吳 祎 孫梅霞 郭蘇明*

（1.南京林業(yè)大學風景園林學院，南京 210037；2.南京市市政設(shè)計研究院有限責任公司，南京 210037）

城市戶外微氣候研究在提升人居環(huán)境舒適度、生態(tài)節(jié)能等方面具有重要意義，近年來已成為研究熱點?；谖墨I計量統(tǒng)計與內(nèi)容分析，結(jié)合CiteSpaceⅢ軟件對中國城市戶外環(huán)境領(lǐng)域的微氣候研究文獻進行計量分析，可知城市微氣候研究的主題聚集在數(shù)值模擬、氣候適應(yīng)性、舒適度等方面，梳理文獻來源概況、研究歷程、空間概況、研究熱點等內(nèi)容進一步評析?；谖墨I綜述，按照研究對象在城市中的空間類型分為城市公園、城市廣場、步行街道、居住區(qū)空間、高校校園以及古典園林6種進行分析研究內(nèi)容的異同與趨勢。最后結(jié)合當前研究的特點與不足提出以人為核心提升公眾認知與行為研究、以多尺度視角拓展研究的時空范圍、以鄉(xiāng)村振興理念推動鄉(xiāng)村微氣候發(fā)展的三項建議。

城市戶外；微氣候；文獻計量分析；研究進展；展望；綜述

近年來，極端氣候多發(fā)，城市中由過多的硬質(zhì)下墊面及不合理的綠地配置等因素產(chǎn)生的熱島效應(yīng)進一步降低了城市環(huán)境舒適度[1]，對居民健康產(chǎn)生了威脅，對空調(diào)等制冷設(shè)備的需求提升將導(dǎo)致更高的能源消耗并影響室外環(huán)境[2]。在全球氣候問題嚴峻的當下，城市微氣候成為熱點話題。微氣候是局部小范圍空間環(huán)境的氣候條件，包括氣溫、空氣濕度、風速、日照輻射等因子，對現(xiàn)代城市環(huán)境具有重要意義。在提升人居環(huán)境舒適方面，城市戶外環(huán)境的溫度與人的健康息息相關(guān)，影響著人體舒適度的主觀感受；從生態(tài)節(jié)能方面，研究微氣候，提高場地適應(yīng)性，應(yīng)對氣候變化的不確定性[3]能達到提升熱舒適度并降低城市能耗的目的。

文章基于文獻計量統(tǒng)計與內(nèi)容分析，對當前國內(nèi)城市戶外微氣候的眾多研究文獻進行梳理。文獻計量統(tǒng)計部分采用CiteSpaceⅢ軟件系統(tǒng)地梳理相關(guān)研究文獻的來源概況、研究歷程、研究主題熱點。內(nèi)容分析采用文獻綜述法對當前國內(nèi)城市戶外微氣候的眾多研究文獻進行梳理，闡明當前研究的方法與原理、重點研究方向等，并指出當前研究現(xiàn)狀及存在問題，以期能對國內(nèi)相關(guān)研究工作提供參考。

1 城市戶外微氣候相關(guān)研究概述

1.1 研究文獻來源

本研究以《中國期刊網(wǎng)全文數(shù)據(jù)庫》《維普中文科技期刊數(shù)據(jù)庫》《萬方數(shù)據(jù)庫資源系統(tǒng)數(shù)字化期刊》為統(tǒng)計源，文獻檢索的主題、篇名、關(guān)鍵詞與摘要均為“微氣候”，4者關(guān)系為“或者”，檢索時間起始自1981年1月1日，截至2019年9月30日，不分期刊級別進行全源檢索，共命中6 756條結(jié)果，篩選出與城市戶外環(huán)境有關(guān)的文獻共計670篇文獻，作為有效樣本進行分析。

1.2 研究歷程

從研究文獻歷年數(shù)量、增長趨勢來看，城市戶外微氣候研究可以分為4個階段：萌芽階段、緩慢發(fā)展階段、快速增長階段與成熟發(fā)展階段（圖1），且研究數(shù)量激增的年份與所處的時代背景與政策環(huán)境有著明顯的相關(guān)性。

圖1 城市戶外微氣候研究歷年文獻數(shù)Fig.1 Number of documents on urban outdoor microclimate research over the years

萌芽階段（2004年及以前）：國內(nèi)城市戶外微氣候研究起源于環(huán)境科學、城市規(guī)劃和建筑設(shè)計等領(lǐng)域?qū)＜业难芯?。這一時期研究文獻發(fā)文數(shù)量少，發(fā)文頻次呈現(xiàn)緩慢增長的態(tài)勢。學者們關(guān)注的內(nèi)容大都集中在微氣候舒適度評價、驗證城市綠地對微氣候的調(diào)節(jié)作用。研究方法多是建立在戶外熱舒適評價的數(shù)學模型、綠地對微氣候影響的實測驗證。1994年《聯(lián)合國氣候變化框架公約》的簽署，是第一次將氣候變化目標作為發(fā)展的要求，同年中國頒布的《中國二十一世紀議程》提出適應(yīng)氣候變化的概念，該年國際和國內(nèi)政策的發(fā)布對于1995年城市微氣候研究數(shù)量有著顯著提升作用。

緩慢發(fā)展階段（2005 - 2010年）：這一階段發(fā)文頻次呈現(xiàn)波動式緩慢增長的態(tài)勢，每年發(fā)文數(shù)量在185篇附近波動。相關(guān)研究內(nèi)容主要以戶外景觀元素對微氣候的影響，及微氣候與城市設(shè)計的關(guān)聯(lián)性研究為主。2007年，中國政府發(fā)布了《中國應(yīng)對氣候變化國家方案》，這是中國第一部也是發(fā)展中國家的第一部針對氣候變化所出臺的方案，使得該年國內(nèi)對城市戶外微氣候研究的數(shù)量激增，達到了前后數(shù)年內(nèi)的峰值。

快速增長階段（2011 - 2016年）：這一階段的文獻數(shù)量呈現(xiàn)快速增長的態(tài)勢。從研究內(nèi)容來看，學者們的關(guān)注點在微氣候調(diào)節(jié)規(guī)劃、景觀設(shè)計策略、環(huán)境要素對微氣候物理因子的影響，以及探索微氣候適應(yīng)性策略。期間，國家連續(xù)6年發(fā)布了關(guān)于應(yīng)對全球氣候變化的文件，例如2013年的《國家適應(yīng)氣候變化戰(zhàn)略》和2014年的《國家應(yīng)對氣候變化規(guī)劃（2014 - 2020）》等，使得相關(guān)研究在這個階段達到快速增長，且更注重將研究結(jié)論應(yīng)用于實際，探索具體應(yīng)對策略。

成熟發(fā)展階段（2017 - 2019年）：從發(fā)文頻次時間分布看，2017年以后學者們對城市戶外微氣候的研究較為成熟，發(fā)文頻次趨于高頻穩(wěn)定狀態(tài)，每年發(fā)文文獻數(shù)大于500篇。研究內(nèi)容多從空氣污染物、景觀元素、環(huán)境因子等多元角度出發(fā)，重點分析不同因素的優(yōu)化對改善微氣候環(huán)境的作用。從微氣候的研究歷程可以看出，這一時期城市更新與人們?nèi)找嬖鲩L的城市戶外環(huán)境改善需求是微氣候研究發(fā)展的主推動力。

1.3 研究空間概況

以第一作者為統(tǒng)計源，文獻作者單位出現(xiàn)頻次較多的有哈爾濱工業(yè)大學、華南理工大學、西南交通大學、同濟大學、清華大學等。分析哈爾濱工業(yè)大學的相關(guān)論文，其研究對象集中在嚴寒地區(qū)的微氣候適應(yīng)性，華南理工大學則較多關(guān)注濕熱地區(qū)及嶺南傳統(tǒng)園林中的微氣候（圖2）。從作者單位所在行政區(qū)空間分布來看，發(fā)文次數(shù)為黑龍江最多，廣東省、四川省與上海市其次；北京市、湖北省、陜西省、江蘇省則較少。研究力量在地域上形成了以黑龍江省、廣東省、四川省、上海市為主力，北京市、湖北省、陜西省、江蘇省為助力的格局。以建筑氣候區(qū)的視角來分析其原因，研究空間以中國北部嚴寒地區(qū)和南部夏熱冬暖地區(qū)為主，這兩個典型的氣候區(qū)在冬季和夏季的熱環(huán)境和舒適度欠佳，研究分別注重冬季抗寒保溫和夏季通風降溫問題。

圖2 研究文獻發(fā)文空間概況Fig.2 Overview of research literature publication space

1.4 研究主題熱點

采用CiteSpaceⅢ軟件，使用關(guān)鍵路徑Pathfinder算法，繪制出670篇有效文獻的主題與趨勢關(guān)系及文獻共詞演化圖譜。分析前沿主題與趨勢關(guān)系圖譜（圖3），城市戶外微氣候研究的主題聚集在數(shù)值模擬、氣候適應(yīng)性、舒適度、夏季、溫度、景觀要素、城市公園、風速、建筑布局、空間形態(tài)、熱舒適、城市綠地、植物群落、江南古典園林和居住區(qū)中（主題詞出現(xiàn)頻率≥5）。共詞分析法利用文獻集中詞匯對或名詞短語共同出現(xiàn)的情況，來確定該文獻集所代表學科中各主題之間的關(guān)系，值得注意的是，在微氣候研究文獻共詞演化圖譜（圖4）中，熱舒適、行為活動以及歷史街區(qū)這三個主題與其他內(nèi)容具有較高的共現(xiàn)率，但尚未在研究熱點圖譜中體現(xiàn)，可視為研究的潛在熱點問題。

圖3 文獻研究前沿主題與趨勢關(guān)系圖譜Fig.3 Graph of the relationship between frontier topics and trends in literature research

圖4 研究文獻共詞演化圖譜Fig.4 Research on the evolution graph of co-word in literature

2 城市戶外微氣候研究方法

采用Excel軟件對670篇文獻研究方法進行統(tǒng)計分析，研究方法主要涉及實地測量法、模擬試驗法、問卷調(diào)查法、數(shù)理統(tǒng)計法等。研究方法的具體內(nèi)容、研究原理、操作要點、方法的優(yōu)點與不足詳見表1。

表1 重要文獻研究方法對比Tab.1 Comparison of research methods for important literature

3 城市戶外微氣候研究空間類型

基于共詞演化圖譜，結(jié)合文獻系統(tǒng)分析，以研究對象進行劃分，現(xiàn)有研究主要集中在城市公園、城市廣場、步行街道、居住區(qū)空間、高校校園、古典園林6類空間類型中（表2）。

表2 針對不同空間類型的主要研究及結(jié)論Tab.2 Main research and conclusions for different spatial types

3.1 城市公園

國內(nèi)對城市公園微氣候的研究主要涉及微氣候影響要素、人體熱舒適感受、人群行為的分析。相比較街道、廣場等其他城市戶外空間，研究者普遍認同的是公園內(nèi)的植物要素具有減少太陽輻射、降溫增濕的調(diào)節(jié)作用[4-5]，因此對公園微氣候的研究較多著眼于對植被、綠化對微氣候的優(yōu)化作用[6-7]。此外，在有關(guān)人體舒適度感受與人群行為的研究報告中，熱舒適環(huán)境的提升能夠有效提高人們休閑活動的體感舒適度，溫度因子對人體舒適感受影響最大，其次是相對濕度和風速[8]。

3.2 城市廣場

涉及城市廣場的研究集中在微氣候影響因素、舒適度指標、廣場空間形態(tài)問題的探討中。廣場相比較別的城市戶外空間植被覆蓋更少，更加空曠，學者們大都認為廣場朝向、廣場高寬比（H/W）、天空視覺因子（SVF）對廣場微氣候環(huán)境影響顯著[9-10]。劉偉毅[11]認為夏熱冬冷地區(qū)城市廣場普遍存在廣場布置對周圍建筑界面缺乏日照分析、鋪裝導(dǎo)熱系數(shù)較高等問題影響廣場的微氣候效應(yīng)，并提出應(yīng)對策略。

3.3 步行街道

街道朝向、街谷高寬比、斷面形式、天空可視域、植被分布、鋪裝是影響街道熱環(huán)境及行人熱舒適的重要因子。鄧寄豫[12]認為SVF對室外氣溫起主要的影響作用。胡悅?cè)A[13]研究表明，建筑圍合形式及其街旁建筑高度與街道寬度比值、植被陰影覆蓋對空間平均輻射溫度影響較大。由于街道中兩側(cè)建筑相對固定，因此有大量研究針對行道樹展開研究，利用行道樹控制SVF，探索具有更好微氣候效應(yīng)的種植模式[14-15]。

3.4 居住區(qū)

綠色植被、建筑布局形式對微氣候效應(yīng)的影響是居住區(qū)微氣候研究領(lǐng)域的主要內(nèi)容。住區(qū)環(huán)境是與城市居民生活最息息相關(guān)的公共空間。針對植被因素，研究者認為居住區(qū)綠地的溫濕度調(diào)控能力主要來自喬木[16-17]。建筑對住區(qū)微氣候的營造尤為重要，在建筑布局層面，研究學者認為建筑形式、建筑布局、建筑密度、建筑寬高比、建筑朝向、天空視圖因子是影響居住區(qū)微氣候的重要因素[6,18-20]。鄔尚霖等[21]認為優(yōu)化建筑界面形態(tài)能夠提高街谷風環(huán)境；陳珂珂等[22]探討了不同綠化和建筑布局對居住區(qū)內(nèi)部氣溫與風速的影響。

3.5 高校校園

在高校校園領(lǐng)域，微氣候研究主要關(guān)注綠化設(shè)施對微氣候的調(diào)節(jié)和人體熱舒適的研究，學者們從微氣候改善策略出發(fā)，提出相關(guān)理論。高校校園和居住區(qū)的小尺度綠地具有一定相似性，都受到建筑圍合形態(tài)的影響較大，但校園環(huán)境比住區(qū)承載更多人流，在微氣候環(huán)境改善方面要考慮人流、通行等問題[23]。

3.6 古典園林

古典園林的空間形態(tài)、建筑形式、水系特征、植物配置、場地地勢與微氣候的關(guān)聯(lián)性是學術(shù)界關(guān)注的重點。探究古典園林中的微氣候?qū)τ诶斫夤糯靾@智慧與啟示現(xiàn)代公園設(shè)計有重要意義。李慶華等[24]重點分析了園林中植物景觀在種植方式、生長方式及精神立意上營造微氣候的方式；張順德[25]研究了造園要素與微氣候的調(diào)控關(guān)系；薛思寒等[26]量化研究傳統(tǒng)嶺南庭園的氣候適應(yīng)性特征，提取4個具有代表性的類型化庭園空間，從郁閉度、水面積比例、景觀建筑方位、喬木組織方式、圍合建筑開口位置、庭院空間比例等方面較為全面地分析了傳統(tǒng)嶺南庭園空間的氣候適應(yīng)性特征，熊瑤等[27]歸納了各要素密度、布局形式、要素組合方式對古典園林微氣候的影響。

4 小結(jié)

從時間進程來看，國內(nèi)城市戶外微氣候研究呈快速增長態(tài)勢，相關(guān)研究已經(jīng)初顯豐富。從研究內(nèi)容來看，以下三個方面的成果相對豐富：（1）城市風景園林設(shè)計要素對城市戶外微氣候的影響關(guān)系總結(jié)；（2）利用數(shù)值模擬的數(shù)字化技術(shù)對微氣候熱舒適環(huán)境進行預(yù)測和分析；（3）從熱舒適度的角度探討城市戶外環(huán)境的改善提升。

然而，現(xiàn)有研究也存在以下不足之處：（1）目前公眾對微氣候設(shè)計需求的認知很少；（2）研究內(nèi)容并未廣泛應(yīng)用到城市規(guī)劃設(shè)計領(lǐng)域，宏觀視角下的整體城市微氣候調(diào)控；（3）目前的研究視角多致力于城市，相關(guān)研究還沒有廣泛應(yīng)用到鄉(xiāng)村小氣候環(huán)境營造和發(fā)展模式之中。

因此，在總結(jié)與參考眾多研究文獻基礎(chǔ)之上，本文認為研究領(lǐng)域可在以下問題中重點展開與完善：（1）如何在微氣候?qū)嶋H規(guī)劃設(shè)計中提高公眾參與性？（2）如何拓寬研究視角？（3）如何將較為成熟的城市研究成果更契合地應(yīng)用于鄉(xiāng)村研究中？

5 研究展望

5.1 以人為核心提升公眾認知與行為研究

景觀設(shè)計原則之一是以人為本，如何提升公眾對小氣候研究的認知并對其提出設(shè)計需求，具有一定研究價值。由于城市戶外溫度、風速、相對濕度等環(huán)境因子復(fù)雜多樣以及公眾個體的風俗習慣、文化背景、衣服熱阻值等差異性，人體舒適度評價復(fù)雜。完善人體熱舒適度評價體系應(yīng)當拓寬思路和視野：（1）相關(guān)文獻研究不僅要關(guān)注環(huán)境因素的影響，還應(yīng)進一步探討小氣候舒適度對人的行為的影響；（2）實驗時間可以延長，進一步研究城市微氣候在不同月份、季節(jié)對人體舒適度的影響；（3）針對非穩(wěn)態(tài)環(huán)境的舒適度的研究。

5.2 以多尺度視角拓展研究的時空范圍

國內(nèi)已有大量文章分析城市不同戶外空間的微氣候，但是研究內(nèi)容較少涉及到中尺度的范圍，在一定程度上限制了研究視角的多樣性和側(cè)重點。今后研究應(yīng)更充分地挖掘城市規(guī)劃中的建筑布局、特定高度空間區(qū)域、用地類型、通風廊道等因素對于局地微氣候的影響。應(yīng)加強長時間尺度范圍的研究，不僅應(yīng)涉及夏季、冬季等典型或極端氣象條件的研究，還應(yīng)涉及長時間和周期化的微氣候研究。綜合考慮不同地域、不同氣候條件下全年、四季、跨月度等長時間范圍的分析，完善時間序列上的動態(tài)性分析[28]。

5.3 以鄉(xiāng)村振興理念推動鄉(xiāng)村微氣候的發(fā)展

目前國內(nèi)微氣候研究主要針對城市地區(qū)，鄉(xiāng)村微氣候相關(guān)學術(shù)研究處于起步階段。由于城鄉(xiāng)地域性、物理環(huán)境因素的差異性，城鎮(zhèn)相關(guān)分析與評價研究不能適用于鄉(xiāng)村地區(qū)，因此鄉(xiāng)村微氣候的分析是不可或缺的重要環(huán)節(jié)。微氣候的研究今后應(yīng)和鄉(xiāng)村振興理念相結(jié)合，利用鄉(xiāng)村景觀基因理論[29]，判別人居環(huán)境景觀基因圖譜與微氣候之間的耦合關(guān)系，并進行數(shù)字化分析，為后續(xù)人居環(huán)境營建提供科學基礎(chǔ)。其次，鄉(xiāng)村微氣候研究與可現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)相結(jié)合，通過研究不同產(chǎn)業(yè)、不同類型的農(nóng)業(yè)微氣候特征，探究在何種模式和配置下，能夠降低能耗、營造適宜的微氣候條件，實現(xiàn)鄉(xiāng)村可持續(xù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。最后，鄉(xiāng)村微氣候應(yīng)與數(shù)字景觀相結(jié)合，順應(yīng)信息化、數(shù)字化、智能化發(fā)展的特征，結(jié)合鄉(xiāng)村環(huán)境大數(shù)據(jù)，科學營造出舒適的鄉(xiāng)村微氣候。

注：文中圖表均由作者自繪。