風(fēng)速的影響較大，且平行風(fēng)向的溝谷會(huì)顯著的放大風(fēng)速，但垂直向溝谷則會(huì)削弱風(fēng)向。溝谷與山頂?shù)娘L(fēng)速接近，但山頂風(fēng)速、風(fēng)向分布更加均勻。風(fēng)速受海拔高度和空間開(kāi)合度影響顯著(表3)。

4.2 數(shù)據(jù)模擬分析

在對(duì)村落進(jìn)行微氣候研究的過(guò)程中，我們采用了Phoenics與Ecotect軟件平臺(tái)對(duì)村落進(jìn)行風(fēng)環(huán)境模擬和太陽(yáng)輻射模擬，作為對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)難以覆蓋全年、全時(shí)段問(wèn)題的補(bǔ)充，并彌補(bǔ)測(cè)點(diǎn)數(shù)量的局限性，使得評(píng)價(jià)分析更具普遍性。

4.2.1 風(fēng)環(huán)境模擬

本次入流邊界條件采用距西井峪村僅3.1km的薊州文昌路氣象站的數(shù)據(jù)，參考小型氣象站數(shù)據(jù)，選取2017年立春至立夏，立夏至秋分，2016年立冬至立春3個(gè)時(shí)段的平均風(fēng)速為邊界條件(圖6、7)。

西井峪村在春季有一定防風(fēng)的需要，東南部小范圍開(kāi)敞的情況保證了2～3m/s的自然通風(fēng)，也阻擋了過(guò)大風(fēng)速。村外的區(qū)域中，入村公路處形成了較明顯的峽谷風(fēng)區(qū)域，府君山西北側(cè)形成了一處不利于疏散內(nèi)部空氣污染的靜風(fēng)區(qū)，餑餑山背后形成了一處風(fēng)速較高的區(qū)域，以上3處區(qū)域被排除出村落范圍。

在夏季，東南向的溝谷將東南風(fēng)引入村落，在村落中營(yíng)造了3～4m/s的舒適風(fēng)區(qū)，西井峪村的選址基本上避開(kāi)了夏季較為悶熱的府君山南部山腳，院落多集中于餑餑山周邊的迎風(fēng)區(qū)。西井峪村在夏季的通風(fēng)、排污降溫均依賴(lài)于府君山主次峰溝谷。村落西部的開(kāi)敞區(qū)域也與村落內(nèi)部自東向西的坡地共同對(duì)村落內(nèi)部的風(fēng)環(huán)境產(chǎn)生了較好的影響。

冬季村落主要需要適度降低風(fēng)速，以降低村落的采暖成本，但仍需要一定量的微風(fēng)形成自然通風(fēng)，將采暖、生活等產(chǎn)生的廢氣排走，西井峪村整體位于2～3m/s的微風(fēng)區(qū)。西部、北部的高地與東南方位的溝谷使得村落在居住保暖和廢氣疏散方面實(shí)現(xiàn)了較好的平衡。

圖5-1 西井峪村春季溫度曲線圖

圖5-2 西井峪村春季溫度分析圖

圖5-3 西井峪村夏季溫度曲線圖

圖5-4 西井峪村夏季溫度分析圖

圖5-5 西井峪村春季濕度曲線圖

圖5-6 西井峪村春季濕度分析圖

圖5-7 西井峪村夏季濕度曲線圖

圖5-8 西井峪村夏季濕度分析圖

圖5-9 西井峪村春季風(fēng)速曲線圖

圖5-10 西井峪村春季風(fēng)速分析圖

圖5-11 西井峪村夏季風(fēng)速曲線圖

圖5-12 西井峪村夏季風(fēng)速分析圖

村落范圍內(nèi)的5、4、Q三點(diǎn)位于村落范圍內(nèi)，此三點(diǎn)具有風(fēng)速相對(duì)穩(wěn)定、風(fēng)速夏高冬低、無(wú)靜風(fēng)區(qū)域三大特征，可見(jiàn)在村落范圍內(nèi)的風(fēng)環(huán)境較好。同時(shí)由于村落處于井字形的特殊地理環(huán)境中心，春夏兩季風(fēng)向發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，由東南風(fēng)轉(zhuǎn)為東風(fēng)。風(fēng)向改變后與村落街巷的布局基本平行，依據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果所得的結(jié)論，平行于風(fēng)向的建筑、山體可增大風(fēng)速。因此夏季村落內(nèi)的風(fēng)環(huán)境應(yīng)相對(duì)宜人。冬季風(fēng)向基本未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，仍為西北風(fēng)，進(jìn)入村落范圍后會(huì)因村落內(nèi)下墊面粗糙程度增加風(fēng)速逐步降低，進(jìn)一步起到防風(fēng)、保溫的作用。

1、2兩點(diǎn)的山谷方向不同，1號(hào)點(diǎn)垂直于春、夏、冬三季的主導(dǎo)風(fēng)向，2號(hào)點(diǎn)垂直于三季的主導(dǎo)風(fēng)向，因而在3個(gè)季節(jié)中，2號(hào)點(diǎn)風(fēng)速均小于1號(hào)點(diǎn)。山谷方向?qū)︼L(fēng)速的影響較大。垂直于主導(dǎo)風(fēng)向的山谷中甚至可能形成靜風(fēng)區(qū)，不利于村落廢氣的排出。但此現(xiàn)象受到風(fēng)向的影響較大，在特殊情況下可能出現(xiàn)與模擬情況相悖的情況。

3、5、E三點(diǎn)均為東向緩坡依靠型山水格局，但此三點(diǎn)的具體位置各有不同。在春夏兩季5、E兩點(diǎn)均為山坡坡腳，山體阻擋了東南方向的主導(dǎo)風(fēng)向，風(fēng)速較低。冬季此兩點(diǎn)風(fēng)速不受山體影響，均處于較高水平。3號(hào)點(diǎn)位于山坡坡頂，3個(gè)季節(jié)的風(fēng)速特征與5、E兩點(diǎn)的規(guī)律略有不同，此點(diǎn)的風(fēng)速特點(diǎn)與村落內(nèi)部的風(fēng)速特點(diǎn)相近，春季風(fēng)速適中，夏季風(fēng)速較大，冬季風(fēng)速較低。

數(shù)值模擬驗(yàn)證了西井峪村的村落布局不僅降低了村落在夏季降溫、冬季保溫的成本，同時(shí)也兼顧了通風(fēng)、排污、采光、防撈等因素，體現(xiàn)了我國(guó)古人環(huán)境營(yíng)造的智慧。

4.2.2 日照模擬

通過(guò)對(duì)輻射得熱進(jìn)行模擬并加以分析可以發(fā)現(xiàn)：總體為向陽(yáng)面溫度較高，背陰面溫度較低，且受到坡度影響較大。當(dāng)背陰處坡度小于模擬時(shí)間段太陽(yáng)最低高度時(shí)，輻射得熱會(huì)略低于向陽(yáng)面。當(dāng)背陰處坡度大于太陽(yáng)最低高度時(shí)，則輻射得熱差值將更為明顯。結(jié)合前文實(shí)測(cè)評(píng)價(jià)，太陽(yáng)輻射不僅改變了區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的溫度，也對(duì)濕度有較大影響(圖7、8)。

此外，山頂與陡崖分別為日照得熱的極高點(diǎn)與極低點(diǎn)。山頂無(wú)遮蔽物影響，且往往有較平坦的平臺(tái)，利于接受太陽(yáng)輻射，陡崖特別是西側(cè)、北側(cè)陡崖會(huì)形成日照極低的區(qū)域。山谷的西側(cè)、北側(cè)往往日照較低，在山谷地形處尤為明顯。過(guò)于陡峭的向陽(yáng)面(南、東南、西南)也會(huì)因日光入射角度形成日照不足區(qū)域。

4.3 總結(jié)

對(duì)比各點(diǎn)的風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果，山水格局會(huì)對(duì)風(fēng)產(chǎn)生較大影響。在溝谷區(qū)域易形成峽谷風(fēng)，風(fēng)速過(guò)強(qiáng)；在山體背風(fēng)處風(fēng)速較弱，甚至可能形成少量靜風(fēng)區(qū)，兩者都不利于作為居住點(diǎn)。因此通過(guò)模擬西井峪村的村落布局對(duì)風(fēng)環(huán)境的影響，發(fā)現(xiàn)合適的山水格局和村落布局可使得村落有更好的微氣候特別是較好的風(fēng)環(huán)境。

通過(guò)對(duì)輻射得熱進(jìn)行模擬并加以分析可以發(fā)現(xiàn)：總體為向陽(yáng)面溫度較高，背陰面溫度較低。此情況受到坡度影響較大。當(dāng)背陰處坡度小于模擬時(shí)間段太陽(yáng)最低高度時(shí)，輻射得熱會(huì)略低于向陽(yáng)面。當(dāng)背陰處坡度大于太陽(yáng)最低高度時(shí)，則輻射得熱差值將更為明顯。結(jié)合實(shí)地調(diào)研結(jié)果，太陽(yáng)輻射不僅改變了區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的溫度，也對(duì)濕度有較大影響。

氣溫作為人體感知外界環(huán)境的最重要因素，同時(shí)受到風(fēng)速、太陽(yáng)輻射2個(gè)方面的共同影響。通過(guò)對(duì)太陽(yáng)輻射和風(fēng)環(huán)境綜合分析可以得知，無(wú)論是南北向溝谷還是東西向溝谷均不利于溫度的保持，因此溝谷實(shí)際上并不利于人類(lèi)居??；山頂也因夏季暴曬，冬季多風(fēng)，不適于定居；南向緩坡最為理想。

5 結(jié)論

古人通過(guò)對(duì)自然地形的實(shí)地勘探和分析，觀察山的走勢(shì)與高低變化、主從關(guān)系，尋求陰陽(yáng)五行之中生發(fā)之氣的凝聚點(diǎn)。這個(gè)凝聚區(qū)域就是人們所希冀的理想居住環(huán)環(huán)境。本文通過(guò)微氣候環(huán)境實(shí)測(cè)和數(shù)值模擬分析，驗(yàn)證了西井峪村理想山水格局的選址和村落內(nèi)部不同山水格局類(lèi)型區(qū)域的微氣候特點(diǎn)。環(huán)山型的山水地形格局能夠阻擋隔離大氣候系統(tǒng)的不利氣候因素(如過(guò)大的風(fēng)速)的進(jìn)入，并保證了村落的通風(fēng)換氣，形成了小氣候系統(tǒng)自循環(huán)的地形空間形態(tài)(表4)。

本文是對(duì)西井峪村目前實(shí)測(cè)和模擬成果的初步總結(jié)，主要是A、B板塊研究?jī)?nèi)容，其他研究將在后續(xù)工作中進(jìn)一步深入完善，包括山水格局類(lèi)型與微氣候舒適度綜合評(píng)價(jià)及兩者之間的規(guī)律。作為大課題的第一階段工作，后續(xù)還將在此基礎(chǔ)上進(jìn)行控制性的形態(tài)參數(shù)、形態(tài)參數(shù)的圖譜表達(dá)技術(shù)和設(shè)計(jì)新流程以及基于微氣候適應(yīng)性的山水格局優(yōu)化方案等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題研究，從定量與定性雙重角度，探求基于微氣候適應(yīng)性設(shè)計(jì)的京津冀傳統(tǒng)村落山水格局生態(tài)智慧的規(guī)律、理論、方法與技術(shù)。

注：文中圖片均由作者繪制。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：齊羚

主要參與人：馬梓烜、劉加根、宋志生、李敏

參與課題基礎(chǔ)調(diào)查的成員：郭雨萌、張雨洋、崔岳晨、徐博偉、謝卓城、劉冉倩、劉靜羽、唐璇、張君宇、崔星雨、韋佳星、李子璇、馬景、秦嘉岳、王雨婷、趙越

表3 測(cè)點(diǎn)主導(dǎo)風(fēng)向表

圖6-1 春季風(fēng)環(huán)境模擬圖

圖6-2 夏季風(fēng)環(huán)境模擬圖

圖6-3 冬季風(fēng)環(huán)境模擬圖

圖7 地形分類(lèi)索引圖

圖8-1 西井峪春季模擬圖

圖8-2 西井峪夏季模擬圖

圖8-3 西井峪冬季模擬圖

表4 山水環(huán)境與微氣候?qū)?yīng)表