劉濱誼 彭旭路

隨著全球氣候變暖，氣候變化導致的城市環(huán)境問題愈發(fā)突出[1]。在此背景下，以協(xié)調(diào)人與自然關(guān)系為使命的風景園林學從空間形式、景觀評價、規(guī)劃理論發(fā)展都產(chǎn)生了很大變化[2]，除關(guān)注空間形式上的結(jié)合，還研究各感受要素間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，將氣流、溫濕度、光影等影響人體舒適感受的環(huán)境因子，作為極其重要的設(shè)計要素[3]。

對城市氣候的研究可以追溯到19世紀初以1818年出版的《倫敦氣候》一書為標志[4]，將街道與小氣候相結(jié)合開展研究始于20世紀70年代[5]。應(yīng)對氣候變化的適應(yīng)性規(guī)劃研究目前還處于發(fā)展階段[6]。將風景園林空間與以小氣候為代表的環(huán)境要素結(jié)合，共同作用于通過風景園林規(guī)劃設(shè)計達到調(diào)節(jié)改善人居環(huán)境的目的已成為風景園林學科的研究熱點[7]。城市街道通常覆蓋城市區(qū)域的1/4以上面積[8]，是人們在城市室外活動的重要場所[9]，也是風景園林空間的重要組成部分[10]。對城市街道小氣候舒適性進行分析與評價研究，可以為未來城市街道的規(guī)劃設(shè)計、為城市宜居品質(zhì)的提升提供指導與參考。

1 研究數(shù)據(jù)與概況

1.1 國內(nèi)數(shù)據(jù)與概況

中國國家自然科學基金(National Natural Science Foundation of China，NSFC)是體現(xiàn)科學研究水平與發(fā)展方向的重要平臺之一[11]。舒適性方面的中文研究概況主要利用國家自然科學基金網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，檢索了1987—2017年，標題或主題或摘要中含有“舒適”的國家自然科學基金資助項目，獲得485項資助清單，各年獲資助基金項目數(shù)量及金額情況見圖1、2，獲得資助項目數(shù)量及金額排名前10的單位見圖3，受資助項目數(shù)量及金額排名前10的學科見圖4，出現(xiàn)頻次數(shù)量排名前10的主題詞見圖5。

在國家生態(tài)文明建設(shè)的大背景下，舒適性研究越來越多地受到科學研究的重視，熱舒適是30年來國內(nèi)舒適感受研究中的熱點，貫穿室內(nèi)、室外空間的舒適性研究，研究領(lǐng)域主要集中在建筑環(huán)境與結(jié)構(gòu)工程和以高鐵、電動汽車為代表的新型交通領(lǐng)域上。

1.2 國外數(shù)據(jù)與概況

以Web of Science(WOS)引文數(shù)據(jù)庫中的SCI核心合集文獻數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，檢索主題詞為“comfort”AND“street OR microclimate”，時間跨度為所有年份，文獻類型為“期刊”，語種為“英語”，共搜集到1 160篇相關(guān)論文，數(shù)據(jù)收集時間為2018年5月。借助科學計量工具Citespace①對檢索結(jié)果進行以下科學圖譜[12]分析：關(guān)鍵詞頻次分析排名前10位的關(guān)鍵詞可視化結(jié)果見圖6。

頻次最高的關(guān)鍵詞和國內(nèi)舒適性研究的高頻詞一致，都是熱舒適。國內(nèi)受資助基金項目、金額數(shù)量最多的學科都是建筑環(huán)境與結(jié)構(gòu)工程。從圖7研究領(lǐng)域共現(xiàn)分析中看到，國外學科也集中在工程、建筑與建筑技術(shù)、環(huán)境生態(tài)、環(huán)境科學、環(huán)境工程、能源與燃料等類似學科，國內(nèi)外研究領(lǐng)域基本保持一致。在運用Citespace的LLR算法進行文獻共引聚類分析，調(diào)整聚類標簽和連線透明度后，得到圖8所示的6個聚類標簽，由此可以看出國外街道小氣候舒適性研究的熱點主要集中在室外熱環(huán)境、熱舒適、古老沙漠城市、城市開敞區(qū)域、室外空氣質(zhì)量、城市街道6個方面，這些研究熱點為后續(xù)研究奠定了理論基礎(chǔ)，提供了拓展思路與方向。

2 主要研究內(nèi)容

通過上述搜索與分析，城市范圍中的小氣候舒適性研究進展，既有通過相關(guān)性分析總結(jié)作用機制等基礎(chǔ)理論研究，也有將不同地域小氣候要素對研究對象所發(fā)揮的作用與價值進行科學評價的研究，并逐漸向?qū)⒊鞘袣夂蛑R轉(zhuǎn)化為規(guī)劃實踐以及制定適應(yīng)氣候變化的緩解策略上發(fā)展。以城市街道為對象，以下三方面的內(nèi)容歸納可以清晰地反映出這個發(fā)展過程如何應(yīng)對減少熱島效應(yīng)和提高室外舒適性。

2.1 城市街道空間對小氣候要素的影響

斯蒂莫斯(Steemers)等研究指出，由城市質(zhì)地產(chǎn)生的氣候要素影響，主要在中尺度城市范圍，而空間因子是微觀尺度，即人的活動范圍中對氣候要素產(chǎn)生影響的主要因素[13]。在眾多風景園林小氣候要素中，空氣溫度、風、太陽輻射被認為是受街道空間影響最明顯的3個氣候要素[14]。通過研究分析，總結(jié)出能對這3個主要的小氣候要素產(chǎn)生影響作用的街道空間因子及其相互作用的內(nèi)容見圖9。

空間與各氣候要素的相互影響是多向綜合的。即使存在國家與地區(qū)的區(qū)別，各研究關(guān)注的城市街道空間因子有共同性，高寬比H/W、天空可視因子SVF、街道走向、綠化覆蓋是被普遍認為會對小氣候要素產(chǎn)生影響的主要街道空間因子。

2.2 舒適感受評價

目前學界對與氣候要素相結(jié)合的舒適的定義主要為來自國家標準化管理委員會的氣候舒適度(climatic comfortability)[33]，和來自美國采暖制冷與空調(diào)工程師學會ASHRAE[34]的人體熱舒適(human thermal comfort)，后者在國際上比較通用[35]。為分析氣候要素對使用者的影響與作用，形成了大量的以氣候要素為變量的舒適感受評價研究，按氣候因子數(shù)量可以分為2類：一類為單因子氣候舒適性評價，另一類為多因子氣候舒適性評價。

圖1 1987—2017年基金項目數(shù)量

圖2 1987—2017年基金項目金額

圖3 受資助項目數(shù)量、金額排名前10的單位

圖4 受資助項目數(shù)量、金額排名前10的學科

圖5 出現(xiàn)頻次排名前10的主題詞

2.2.1 單因子氣候舒適性評價

以空氣溫度和風為例分析單獨的氣候要素與舒適感受建立相關(guān)性的評價研究情況。

1)舒適溫度評價。

舒適溫度是一個范圍，且隨該地區(qū)年平均溫度的不同，人體感覺舒適的空氣溫度值會存在地區(qū)差異。室內(nèi)環(huán)境常采用溫度這個單獨氣候要素作為舒適評價指標[36]。在滿足舒適條件下考慮節(jié)能，將冬季供暖溫度范圍定在18～24℃[37]；環(huán)境衛(wèi)生學中提到氣溫24℃、相對濕度70%和風速2m/s是對人體最舒適的氣候條件[38]。有學者認為當氣溫為28℃時，人體處于熱平衡狀態(tài)，感覺最舒適[39]；瑪?shù)鹿?Madhavi)在印度夏季的調(diào)查表明[40]人們在較熱的氣候條件下，舒適溫度范圍也變高了；余娟[41]認為來自夏熱冬冷氣候區(qū)的南方人不僅能容忍較冷的環(huán)境，也能容忍較熱的環(huán)境。

2)風舒適評價。

冷紅等對哈爾濱的30年氣象數(shù)據(jù)研究得出風速對熱舒適性影響接近于空氣溫度的2倍[42]。劉加平認為令人舒適的氣流速度應(yīng)小于3m/s[43]；莊智等[44]認為室外風速小于5m/s時，人的感受為舒適；潘婭英認為人體最適合的風速為2m/s[45]；李朝認為風不舒適與活動類型有關(guān)，無論是快步、漫步還是閑坐，舒適的風速小于2.5m/s都是最優(yōu)的[46]。同時，除了風速會對舒適感受評價產(chǎn)生影響，夏一哉等認為風速穩(wěn)定性對熱舒適性影響強度約為風速本身的1/4[47]。

2.2.2 多因子氣候舒適性評價

是指對含有2個及以上數(shù)量的氣候因子來進行舒適性評價的研究。以溫濕指數(shù)和風效指數(shù)組成的氣候舒適度評價標準[35]中，氣候數(shù)據(jù)多來源于氣象站統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在宏觀層面的城市、區(qū)域舒適性評價時經(jīng)常采用，多種相關(guān)的舒適度預(yù)報公式，都是基于溫度、濕度氣候因子建立的溫濕指數(shù)的變形[48]。據(jù)弗雷塔斯(Freitas)和格里戈里耶娃(Grigorieva)統(tǒng)計，迄今為止至少有162種熱舒適數(shù)值指標[49]，因各個評價指標沒有相通性，在利用風景園林領(lǐng)域最常用的熱舒適評價指標如預(yù)測平均投票(PMV)、生理等效溫度(PET)、標準有效溫度(SET＊)和通用熱氣候指數(shù)(UTCI)[50]進行計算評價時，各指標計算的結(jié)果數(shù)值差別很大，也可能與熱舒適問卷調(diào)研的結(jié)果不同。以PET為例，官方給出的舒適范圍為9～26℃[51]，有學者研究中西歐的舒適范圍是18～23℃[52]，濕熱氣候的中國臺灣地區(qū)舒適范圍為26～30℃[53]，地中海氣候沿岸地區(qū)的舒適范圍為20～25℃[54]，位于暖溫帶的天津的范圍為11～24℃[55]，呈現(xiàn)出隨氣候變熱而舒適值增高的特點。

圖6 英文關(guān)鍵詞頻次分析

圖7 英文研究領(lǐng)域共現(xiàn)分析

圖8 英文共引文獻聚類分析

2.3 城市街道空間與舒適感受的相互作用

由氣候要素產(chǎn)生的舒適感受是人體感受來源的其中一個方面。氣候越惡劣，人對其感受的影響越大。而氣候越溫和，受氣候左右的程度越小，而更多是受文化、功能等因素影響[56]。城市街道不僅通過如高寬比、街道走向這些空間物理因子影響小氣候，從而影響使用者的熱舒適感受，其相互作用的研究內(nèi)容見圖10，還通過其傳遞出的文化、功能從心理層面也起到影響舒適感受的作用。

內(nèi)茨(Knez)等人認為空間環(huán)境感知影響著人們的環(huán)境熱舒適[72]，克萊姆(Klemm)等認為熱舒適感知與空間自然性、美感和環(huán)境的積極體驗相關(guān)，城市空間設(shè)計對于舒適感知具有積極的影響[73]。他在荷蘭對3條街道的研究發(fā)現(xiàn)對層次豐富的街道綠化從心理上的認可，抵消了實際熱舒適評價指數(shù)不高的結(jié)果[57]。米歇爾(Michelle)研究發(fā)現(xiàn)人們根據(jù)舒適度預(yù)期心理來調(diào)整對該空間的熱感覺及熱舒適判斷，對空間使用功能和目標的不同，影響到心理期望不同，以休息與放松為目標的空間比以義務(wù)做事為目標的空間所提出的熱舒適要求更低，認為控制產(chǎn)生心理不舒適的來源，比控制影響熱舒適的空間更有效[74]。英國有學者認為室外空間中，小氣候?qū)崾孢m的實際控制是最小的，個人感知控制具有最大的權(quán)重[75]。

3 研究評述

在街道空間對小氣候要素的影響研究中，通過實測、模擬等多種方法分析街道空間與小氣候要素的相互作用機制，歸納出在風景園林小氣候尺度下能產(chǎn)生降溫、增加風速、減少輻射等氣候效應(yīng)的街道空間因子，對指導風景園林空間的氣候適應(yīng)性規(guī)劃設(shè)計提供了參考，利于形成風景園林規(guī)劃設(shè)計的策略與導則。

圖9 街道空間對小氣候要素影響作用分析

圖10 街道空間與舒適感受相互作用分析

在舒適感受評價研究中，采用單獨的氣候因子評價舒適性由于變化性太多，不利于形成指導空間規(guī)劃的普適性標準[76]；只由多個氣候因子組成的氣候舒適度指標常用于宏觀尺度，在風景園林小氣候影響范圍內(nèi)因氣象數(shù)據(jù)的獲取難度會影響對舒適性的準確判斷。而以人體能量平衡為基礎(chǔ)的熱舒適評價指標還不能全面反映出人們感受環(huán)境、改變行為或逐步調(diào)整自己的期望值以適應(yīng)環(huán)境的復(fù)雜方式，在具體運用時，通過指標計算出的絕對數(shù)值不能直接對照固定的舒適標準進行評價，需結(jié)合當?shù)氐氖孢m心理感受調(diào)研，將熱感覺舒適對應(yīng)的指標范圍值進行調(diào)整。

圖11 風景園林小氣候舒適性三元框架

在街道空間與舒適性感受相互作用研究中，一方面是通過改變高寬比等空間的物理特性來改善熱舒適，另一方面是通過對街道空間的功能、文化性的加強從心理上增加熱舒適感受。不僅要研究得出舒適感受的數(shù)值范圍，還要關(guān)注通過與這些氣候要素、文化要素關(guān)系緊密的相應(yīng)空間因子的改變，可以帶來多大程度的熱舒適改善。找到能改善舒適性的空間因子及變化規(guī)律是利用規(guī)劃設(shè)計手段改善街道舒適性、制定適應(yīng)氣候變化的緩解策略、提高城市宜居質(zhì)量的重要內(nèi)容。

4 對風景園林小氣候舒適研究的啟示

以城市街道為例的風景園林空間中，風景園林小氣候舒適性是耦合了空間要素、氣候要素與人的舒適感受的復(fù)合函數(shù)見圖11。同時，明晰風景園林小氣候舒適性的概念是建立風景園林小氣候舒適性評價體系結(jié)構(gòu)，確定評價體系的框架和層次的基礎(chǔ)。

在城市人居環(huán)境面對如氣候變化等現(xiàn)實問題時，風景園林專業(yè)一直就是起到調(diào)節(jié)氣候的正向作用的，是改善城市小氣候環(huán)境、從而改善人的舒適感受不可缺少的手段。通過風景園林小氣候舒適性研究，使風景園林規(guī)劃設(shè)計理論通過不斷的量化研究將學科的科學性得到加強。風景園林環(huán)境與感受的數(shù)字化是風景園林客觀環(huán)境與主觀感受之間的橋梁，是實現(xiàn)風景園林分析評價的理性化途徑[77]。風景園林小氣候舒適性研究，會對城市宜居環(huán)境建設(shè)發(fā)揮重要的促進作用，將應(yīng)對環(huán)境問題的被動規(guī)劃方式轉(zhuǎn)變?yōu)楦呶萁驳闹鲃诱{(diào)節(jié)，充分發(fā)揮出風景園林學科協(xié)調(diào)人與自然相互和諧的價值。

注：文中圖片均由作者繪制。

注釋：

① Citespace由美籍華裔學者陳超美博士團隊研發(fā)的一款用于分析和可視化論文主題、關(guān)鍵詞等共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息，以揭示一個知識領(lǐng)域或?qū)W科在一定時期的發(fā)展趨勢與動向的應(yīng)用程序。