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        中國城市街道的熱舒適研究框架:地域差異、指標(biāo)閾值和影響因素

        2023-08-12 03:24:58曾慶蕾陸書鐸
        園林 2023年8期
        關(guān)鍵詞:環(huán)境影響研究

        余 洋 曾慶蕾 陸書鐸

        (1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院,哈爾濱 150090;2.愛丁堡大學(xué),愛丁堡 EH8 9YL)

        全球氣候變化形勢嚴(yán)峻,街道成為改善城市氣候環(huán)境不可缺少的要素,街道的熱舒適性品質(zhì)對人群健康和城市建設(shè)發(fā)揮著重要的作用。以中國城市街道熱舒適性為對象,基于中國知網(wǎng)和Web of Science的檢索數(shù)據(jù)源,通過文獻(xiàn)回溯概述相關(guān)研究的熱點(diǎn)主題、重點(diǎn)方向、研究內(nèi)涵和研究方法,分析地域影響下的熱舒適指標(biāo)閾值差異?;谥袊ㄖ夂騾^(qū)劃,進(jìn)一步探討影響街道熱舒適的微氣候因素、個體因素和空間因素,嘗試表述中國城市街道熱舒適的研究框架,提出建構(gòu)中國本土的街道熱舒適研究體系與評價體系,聚焦空間環(huán)境熱舒適的關(guān)鍵科學(xué)問題,以及促進(jìn)街道熱舒適研究成果向設(shè)計(jì)實(shí)踐轉(zhuǎn)化,對積極探索城市宜居環(huán)境建設(shè)的規(guī)劃設(shè)計(jì)具有現(xiàn)實(shí)意義。

        氣候適應(yīng);熱舒適;城市街道;空間環(huán)境;指標(biāo)評價

        2021年“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要提出[1],中國城市更新需要注重城市品質(zhì),創(chuàng)造舒適的人居環(huán)境。然而,城市夏季極端高溫與冬季極端低溫頻發(fā),使得人們的熱舒適水平急劇降低,氣候變化導(dǎo)致的城市熱環(huán)境問題亟需找到解決途徑。因此,在城市規(guī)劃和風(fēng)景園林設(shè)計(jì)中,以氣候適應(yīng)為前提營造適宜的城市人居環(huán)境,是城市面向健康發(fā)展的核心內(nèi)容之一。

        作為城市空間的骨架,街道是提升城市人居環(huán)境健康品質(zhì)的主要空間類型。以健康為導(dǎo)向的街道,成為健康城市背景下的街道發(fā)展新模式。改善街道物理環(huán)境、提升街道熱舒適水平是促進(jìn)健康城市和健康街道的重要途徑[2]。人們的熱舒適感知和評價是地域氣候、個體差異、空間環(huán)境的綜合作用[3]。由于中國地域氣候環(huán)境差異顯著,因此厘清基于中國氣候特征的熱舒適研究成果,有助于構(gòu)建中國本土氣候特征的城市街道熱舒適研究框架,為相關(guān)研究提供理論參考,為城市規(guī)劃和街道設(shè)計(jì)提供支撐。

        1 城市街道熱舒適研究概況

        1.1 國內(nèi)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析

        利用中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫,對“熱舒適”“街道”等關(guān)鍵詞進(jìn)行高級精確檢索,共檢索219條文獻(xiàn)記錄。從相關(guān)標(biāo)題、摘要、文獻(xiàn)和文章中篩查出與“城市街道”“物理環(huán)境”“熱舒適”相關(guān)度較高的文獻(xiàn),共計(jì)167篇。從發(fā)表時間、作者、發(fā)文機(jī)構(gòu)、基金資助、關(guān)鍵詞等方面對文獻(xiàn)進(jìn)行分析。

        (1)發(fā)表時間。2007-2013年,文獻(xiàn)發(fā)表呈平穩(wěn)狀態(tài),學(xué)者主要關(guān)注城市形態(tài)與城市微氣候的關(guān)聯(lián)性[4],以氣候適應(yīng)的視角探索建筑和公共空間的設(shè)計(jì)策略。從2014年開始,“熱環(huán)境”“熱舒適”成為關(guān)鍵詞并獲得持續(xù)關(guān)注,空間類型逐漸豐富多元。以夏熱冬冷和夏熱冬暖地區(qū)為例,包括生活性街道空間、步行空間、小街坊空間和騎樓街空間等。2015年,嚴(yán)寒地區(qū)的研究逐漸開始,主要探析街道熱舒適與空間形態(tài)的關(guān)聯(lián)[5]。同期,寒冷地區(qū)仍以多元素綜合的氣候適應(yīng)性設(shè)計(jì)為主。2014-2022年,文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量逐年上升,至2016年出現(xiàn)第一次高峰期。研究對象由街區(qū)特征轉(zhuǎn)向街道的斷面特征及空間要素,空間尺度更加精細(xì)[6]。2020年文獻(xiàn)數(shù)量最多,在健康城市與低碳節(jié)能的倡導(dǎo)下,街道熱舒適的實(shí)踐邁向健康和能耗方向[2]。近三年,研究圍繞體力活動水平與熱舒適的相關(guān)性,探索提升人群活動水平與健康的空間策略[7](圖1)。

        圖1 國內(nèi)文獻(xiàn)發(fā)表年代分布和主要議題Fig.1 Distribution of publication years and main issues of domestic literature

        (2)作者。發(fā)文量較多的作者分別是同濟(jì)大學(xué)的劉濱誼(7篇)、同濟(jì)大學(xué)的王一和彭旭路(各4篇)、西安建筑科技大學(xué)的董蘆笛和樊亞妮(各3篇)。5位活躍作者、合作作者和團(tuán)隊(duì)成員在國內(nèi)熱舒適研究的不同領(lǐng)域上,建立起夯實(shí)的研究基礎(chǔ),如劉濱誼團(tuán)隊(duì)從小氣候角度對熱舒適研究進(jìn)行綜述,研究適宜夏熱冬冷地區(qū)氣候的街道要素構(gòu)成[3]。其他團(tuán)隊(duì)的研究者,如包志毅團(tuán)隊(duì)[8]從街谷斷面空間要素的角度進(jìn)行熱舒適研究分析,冷紅團(tuán)隊(duì)[5]從城市規(guī)劃領(lǐng)域探索“冬季友好”的宜居寒地城市設(shè)計(jì)策略,李保峰團(tuán)隊(duì)[6]以建筑學(xué)為背景,提出適應(yīng)夏熱冬冷地區(qū)氣候的街區(qū)尺度建筑設(shè)計(jì)策略。

        (3)發(fā)文機(jī)構(gòu)。發(fā)文機(jī)構(gòu)排名靠前的單位是哈爾濱工業(yè)大學(xué)(17篇)、西安建筑科技大學(xué)(17篇)、東南大學(xué)(12篇)、同濟(jì)大學(xué)(11篇)和華南理工大學(xué)(8篇)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)圍繞嚴(yán)寒地區(qū)氣候特點(diǎn),研究適寒性臨街建筑布局及綠化;西安建筑科技大學(xué)的研究以夏季熱舒適為主,對不同林陰街谷空間類型進(jìn)行細(xì)致研究;東南大學(xué)采用自動尋優(yōu)的新技術(shù)新方法,探索氣候適應(yīng)性的街區(qū)空間布局;同濟(jì)大學(xué)為風(fēng)景園林小氣候及熱舒適文獻(xiàn)分析作出較大貢獻(xiàn);華南理工大學(xué)針對濕熱地區(qū)夏季熱舒適,從城市形態(tài)、空間布局到綠化類型、騎樓空間尺度進(jìn)行多維度的研究探索。上述機(jī)構(gòu)分別位于中國東北、西北、華東、華南地區(qū),研究議題體現(xiàn)出鮮明的地域特色。

        (4)基金資助、主題詞?;痦?xiàng)目以國家級項(xiàng)目為主,國家自然科學(xué)基金66項(xiàng),國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃13項(xiàng),可以看出國家對該領(lǐng)域大力支持的態(tài)度。文獻(xiàn)主題詞的分析體現(xiàn)出街道熱舒適與微氣候緊密相關(guān),熱環(huán)境和風(fēng)環(huán)境是微氣候研究的重點(diǎn)。同時,國內(nèi)街道熱舒適的研究注重應(yīng)用與實(shí)踐,針對宏觀城市形態(tài)、中觀街區(qū)形態(tài)及微觀街谷空間形態(tài),提出建成環(huán)境的街道優(yōu)化策略(圖2)。

        圖2 國內(nèi)文獻(xiàn)主題詞統(tǒng)計(jì)Fig.2 Statistics of domestic literature subject words

        1.2 國際文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析

        以Web of Science(WoS)引文數(shù)據(jù)庫中的SCI核心合集文獻(xiàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),檢索主題詞為“thermal comfort” AND “street”,國家及地區(qū)選擇中國,時間跨度為所有年份,共搜集到258篇相關(guān)論文。論文發(fā)表從2012年始增幅較大,到2017年,發(fā)文量增加3倍,到2022年發(fā)文量增加10倍。從2012年伊始,國際文獻(xiàn)數(shù)量逐年上升,2020-2022年達(dá)到波峰。在國際化學(xué)術(shù)平臺中,中國的研究呈現(xiàn)出持續(xù)發(fā)表的態(tài)勢,不斷累積的研究基礎(chǔ)促發(fā)了近期密集的學(xué)術(shù)成果,也呈現(xiàn)出國內(nèi)學(xué)者廣泛進(jìn)行國際學(xué)術(shù)分享的態(tài)勢。

        根據(jù)主題詞聚類統(tǒng)計(jì)分析,中國街道熱舒適研究的國際文獻(xiàn)熱點(diǎn)主要集中在城市、人、溫度、熱感知、樹、小氣候、季節(jié)等方面,研究范圍以城市為主。微氣候因素圍繞溫度、風(fēng)和濕度,從高溫和低溫兩個方面進(jìn)行討論,關(guān)注季節(jié)的影響;空間要素主要是樹木對熱舒適的影響。在研究方法上,計(jì)算機(jī)模擬提供了大量的幫助。同時,針對成人、老人、女性的細(xì)分研究,提供了新的思路與方向(圖3)。

        圖3 國際文獻(xiàn)主題詞統(tǒng)計(jì)Fig.3 Statistics of international literature subject words

        國內(nèi)外文獻(xiàn)體現(xiàn)出街道熱舒適研究從優(yōu)化物理環(huán)境、減緩城市熱島的微氣候方向,拓展至提升人群熱舒適水平和人群活動的健康促進(jìn),街道環(huán)境與健康的關(guān)聯(lián)成為持續(xù)性的熱點(diǎn)主題。重點(diǎn)研究方向包括不同氣候分區(qū)的熱環(huán)境舒適性評價[9-11]、空間設(shè)計(jì)要素(綠地系統(tǒng)、建筑布局[12])等對室外熱環(huán)境、熱舒適的影響,以及人群行為與熱舒適關(guān)聯(lián)機(jī)理[7,13]。隨著研究的深入,熱舒適評價指標(biāo)和評價體系不斷完善和調(diào)整,納入了心理因素、健康因素等內(nèi)容。同時,熱舒適日益受到城市規(guī)劃的重視,學(xué)者們致力于加強(qiáng)理論對實(shí)踐的指導(dǎo),探索街道空間的設(shè)計(jì)途徑。

        2 城市街道熱舒適的研究方法

        在美國供暖制冷空調(diào)工程師學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)(ASHRAE Standard 55-1992)[14]中,熱舒適被定義為人們對熱環(huán)境表示滿意的意識狀態(tài)。關(guān)于熱舒適的內(nèi)涵理解一直存在兩種觀點(diǎn):一種認(rèn)為熱舒適等價于熱感覺,處于熱中性附近(即熱舒適區(qū)內(nèi)),人就會感覺到熱舒適,支持這一觀點(diǎn)的有Gagge[15]、Fanger[16]、劉加平[17]、林波榮[18]等;另一種是熱舒適與熱感覺不同,熱舒適只存在于某些動態(tài)的過程中,而不存在于穩(wěn)態(tài)環(huán)境中,持有這些觀點(diǎn)的有Hensel[19]、趙榮義[20]、董蘆笛[21]、劉濱誼[3]等。兩種觀點(diǎn)產(chǎn)生了不同的研究方法和數(shù)據(jù)采集,對研究結(jié)果的闡釋角度和論述重點(diǎn)也存在差異。

        2.1 研究方法和測量數(shù)據(jù)

        熱舒適的研究方法主要為數(shù)據(jù)實(shí)測與軟件模擬。數(shù)據(jù)實(shí)測是在真實(shí)城市街道布置測量點(diǎn),借助微氣候測量儀器,定點(diǎn)測量氣象數(shù)據(jù),利用Rayman軟件計(jì)算熱舒適數(shù)據(jù)。環(huán)境參數(shù)以空氣溫度、相對濕度、風(fēng)速和太陽輻射4類為主,根據(jù)評價指標(biāo)差異,還可包括衣物熱阻及不同活動下的人體代謝量兩項(xiàng)個體參數(shù)[3,22]。數(shù)據(jù)實(shí)測方法具有數(shù)據(jù)多樣性高、貼合實(shí)際情況等優(yōu)點(diǎn)。軟件模擬方法是借助計(jì)算機(jī)程序ENVI-met、RHINO&Grasshopper及插件、SOLWEIG等軟件,建立虛擬城市街道模型,計(jì)算熱舒適值的方法[23-24],具有操作效率高、虛擬模型結(jié)果趨于最優(yōu)目標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)。

        熱舒適的測量方式分為主觀和客觀兩種。主觀測量指調(diào)查問卷和電話訪談,熱感覺投票(Thermal Sensation Vote,TSV)和熱舒適投票(Thermal Comfort Vote,TCV)是核心數(shù)據(jù)??陀^測量是在熱平衡模型基礎(chǔ)上,遵從人體熱量平衡原理[25],采集生理等效溫度(Physiological Equivalent Temperature,PET)、標(biāo)準(zhǔn)有效溫度(Standard Effective Temperature,SET)、通用熱氣候指數(shù)(Universal Thermal Climate Index,UTCI)、預(yù)測平均投票(Predicted Mean Vote,PMV)及修正模型PMV-PPD,上述4種測量數(shù)據(jù)被普遍應(yīng)用于室外熱舒適研究中[26]。

        2.2 地域影響下的熱舒適差異

        熱舒適受到地域差異的較大影響,大量研究通過問卷調(diào)查分析不同地區(qū)的熱感覺投票與PET等熱舒適指標(biāo),探尋適宜當(dāng)?shù)貧夂虻臒崾孢m標(biāo)準(zhǔn),明確不同地區(qū)城市空間的實(shí)際熱中性溫度和熱舒適范圍(表1)。以中國為例,嚴(yán)寒地區(qū)四季溫差巨大,人的熱舒適閾值較官方尺度更加寬泛,對極冷與極熱的耐受度較高,對極熱感受的閾值比官方尺度高14℃,對極冷感受的閾值比官方尺度低23℃。寒冷地區(qū)熱舒適閾值與官方尺度相近。在夏熱冬暖地區(qū),全年溫差較小,平均溫度較高,熱舒適中性閾值比官方尺度高7 ~8℃,耐寒性較弱,閾值高于官方尺度10℃。

        表1 中國不同地區(qū)PET評價尺度[27-28]Tab.1 Evaluation scale of PET in different regions of China

        3 城市街道熱舒適的影響因素

        城市街道的熱舒適是微氣候、個人和空間的綜合疊加。為了清晰表述具有中國本土氣候特征的街道熱舒適研究,文章基于中國建筑氣候區(qū)劃,從上述三個維度進(jìn)行討論。由于溫和地區(qū)全年氣候較為適宜,熱舒適問題不明顯且研究文獻(xiàn)量較少,故不在本文中詳細(xì)評述。

        3.1 城市街道熱舒適的微氣候因素

        城市街道熱舒適的微氣候因素主要為溫度、濕度、風(fēng)速和太陽輻射[3,22],在不同地區(qū)甚至同一地區(qū)的不同季節(jié),4類因素的影響排序不同(表2)。

        表2 中國各地區(qū)熱舒適微氣候影響因素Tab.2 Microclimate factor of thermal comfort in various regions of China

        嚴(yán)寒地區(qū)四季分明,差異顯著。以哈爾濱市為例,居民適應(yīng)了寒冷的氣候,冬季的熱感覺是“較冷”和“適中”,微氣候因素對舒適度影響的排序?yàn)椋簻囟?、風(fēng)速、太陽輻射、相對濕度[27]。在夏季,空氣溫度和太陽輻射是影響街道熱感覺的主要物理因素。春秋兩季(過渡季節(jié))的微氣候影響因素主要為風(fēng)速、空氣溫度及空氣相對濕度,其中風(fēng)速與空氣溫度是影響微氣候熱舒適最關(guān)鍵的兩個因素,空氣相對濕度對微氣候熱舒適的影響非常微弱[5]??傮w來說,溫度和風(fēng)速是嚴(yán)寒地區(qū)全季節(jié)熱舒適的兩項(xiàng)首要影響因素。

        在寒冷地區(qū),冬季的太陽輻射對室外環(huán)境的熱感覺影響最大(正相關(guān)),相對濕度次之(正相關(guān)),風(fēng)速最弱(負(fù)相關(guān))[13]。對于夏季室外熱環(huán)境,PET和空氣溫度顯著正相關(guān),PET和相對濕度顯著負(fù)相關(guān),PET和瞬時風(fēng)速顯著負(fù)相關(guān)[29]。由此看出,在寒冷地區(qū),相對濕度在冬夏季節(jié)對熱舒適的影響截然相反,在冬季相對濕度越高,熱舒適水平越高;而在夏季,相對濕度越高,熱舒適水平越低,太陽輻射、空氣溫度與熱舒適的相關(guān)性在冬夏表現(xiàn)為一致的正相關(guān),風(fēng)速表現(xiàn)為一致的負(fù)相關(guān)。

        夏熱冬冷地區(qū)的熱舒適研究表明,影響夏季PET的小氣候要素是太陽輻射和空氣溫度,影響TSV和TCV的小氣候要素是空氣溫度和相對濕度[17]。在秋冬兩季,溫度、太陽輻射和濕度均與人體熱感覺呈正相關(guān)關(guān)系,風(fēng)速與人體的熱感覺呈負(fù)相關(guān)性,受訪者對于微氣候因素影響舒適度重要性的排序均為:溫度、風(fēng)速、太陽輻射、相對濕度[30]。人體熱感在不同季節(jié)受到不同氣象因素的影響,居民在冬季喜歡強(qiáng)烈的太陽輻射,但在夏季喜歡較快的風(fēng)速[31]。

        夏熱冬暖地區(qū)年平均溫度為21℃,年平均相對濕度78%,引發(fā)夏季人群不舒適的因素主要是太陽輻射和氣溫,其次是風(fēng)速和空氣濕度[32]。影響居民熱感覺變化的環(huán)境參數(shù),在兼具遮陰與開敞空間的新建高層居住區(qū)是空氣溫度,在以建筑和廣場為主導(dǎo)的商業(yè)區(qū)是太陽輻射[9]。春秋兩季(過渡季)是夏熱冬暖地區(qū)一年中時間長度僅次于夏季的重要季節(jié),氣候相對舒適,空氣溫度是居民最敏感的熱環(huán)境參數(shù),其次是太陽輻射[10]。

        3.2 城市街道熱舒適的個體因素

        熱舒適的個體因素包括個體特征、個體類型和個體行為三個方面(圖4)。在個體特征方面,生理?xiàng)l件及心理預(yù)期對熱舒適感受的影響可能超越實(shí)際微氣候因素的影響,情緒狀況、期望、偏好等心理因素對戶外舒適度影響顯著[33]。嚴(yán)寒地區(qū)的本地游客和外地游客的冬季熱舒適存在差異,本地游客更期望于升高溫度和增強(qiáng)陽光輻射,而當(dāng)熱環(huán)境變暖時,偏離了外地游客體驗(yàn)寒地旅游的心理預(yù)期,舒適度和滿意度均明顯下滑[34]。除生理和心理外,文化也是影響熱舒適的成因,如巴基斯坦學(xué)生因?yàn)轱嬍沉?xí)慣和服裝不同,比中國學(xué)生更耐受西安的寒冷條件[35];墨爾本游客在熱感知方面存在文化差異;亞洲游客穿衣較多,而女性更喜歡遮蓋防曬以保持皮膚白皙[36]。

        圖4 個體影響因素分析Fig.4 Analysis of individual factors

        在個體類型方面,老年人熱感覺中性范圍較混合年齡層更窄,對偏涼感覺更舒適,對室外熱環(huán)境敏感度明顯高于混合年齡層[11]。夏熱冬冷地區(qū)的兒童對氣象因素的敏感性低于看護(hù)者,對寒冷環(huán)境的耐受性更好,太陽輻射和氣溫是影響兒童熱感覺的主要?dú)庀笠蜃覽37]。研究探討了在嚴(yán)寒和寒冷地區(qū),住宅空間或住區(qū)廣場熱舒適與老年人行為之間的關(guān)系,關(guān)于街道空間熱舒適與特定人群的關(guān)聯(lián)尚需進(jìn)一步研究。

        在個體行為方面,室外停留時長及行為強(qiáng)度可以影響熱舒適感受。夏熱冬冷地區(qū)的春季、秋季和冬季,室外較長時間的適應(yīng)提高了人群對熱環(huán)境的忍耐程度[38]?;顒铀揭灿绊憻崾孢m,當(dāng)人體在夏季接近靜止?fàn)顟B(tài)時,熱舒適指標(biāo)與室外環(huán)境接近,當(dāng)代謝率達(dá)到跑步水平時,人體的感覺溫度比實(shí)際空氣溫度高10℃以上,人將感覺“熱、很不舒適”[39]。

        3.3 城市街道熱舒適的空間因素

        街道空間由建筑界面、綠化界面和下墊面組成,同時街道朝向、高寬比以及天空可視因子表征出街道的空間屬性(圖5),上述因素如何影響街道熱舒適的量化研究已趨于成熟。

        圖5 街道空間影響因素分析Fig.5 Analysis of street space factors

        建筑界面的研究主要與建筑高度、建筑立面連續(xù)性及建筑密度、容積率等相關(guān)。在夏熱冬暖地區(qū),建筑物的圍合可以使人行道的平均PET值下降達(dá)6.7℃[40]。在夏熱冬冷地區(qū),建筑懸挑空間會影響冬季太陽直射,低溫陰影區(qū)影響了人體熱舒適[41]。在嚴(yán)寒地區(qū),多層建筑和高層建筑的容積率變化,對改善冬季室外熱舒適的影響存在差異,土地開發(fā)需要從氣候規(guī)劃的角度進(jìn)行分析和考慮[42]。在夏熱冬暖地區(qū),適宜的建筑密度(0.45 ~0.6)可以促進(jìn)室外空間因遮陰變得更為舒適,但建筑密度的提升將增強(qiáng)熱島效應(yīng)[43]。

        在綠化界面的研究中,探討植物改善熱舒適的成果數(shù)量眾多,植被覆蓋率、植被組合方式、植物種類、樹冠直徑均對街道熱舒適產(chǎn)生影響。在宏觀層面,樹冠覆蓋率高的街道與沒有樹陰的街道相比,下午氣溫和平均輻射溫度分別降低3.3℃和13.9℃[44]。在中觀層面,夏熱冬冷地區(qū)綠化組合對熱環(huán)境有直接影響,當(dāng)喬灌比為7∶3時,空氣溫度的最大冷卻值為0.18℃,平均輻射溫度最大冷卻值為12.29℃,對PMV最大下降幅度為0.65;當(dāng)喬灌比為4∶6時,帶來的冷卻效益最大[45]。在微觀層面,大量研究針對街道的植物細(xì)節(jié)進(jìn)行討論,如行道樹種差異、葉片、株距等,內(nèi)容復(fù)雜且地域特點(diǎn)明顯。包志毅等研究表明喬木狀竹類植物日平均降溫范圍在1.5 ~2.6℃,日平均增濕范圍為3.0%~7.9%,具有明顯的降溫增濕效應(yīng)[46]。三維空間的量化指標(biāo)綠景指數(shù)(GVI)對生理等效溫度也有顯著的正向影響,但對熱感覺投票沒有影響。

        下墊面材料的反射率和透水率是影響街道空間熱舒適的重要因素。反射率與下墊面的顏色、光滑程度和使用情況有關(guān),劉加平等[47]研究下墊面對夏季城市局部地區(qū)微氣候的影響機(jī)制,發(fā)現(xiàn)草地、混凝土、鋪面磚、瀝青的熱舒適依次降低。林波榮[18]指出在地面蒸發(fā)率增加0.05 g·(cm-2h-1)時,地面溫度下降約18.5℃;1.5 m高處氣溫平均下降約2.3℃,1.5 m高處的平均輻射溫度MRT下降約7℃。Huang[48]發(fā)現(xiàn)下墊面性質(zhì)對冬季地表溫度有顯著影響,低反射率的塑膠地面比大理石地面溫度高4.5℃。嚴(yán)寒地區(qū)針對特色的冰雪下墊面環(huán)境開展研究,發(fā)現(xiàn)積雪覆蓋率提升,平均氣溫降低,但需進(jìn)一步量化研究。

        關(guān)于街道朝向、高寬比及天空可視因子(SVF)等空間屬性的研究成為熱點(diǎn)。多數(shù)研究支持街道高寬比與熱環(huán)境二者的關(guān)聯(lián)性,但在影響規(guī)律及適宜值域的量化成果上存在差異。嚴(yán)寒地區(qū)的街道在朝向相同的情況下,高寬比為0.9在夏季表現(xiàn)出最佳的熱舒適,高寬比為0.3在冬季的熱舒適最優(yōu)[49]。在夏熱冬暖地區(qū),西北—東南方向的街道在下午比東北—西南街道熱舒適壓力更大,高寬比為3被認(rèn)為是室外熱舒適度的閾值[50]。鄔尚霖和孫一民[51]通過模擬發(fā)現(xiàn)街谷高寬比對熱環(huán)境的改善作用微弱。與高寬比不同,SVF與PET表現(xiàn)出很強(qiáng)的相關(guān)性,在改善熱舒適效應(yīng)方面,SVF對生理等效溫度和熱感覺投票有顯著的正效應(yīng)[52]。He[53]分析結(jié)果表明,陰影程度有助于熱感知分布的變化。與中度陰影區(qū)域(0.3<SVF<0.3)和輕度陰影區(qū)域(SVF>0.5)相比,高度陰影區(qū)域(SVF<0.5)通常在夏季表現(xiàn)出較少的炎熱可能,冬季可忍受更長的寒冷不適,反之亦然。夏熱冬暖地區(qū),天空可視因子每增加746%,夏季UTCI值降低10.0℃[54]。寒冷地區(qū),SVF增加0.1會導(dǎo)致冬季白天每小時地表溫度下降0.06 ~0.49℃[55]。SVF在研究中已被廣泛使用,大量學(xué)者致力于借助SVF研究太陽輻射量和室外熱舒適環(huán)境的確切指標(biāo)。

        4 框架構(gòu)建和展望

        本文立足城市街道尺度,以中國城市街道熱舒適作為研究對象,在厘清相關(guān)研究脈絡(luò)的基礎(chǔ)上,嘗試提出一個中國城市街道熱舒適的研究框架,重點(diǎn)關(guān)注嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū),內(nèi)容包括地域差異、指標(biāo)閾值和影響因素(圖6)。地域差異是熱舒適評價豐富性和不確定性的基礎(chǔ),基于地域特性和文化習(xí)俗的街道熱舒適研究,在研究和實(shí)踐的過程中出現(xiàn)了明顯的指標(biāo)閾值差異,因此考量和評估城市街道環(huán)境的熱舒適品質(zhì)較難采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),如何調(diào)整和明確符合地域氣候條件的評價指標(biāo)是研究的關(guān)鍵。綜合來看,溫度成為各地區(qū)影響熱舒適的首要因素,太陽輻射次之,相對濕度的影響程度最弱。同時,以個體為核心的研究熱點(diǎn)呈現(xiàn)出多元化的態(tài)勢,促使街道設(shè)計(jì)更加人性化。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以精準(zhǔn)識別和評估街道空間的特征,量化分析單一空間因素和多因素綜合對熱舒適的影響,極大擴(kuò)展了街道空間研究的范疇。面向中國城市的未來發(fā)展,中國的街道熱舒適研究需要嘗試思考三個趨勢。

        圖6 中國城市街道熱舒適研究框架Fig.6 A framework for studying thermal comfort in Chinese urban streets

        (1)建構(gòu)中國本土的街道熱舒適研究體系與評價體系。熱舒適評價受到地域氣候條件與當(dāng)?shù)厝巳毫?xí)性制約,中國地域面積廣闊,不僅區(qū)別于國外地理氣候,國內(nèi)不同地區(qū)氣候及人群適應(yīng)性也有所差異。因此立足本土氣候特征和文化特征,探索適合中國的研究路徑,形成多內(nèi)涵、全方面的指標(biāo)評價體系。學(xué)者可在此基礎(chǔ)上篩選本地特征的評價指標(biāo),拓展地域性研究。

        (2)空間環(huán)境是熱舒適研究中的關(guān)鍵科學(xué)問題。熱舒適的量化評估是開展空間研究的科學(xué)基礎(chǔ)和前置工具,空間指標(biāo)優(yōu)化既是機(jī)理研究的深入探索,也是熱舒適研究的直接途徑。目前,空間研究主要通過分析微氣候因素探討熱舒適,直接評價熱舒適的空間指標(biāo)尚未明確,而空間環(huán)境的熱舒適對于步入存量規(guī)劃和城市更新階段的中國更具現(xiàn)實(shí)意義。

        (3)街道熱舒適研究向?qū)嵺`轉(zhuǎn)化是促進(jìn)人類健康、創(chuàng)造宜居城市的有效途徑。以研究成果為基礎(chǔ)制定城市街道熱舒適評價標(biāo)準(zhǔn),將其納入城市政策的頂層設(shè)計(jì),編制城市熱舒適的指南、導(dǎo)則和規(guī)范,內(nèi)容涵蓋熱舒適環(huán)境的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、營建、管護(hù)等各個方面。既有成果多聚焦于闡述機(jī)理和量化評估,雖提出了改善熱舒適的環(huán)境策略,但這些成果亟需轉(zhuǎn)化落地。

        在全球氣候變化形勢嚴(yán)峻、極端天氣現(xiàn)象頻發(fā)的背景下,城市街道是改善城市氣候環(huán)境,提升人體舒適感受不可缺少的手段。城市街道熱舒適評價從物理環(huán)境角度,將自然氣候、人群生理和心理、活動需求、文化背景和空間設(shè)計(jì)耦合起來,是城市設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容,是創(chuàng)造美好人居的重要途徑。

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