绿地对城市微气候影响研究现状
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摘要：城市热岛效应问题的日益凸显，极大地影响着人们的生产和生活，而街谷作为城市居民活动空间的重要载体，其中的绿地对改善城市气候环境、生态环境，缓解城市热岛效应有着重要作用。国外学者对城市气候的研究可以追溯到19世纪初，相较而言，我国的相关研究起步较晚，但得益于我国幅员辽阔，复杂多样的地形地貌造就了丰富的气候类型，这为微气候研究提供了多样的研究对象，研究进展得以加速。从街谷空间形态对城市微气候的影响和街谷绿地对城市微气候改善的效益2个方面综述了国内外学者针对城市微气候进行的相关研究进展，并在此基础上进行总结分析，对该领域未来的研究提出展望。
关键词：街谷绿地；城市微气候；绿化空间
1背景
城市化进程的加快，使得城市大气环境质量受到了极大的冲击。2015－2019年，全球平均气温升高了1.1℃，已远超十年前的预测和评估，全球变暖正在加速，极端天气事件不断频发。2019年6月，欧洲气温达到有记录以来最高值，法国、意大利等国家的气温平均值甚至高出历史记录6~10℃。同期，印度个别地方最高温度超过50℃，直接导致100人死亡[1]。而我国最近60年的平均温度以每10年上升0.23℃的速度在增长，为全球的2倍[2]。气候的恶化使得城市居民的日常生活不断受阻，极大地影响了城市居民的身心健康。城市热岛效应日益凸显，给人们的生产生活造成了一定影响。在此背景下，城市气候问题成了国内外社会十分重视的热点话题。城市街道是城市区域面积的主要组成，而街道与两侧的建筑物构成了街谷，街谷作为城市居民户外活动空间的重要组成部分，其良好的气候环境是提升居民活动意愿、增强城市活力的物质前提[3]。街谷中的绿地对城市气候环境有着显著的影响，在热岛效应最为显著的夏季高温天气条件下，绿地中的植物个体及群落能够通过吸收、反射太阳辐射以及蒸腾作用降低整个绿化空间的内部温度，增加相对湿度，进而改善整个街谷的气候环境[4]。由此可见，城市街谷绿化在改善城市生态环境、缓解城市热岛效应等方面都有着重要价值。植物个体以及群落所组成的绿化空间能够降温增湿，是发挥街谷绿地生态效益的关键。改善街谷绿化空间，在提高城市街道建设科学性的同时，也在促进城市朝着“以人为本”的规划设计方向可持续发展。19世纪以来，越来越多的专家学者注意到城市气候正在逐渐发生变化，而城市气候与城市居民的生活质量息息相关，这使得城市微气候的研究成为热点话题，引起了社会广泛关注。近年来，有关城市微气候的研究显著增多；研究点跨度大、维度多，然而彼此间并无较多关联；随着研究的不断深入，现今的城市微气候研究领域中，较为热门的研究方向有“人体舒适度”“ENVI-met模拟”“城市空间形态”等。国内外的专家学者对城市微气候研究的侧重点有所不同。国外的专家学者更多地认为，城市中不同空间类型的场所在微气候上有差异，他们更倾向于将这些场所的微气候进行比较研究。而我国的学者研究更多的是在不同大气候背景下的城市微气候之间的区别，这也是因为我国地域辽阔，本身有着复杂多样的气候类型。所以，我国城市街道微气候的研究虽然起步晚，但在这样得天独厚的先天优势下，研究进展快、势头猛。以下将从2个方面阐述国内外学者针对街谷绿地对城市微气候影响的相关研究进展。
2街谷空间形态对城市微气候影响相关研究
街谷空间由多方面构成：蓝、绿色基础设施，景观构筑物，建筑材质等；不同用地性质的街谷空间结构也存在差异，这些要素都会影响城市微气候的形成[5]。不同学者分别从不同的角度对街谷微气候展开研究。从街谷的长宽比、高宽比及走向出发。Johansson等[6]通过收集摩洛哥菲斯市新、旧城的系列数据并分析，比较城市形态参数（包括建筑高度、朝向、间距、街谷高宽比等）与微气候参数（例如微气温、湿度、风速及生理等效温度值等）之间的关系，推出结论：较大长宽比的街谷空间能在外部空间温度过高时保证街谷内部的微气候质量。紧凑型街谷空间在夏季高温天气的夜间能形成比较凉爽、湿润的小气候；在冬季能提供较暖的条件。而宽阔开放的街谷空间比起紧凑型街谷空间，出现白天升温快、晚上降温快的现象。人体舒适度方面，紧凑型街谷空间可以显著提高行人的人体舒适度。这意味着人们可以通过调整高宽比的方式来优化步行街垂直方向的温度分布与风速分布，从而改善街谷微气候，使得居民得到更高的舒适度。南北朝向的街谷调节效应要强于东西朝向。不同用地性质的街谷空间在微气候方面也存在着差异，有研究显示，传统城市聚集区的街谷微气候舒适度要高于现代城市聚集区。街谷的高宽比以及走向决定了街谷的被动散热，从而影响城市微气候的形成。建筑立面和街道路面由于对太阳辐射的反射率不同，从而影响着街谷微气候。城市微气候的理论知识逐渐丰富，其中城市形态对城市微气候的影响受到了广泛关注。前有学者从城市的肌理形态量化、街谷空间形态特征、街谷空间几何形态要素等入手，研究它们与微气候之间的关联。也有人运用热舒适模拟的方法，在研究结果基础上对城市公共空间的布局提出合理建议，助力打造使得城市居民感到舒适的公共空间。在街谷中，建筑对日照、风等微气候要素会起到遮挡、阻拦的影响，即日照、风在街谷中的分布状况受到了街区布局的影响，街道的高宽比、朝向和天空视角系数直接影响着这些要素，影响着街谷内的微气候。城市街谷空间的微气候环境一方面受到街谷所处周边环境的影响，另一方面街谷本身的空间形式特征对于街谷的微气候影响也较大。有学者利用ENVI-met软件模拟分析步行街空间形式与微气候环境的关联性，数据显示，街区不同空间性质、结构、分布都在一定程度上影响着街区内部的微气候要素。街谷走向直接影响着其区域内的日照条件和风向，南北向的街谷因为日照时间相较更长，所以热环境会比东西向街谷更差。也有研究指出，辐射热损失在深层峡中会逐渐减少。盛行风向与街谷走向关系可分为垂直、倾斜与平行3种。不同的情况所带来的影响也不同。多样的街谷围合方式相比于单一的条状街谷，存在更多影响日照与风向的因素并会出现微气候因子的变化。由以上众多研究可总结出，街谷的空间形态对其微气候有着重要影响，街道热环境的改善，可以从街谷长宽比、街谷走向、街谷内建筑布局等方面着手。
3街谷绿化空间对城市微气候改善的效益相关研究
对于城市绿地具有减缓热岛效应的生态功能，国内外已有大量的实证研究。植物群落是城市绿地的组成要素，也是城市绿地发挥生态效益的基本单元。综合众多学者对植物调节机制从各方面的深入研究，植物主要通过遮挡辐射、蒸腾作用、改变风环境等方面对热环境进行调控[7]，街谷微气候环境的变化会随着街谷绿化的空间结构、郁闭度等的变化而变化。宏观角度的绿地类型以及布局模式到微观角度的绿化空间结构、树种都能一定程度地调节微气候环境。绿地的整体布局形态对城市气候环境具有显著的影响，绿地面积的大小能够有效地影响城市气温、城市风速以及城市湿度的改变。有研究表明，对比集中型绿地布局，分散型布局的绿地调节作用更加显著。牛凯等[8]以郑州市街道两侧带状绿地为研究对象，比较不同空间结构类型中的带状绿地，结果表明，乔灌草搭配的绿地降温增湿的作用最大，而硬化广场对降温增湿的促进作用最小。分散型、破碎化的绿化包括行道树、街旁绿地、建筑和附属绿地。结果指出，在城市中，绿地对微气候起到调节作用，绿地平均面积的大小与调节作用成正比，绿地破碎化指数与调节作用成反比。街道绿地作为破碎绿地，平面布局对其微气候效应的产生起到了决定性作用。城市街道用地范围空间有限，在其范围内除安排车行道、人行道、道路绿化外，还需安排许多市政公用设施。合理安排树木的种植和配置结构，能发挥绿色植物在改善城市生态环境方面的重要功能。植物个体以及其组成的植物群落共同构成了整体的绿化空间，绿化空间内郁闭度的不同，使得绿地的降温增湿效果存在显著差异。朱春阳等[9]对北京5种不同郁闭度的带状绿地进行研究，发现绿地的降温增湿效应随着郁闭度的增高而增高，当郁闭度超过67%时，绿地降温增湿效应显著且趋于稳定。潘剑彬等[4]以北京奥林匹克森林公园绿地为研究对象，将热舒适度作为参数，表明热舒适度的空间关联性在局地内表现显著，且其标准值与群落郁闭度呈现正相关关系。但这样的正相关关系须在一定范围内，如若郁闭度过大，对降温增湿并不会有质的飞跃，而绿地建设成本却会大大上涨。因此，在绿地种植中，郁闭度超过67%已是理想状态，可以有效降温增湿，也不会对下层植物的生长造成阻碍。叶面积指数大小、冠幅、树高等植物的物力属性，使树种之间产生个体差异。有学者对地中海城市进行实测实验，发现在夏季，树木对温度的调控能力远大于冬季气温的保温能力，且在树种选择上，将优先考虑落叶树种。卫笑等[10]以武汉典型居住小区为研究对象，发现当植物间高宽比（AspectRatioofTrees，ART）通过对风速的阻挡而影响户外热舒适度，且叶面积指数大、树冠大的高大乔木，有较强的温度调节能力。随着研究的进一步深入，有学者发现，树冠通过衰减太阳辐射、控制风速等作用对改善热舒适度有着显著作用。在理想状态下，“上大下小”型的倒卵形和倒三角形树冠的乔木群落降温增湿强度最高，人体热舒适度体验也最好。从空间特征角度解析植物群落的结构变化，常从垂直结构和水平结构2个类型着手，比较分析不同结构下植物群落的生态效益。水平结构常指植物群落内植被的种植数量和方式，垂直结构常指植物群落内物种的配置模式。垂直结构模式常见的有为乔木、乔木-草本、乔木-灌木-草本、灌木-草4种结构模式。乔木-灌木-草本结构对热环境的优化作用较优于其他3种，试验街谷绿地中最佳植物配置，应从乔木-灌木-草本结构入手，对不同形态、高度的乔木、灌木进行配置和比较。
4总结与展望
纵观前人研究，国内外有关城市微气候领域的发展逐渐走向成熟，研究区域囊括了对大尺度的环境到中小尺度微环境的研究，在研究内容方面，从场地类型的研究逐步深化到对场地要素进行细化分析，研究方法也从单一的实地观测法到与数值模拟法的互相结合。街谷空间是中小尺度微环境领域的热门研究对象，但对于街谷微气候的研究分析大部分局限在单一维度，没有综合分析整个街谷空间的微气候变化。绿化作为街谷空间重要组成要素，逐渐成为城市微气候领域研究的焦点。然而有关此方面的研究大部分主要集中在对绿地内部降温效果的局限观测，对于绿地中植物所组成的绿化空间特征（包括树种组成、垂直结构等要素）对区域气候的降温增湿效果间的比较研究较少。同时对于城市空间形态的研究主要集中在街谷走向、建筑朝向、建筑密度等。对于街谷空间与绿化结构同时作用优化微气候考虑的研究较少。综上可知，在现有研究中，从绿化空间特征切入，研究其对街谷空间微气候调节的影响这部分内容稍显单薄，在补充这方面研究时，应同时结合城市街谷的空间形态变化，为街道空间设计补充理论设计指导。街谷对城市微气候的调节有着极大的影响，街谷设计应在理论研究的指导下，综合多方面要素，使街谷绿地发挥出最大效益，助力改善城市气候环境、生态环境，提升居民幸福感。
作者:王著森 徐雅露 蒋鹏远 吴渝 许亦竣 陈倩婷 吴倩倩 单位:浙江农林大学风景园林与建筑学院
