冶建明，相萬年，賀明陽，朱現(xiàn)偉

（石河子大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，新疆石河子 832000）

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，城市建設(shè)如火如荼，傳統(tǒng)村落模式已經(jīng)不能順應(yīng)如今社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人口的轉(zhuǎn)移、勞動力的缺失都已造成部分傳統(tǒng)聚落的蕭條甚至消失?，F(xiàn)今，針對傳統(tǒng)聚落的相關(guān)研究，多數(shù)學(xué)者把目光聚焦于南方聚落，而對西北地區(qū)研究甚少。吐魯番塔格托維村由于其特殊的地理位置及山勢特點(diǎn)，成為我國降水最少、最干旱的聚落之一。如今，人們高耗能的生活以及能源日益緊張成為了主要問題，在居住建筑中夏季降溫與冬季取暖占據(jù)了建筑耗能的一半以上。本文利用氣象軟件分析吐魯番塔格托維村的自然環(huán)境，有助于遏制其人居環(huán)境的不利發(fā)展，對于指導(dǎo)未來鄉(xiāng)村聚落的保護(hù)與發(fā)展具有重要意義[1-3]。

表1 塔格托維村聚落空間組團(tuán)

1 研究區(qū)概況

塔格托維村位于新疆吐魯番西南側(cè)的亞爾鄉(xiāng)。東臨新城東門村，南接色依提迪汗村，西有黑山，北與托萬克亞爾村相接。南面有202省道、010鄉(xiāng)道，交通便利，地理位置優(yōu)勢明顯。塔格托維村居住用地為組團(tuán)式，各組團(tuán)之間通過道路及地形作為分隔，有明顯界限，呈現(xiàn)出不同的平面形式。由于各個組團(tuán)用地情況不同，本文將其劃分為五個不同的組團(tuán)（表1）。

2 數(shù)字化模型構(gòu)建及氣象數(shù)據(jù)獲取

ENVI-met是由德國Michael Bruse開發(fā)的一種三維動態(tài)微氣候模型，該模型可以綜合考慮風(fēng)速、風(fēng)向、空氣溫度、濕度、湍流、輻射量、生物氣候等變量因子，進(jìn)而建立典型的城市柵格模型，計(jì)算模擬城市環(huán)境中實(shí)體表面、植被、空氣的相互作用。本文通過中國天氣數(shù)據(jù)網(wǎng)站獲取模擬地點(diǎn)2019年氣象天氣數(shù)據(jù)資料，分析過程中將氣象數(shù)據(jù)中的溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等參數(shù)導(dǎo)入ENVI-met軟件中進(jìn)行模擬[4-5]。

采用不同尺度進(jìn)行建模，以塔格托維村整體為對象，大尺度分析塔格托維村整體熱舒適性，小尺度分析塔格托維村各個組團(tuán)熱舒適性（表2）。

表2 仿真模型示意

3 塔格托維村不同尺度下仿真模擬結(jié)果分析

3.1 塔格托維村微氣候模擬分析

塔格托維村溫度模擬分布顯示，黑山周圍溫度比大氣溫度低。黑山可以抵擋部分太陽輻射，使其周圍溫度相對較低，但溫度變化并不明顯。農(nóng)作物的蒸騰作用使周圍環(huán)境溫度降低，與模擬溫度相差3℃左右。濕度模擬分布顯示，在最小相對濕度為10%的情況下，農(nóng)田作物的濕度最高達(dá)到17%，顯著提高了塔格托維村聚落西南方向的空氣濕度。受到黑山下山風(fēng)的影響，西南作物蒸發(fā)到大氣中的水分會隨風(fēng)進(jìn)入塔格托維村，提高塔格托維村內(nèi)的濕度，濕度可以達(dá)到14%左右。風(fēng)速模擬分布顯示，在塔格托維村黑山及周邊居住區(qū)，風(fēng)速流動較小。在塔格托維村內(nèi)部街巷空間中，狹長的街巷促使氣體流動，產(chǎn)生窩風(fēng)，風(fēng)速增加顯著。由模擬風(fēng)速分布圖可以看出，建筑之間的風(fēng)速為1.3m/s左右，屬于人們可以接受的范圍。PMV模擬分布圖顯示，塔格托維村相對舒適區(qū)域在黑山下及中心區(qū)域附近，PMV值為1左右，此處靠近山脈，同時(shí)植物分布密集。由此可見，農(nóng)作物對改善聚落微氣候有著良好的效果，可以營造更加舒適的空間環(huán)境（表3）。

表3 塔格托維村微氣候模擬分布

3.2 組團(tuán)微氣候模擬分析

溫度模擬分析。組團(tuán)1以北為塔格托維村農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地，由于作物的影響，此處溫度較低，在37℃左右。南面溫度相對較高，在39℃左右。組團(tuán)2是塔格托維村新建規(guī)劃區(qū)域，由溫度分布云圖可以看出，居委會東側(cè)溫度比西側(cè)溫度低。學(xué)校西側(cè)場地開闊，陽光直射時(shí)間長，場地溫度較高，在40℃左右。組團(tuán)3周圍沒有大面積植物，溫度變化不明顯，在41℃左右。組團(tuán)4呈帶狀分布，東西兩側(cè)有大面積的葡萄地及部分喬木。植物的蒸騰作用使得周圍最低氣溫在37℃左右，與仿真模擬輸入溫度相比降低了5℃，組團(tuán)整體的環(huán)境溫度在40℃左右。組團(tuán)5位于黑山之下，民居相對較少。風(fēng)從黑山向下流動，帶走部分熱量，溫度在40℃左右。

濕度模擬分析。組團(tuán)1受農(nóng)作物蒸騰作用影響，濕度在13%左右。組團(tuán)2因?yàn)槭切陆ㄒ?guī)劃區(qū)域，所以相比較其他組團(tuán)濕度略低，為11%左右。組團(tuán)3建筑物較多，植被較少。東側(cè)和南側(cè)濕度相對較高，整體濕度在12%左右。組團(tuán)4西側(cè)有防護(hù)林，濕度在17%左右；東側(cè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地，濕度在20%左右；該組團(tuán)整體濕度高于其他組團(tuán)，改善了周邊小氣候，提高了居民的舒適性。組團(tuán)5受地形的影響，建筑植被稀少，組團(tuán)整體濕度變化不顯著，在12%左右。

風(fēng)速模擬分析。組團(tuán)1東面風(fēng)速較大，在3.8m/s左右；民居周圍風(fēng)速較小，在1.9m/s左右；北面種植作物，阻擋了氣體的流動，風(fēng)速相對較低。組團(tuán)2受居委會和學(xué)校建筑高度的影響，氣體在組團(tuán)內(nèi)受到阻礙，導(dǎo)致建筑東側(cè)風(fēng)速較大，在4.3m/s左右，西側(cè)風(fēng)速在1.5m/s左右。組團(tuán)3建筑物密集，氣體不能很好地流通，風(fēng)速變化不顯著，在2m/s左右。組團(tuán)4左側(cè)的防護(hù)林起到了較好阻擋作用，使得該組團(tuán)左側(cè)風(fēng)速在1.6m/s，越往西，風(fēng)速越大，到4.8m/s左右。組團(tuán)5中建筑物的間距較大，容易形成窩風(fēng)，增加了氣體的流動速度，建筑物周圍的風(fēng)速大小在3m/s左右。

PMV模擬分析。組團(tuán)1建筑周圍的PMV數(shù)值在2.3左右。在組團(tuán)東、北兩個方向，PMV數(shù)值為2.9左右；在組團(tuán)西邊，PMV數(shù)值在3.4左右，會讓人感到燥熱、不舒適。組團(tuán)2整體PMV數(shù)值在3.2左右，居委會東側(cè)受行道樹的影響，PMV數(shù)值略低。組團(tuán)3以東為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地，PMV數(shù)值接近2.4。組團(tuán)4中道路把組團(tuán)劃分為東西兩個片區(qū)，西片區(qū)主要受防護(hù)林影響，PMV數(shù)值在2.5左右；東片區(qū)PMV數(shù)值在2.1左右，更加接近舒適的數(shù)值。組團(tuán)5受黑山的影響，PMV數(shù)值較低，在2.6左右。越靠近黑山，PMV數(shù)值增加越大。由于黑山土壤的比熱容相對較低，在受到陽光強(qiáng)烈照射后，地表溫度迅速升高，且高于周圍環(huán)境溫度，會讓人們感到不適（表4）。

表4 組團(tuán)微氣候模擬分布

4 結(jié)論

（1）塔格托維村整體分析表明，該聚落氣候適應(yīng)性相對較好。在受到太陽強(qiáng)烈照射下，黑山地表溫度迅速升高，且高于周圍環(huán)境溫度。受黑山下山風(fēng)的影響，黑山周圍部分熱量隨風(fēng)進(jìn)入塔格托維村內(nèi)部，使其內(nèi)部溫度升高，降低了人們的舒適度。建筑之間間距過小，氣體不易流動，通風(fēng)條件有待改善。農(nóng)作物和防護(hù)林在高溫環(huán)境中有顯著的降溫增濕效果，可改變周圍小氣候，提高舒適度。

（2）組團(tuán)模擬分析表明，由于各組團(tuán)內(nèi)部環(huán)境不同，使得組團(tuán)之間存在差異。組團(tuán)1由于北部受農(nóng)作物及防護(hù)林的影響，降溫增濕效果明顯，舒適度提高。組團(tuán)2場地開闊，日照直射時(shí)間長，地表溫度相對較高。組團(tuán)3建筑密集，植被稀少，通風(fēng)不便，微氣候環(huán)境需要改善。組團(tuán)4東西兩側(cè)受農(nóng)作物及防護(hù)林的影響，舒適度相對較高。風(fēng)使黑山上的熱量向東流動，導(dǎo)致其附近的組團(tuán)5溫度較高。

5 塔格托維村傳統(tǒng)聚落氣候適應(yīng)性優(yōu)化策略

建筑應(yīng)該因地形而建，密集的建筑布局在夏季有利于遮擋強(qiáng)烈輻射，冬季可以防冷風(fēng)。建筑互相遮擋可以形成更多的陰影空間，改善周圍小環(huán)境，增加人們的舒適感。建筑要注重最佳朝向、陽光直射時(shí)間的長短。在建筑的南面靠近外墻適當(dāng)?shù)胤N植落葉喬木，西面同時(shí)種植茂密的喬木和灌木，院落中植物多采用藤蔓植物形成綠墻，比如葡萄、爬山虎等。在主導(dǎo)風(fēng)向上，配植防護(hù)林、植物群、植物帶。夏季樹冠起遮陽降溫作用，冬季落葉后可透射陽光，不影響太陽輻射得熱。在設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過誘導(dǎo)通風(fēng)的方式來改善建筑內(nèi)部環(huán)境，比如建筑南北向窗戶相對布置，設(shè)置合適的大小以及合適的開窗角度，設(shè)置通風(fēng)道，增強(qiáng)室內(nèi)氣流轉(zhuǎn)換。這樣，形成的氣流不僅能提高室內(nèi)舒適氣溫上限，還可以將涼空氣引入室內(nèi)，降低氣溫，提高舒適度，起雙重作用。為了避免形成局部強(qiáng)風(fēng)，相鄰建筑高度變化不宜過大，如果基地內(nèi)有各種高度的建筑，宜采用逐漸變化的建筑高度來過渡。