張 俊

（長江大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖北荊州 425300）

1 研究概述

1.1 研究背景

隨著城市的發(fā)展，人們越來越注重生活的品質(zhì)。研究微氣候是改善人居環(huán)境的重要途徑。微氣候是小范圍內(nèi)的地區(qū)性氣候，與人們生活密切相關(guān)，而且較易定量化研究。風(fēng)景園林作為人居環(huán)境科學(xué)三大學(xué)科之一，微氣候的研究成為風(fēng)景園林學(xué)科的熱點話題之一[1]。它最早由城市規(guī)劃學(xué)科在19 世紀(jì)初通過城市形態(tài)建設(shè)和區(qū)域氣候條件相結(jié)合展開研究，近年來，風(fēng)景園林學(xué)者在微氣候的大背景下開始對城市空間和更小尺度下微氣候環(huán)境進(jìn)行研究。

1.2 研究方法

CiteSpace 軟件是對文獻(xiàn)進(jìn)行量化分析的重要工具，通過量化分析和解讀文獻(xiàn)內(nèi)容，并以知識圖譜的直觀形式展示研究對象的發(fā)展過程和結(jié)構(gòu)關(guān)系。CiteSpace 主要提供3 種文獻(xiàn)計量方法：①合作圖譜，以研究某領(lǐng)域的作者、機(jī)構(gòu)、國家間的社會關(guān)系來間接評價這三者的學(xué)術(shù)影響力；②共現(xiàn)圖譜，以關(guān)鍵詞為核心分析前沿、熱點與熱點演變；③共引圖譜，以文獻(xiàn)為核心分析研究領(lǐng)域的代表性文獻(xiàn)和相互關(guān)系?？梢暬Y(jié)果以聚類視圖、時間線視圖、時區(qū)視圖3 種途徑輸出。用CiteSpace 軟件對近10 年風(fēng)景園林方向微氣候研究文獻(xiàn)進(jìn)行分析和總結(jié)，并以共現(xiàn)圖譜和聚類視圖及時區(qū)視圖為可視化表達(dá)，研究微氣候發(fā)展熱點，并對其繼續(xù)發(fā)展作一定的預(yù)測，經(jīng)學(xué)者研究提供參考[2]。

本研究以近10 年的風(fēng)景園林方向微氣候研究文獻(xiàn)為對象，通過共現(xiàn)圖譜研究歷年研究熱點，并以時區(qū)視圖得出研究熱點之間的發(fā)展關(guān)系，以此為參考，預(yù)測該方向接下來的研究趨勢。

2 材料與方法

2.1 文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來源

在中國知網(wǎng)以“微氣候”為關(guān)鍵詞，設(shè)置范圍為基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究、技術(shù)研究、工程研究、技術(shù)開發(fā)以及行業(yè)技術(shù)發(fā)展與評論，搜索學(xué)科為建筑科學(xué)與工程、氣象學(xué)、環(huán)境科學(xué)與資源利用、林業(yè)、安全科學(xué)與災(zāi)害防治以及植物保護(hù)，得到1021 篇文獻(xiàn)。

2.2 文獻(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計

2.2.1 發(fā)表年度分析。由圖1 可知，文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量自2011 年開始提升，這個時候也是風(fēng)景園林學(xué)科與微氣候研究開始結(jié)合的時間段。由此也說明，除了檢索出的關(guān)鍵詞，在論文發(fā)表的時間段上，以微氣候為搜索關(guān)鍵詞，比以小氣候為關(guān)鍵詞更加貼合風(fēng)景園林研究方向。文獻(xiàn)發(fā)表在2016 年之后逐漸穩(wěn)定，也說明微氣候研究已經(jīng)進(jìn)入到細(xì)化研究階段，趨勢分析對今后學(xué)者研究很有必要。

圖1 年度發(fā)文趨勢分析（圖片來源：作者自繪）

圖2 發(fā)文來源統(tǒng)計（圖片來源：作者自繪）

2.2.2 文獻(xiàn)來源分析。如圖2 所示，微氣候研究發(fā)表的文獻(xiàn)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的數(shù)量占據(jù)優(yōu)勢，占17.25%，華南理工大學(xué)占9.54%，這兩所高校在地理上的位置處在中國的南方和北方。所以在文獻(xiàn)分析時發(fā)現(xiàn)，微氣候的研究也隨著高校的位置而表現(xiàn)出地區(qū)性變化。微氣候是一個學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，所以文獻(xiàn)來源也較為廣泛，研究高校主要有西安建筑科技大學(xué)（8.26%）、天津大學(xué)（4.95%）、重慶大學(xué)（4.77%）、西安交通大學(xué)（4.59%）、北京林業(yè)大學(xué)（3.12%）。相關(guān)期刊雜志主要有中國園林（4.77%）、建筑科學(xué)（2.94%）、風(fēng)景園林（2.75%）、中外建筑（2.20%）。

2.2.3 機(jī)構(gòu)及作者分析。從研究機(jī)構(gòu)來看，哈爾濱工業(yè)大學(xué)發(fā)表數(shù)量最多。但從發(fā)表作者來看，同濟(jì)大學(xué)的劉濱誼教授個人最多，側(cè)面說明哈爾濱工業(yè)大學(xué)的微氣候研究已有了堅實的基礎(chǔ)，而同濟(jì)大學(xué)的微氣候研究以劉濱誼教授為主，其他類似于哈爾濱工業(yè)大學(xué)的發(fā)文數(shù)量較多的還有華南理工大學(xué)（見圖3、圖4）。

圖3 發(fā)文作者統(tǒng)計（圖片來源：作者自繪）

圖4 發(fā)文機(jī)構(gòu)統(tǒng)計（圖片來源：作者自繪）

3 相關(guān)研究

通過對關(guān)鍵詞的共現(xiàn)分析，可以發(fā)現(xiàn)在微氣候的研究進(jìn)展中，已經(jīng)形成了幾個研究小類，這是在微氣候研究大背景下的組成分析，為微氣候的定量分析作出了探索（見圖5）。

3.1 氣候適應(yīng)性

圖5 聚類分析（來源：作者自繪）

氣候適應(yīng)是指在某地區(qū)氣候條件下，通過設(shè)計方面的改造，使其能夠適應(yīng)氣候條件，減少氣候?qū)θ司迎h(huán)境的影響或者是對生產(chǎn)生活的影響。從本研究搜索文獻(xiàn)資料來看，氣候適應(yīng)性自2010 年出現(xiàn)以后，在設(shè)計層面對風(fēng)景園林學(xué)科微氣候研究有一定的指導(dǎo)性。氣候適應(yīng)與人居環(huán)境十分貼切，所以楊樹紅等[3]學(xué)者在2010 年相關(guān)研究中，通過氣候適應(yīng)研究了熱舒適方面的內(nèi)容。在人居環(huán)境的研究中，2011 年有文章對傳統(tǒng)名居的空間形態(tài)進(jìn)行了分析[4]。此類研究較為全面的是關(guān)于中國古典園林的空間營造，通過對古典園林疊山理水、房屋朝向、植物配置進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)古典園林里的空間營造很大程度上適應(yīng)了當(dāng)?shù)氐臍夂?。由此向外發(fā)散，王碧薇[5]對城市廣場進(jìn)行了研究，鑒于城市廣場的特殊性，所以設(shè)計策略大多為提高遮蔭和散熱作用。除了城市廣場還有其他城市空間，例如街道空間，李靜薇等[6]學(xué)者對其進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)街道朝向和建筑比例及植物搭配均對街道空間的微氣候有影響。

3.2 ENVI-met 軟件

ENVI-met 是城市微氣候模擬工具，通過在軟件內(nèi)搭建模型、設(shè)置參數(shù)，便可對設(shè)計環(huán)境的風(fēng)向、污染物等數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測。通過ENVI-met 軟件，可以對設(shè)計場地進(jìn)行模擬和對已建場地的改善策略探討。在2015年，秦文翠利用ENVI-met 軟件研究了地下空間和歷史街區(qū)的更新設(shè)計策略，到2019 年，已經(jīng)有對城市道路肌理進(jìn)行的研究。

3.3 風(fēng)環(huán)境

在本研究對象中，風(fēng)環(huán)境作為氣候適應(yīng)性的研究子方向，在2010 年與氣候適應(yīng)性一起出現(xiàn)之后，發(fā)展為地區(qū)性研究，主要用來改善城市居住區(qū)的環(huán)境條件。在大多數(shù)微氣候研究中，溫度的降低或者升高是主要策略之一，風(fēng)環(huán)境作為能被人體直觀感受的自然條件，在其觀念提出之后便有學(xué)者對此進(jìn)行研究，研究成果也相對集中。

3.4 熱環(huán)境

熱環(huán)境是指由太陽輻射、氣溫、周圍物體表面溫度、相對濕度與氣流速度等物理因素組成，影響人的冷熱感和環(huán)境的健康。熱環(huán)境的評價與人的主觀感受有關(guān)，因此關(guān)于人體舒適度的研究在熱環(huán)境概念提出之后便有發(fā)表。熱環(huán)境與人們的生活環(huán)境密切相關(guān)，表現(xiàn)在居住區(qū)[7]的溫度研究，地表溫度和局部氣候的溫度變化上。上升到城市方面，體現(xiàn)在城市熱島、下墊面的研究上。

3.5 熱舒適

熱舒適[8]是人對周圍環(huán)境所做的主觀滿意度評價。一般情況下，可以直接采用熱舒適測試系統(tǒng)現(xiàn)場測試室內(nèi)干球溫度、相對濕度、風(fēng)速等熱環(huán)境參數(shù)，再結(jié)合以問卷方式和ASHRAE 的7 級熱舒適指標(biāo)，調(diào)查記錄居民的熱感覺，也可以得出熱環(huán)境分布情況。由于人的個體差異，滿足所有個體熱舒適要求的熱環(huán)境是不可能存在的。因此任何室內(nèi)氣候必須盡可能滿足大部分人群的舒適要求。人的主觀適應(yīng)性可以被認(rèn)為是產(chǎn)生實驗室研究和實地測試的結(jié)果差異的一個主要原因，因為這種適應(yīng)性包括生理的適應(yīng)性和行為的適應(yīng)性。有關(guān)文獻(xiàn)就曾指出熱感覺的評判在很大程度上取決于人員背景和對環(huán)境的一種期望。所以，舒適性研究應(yīng)該既有實驗室的實驗，又不能忽略實地的測試分析。他們認(rèn)為建筑形式、氣候、種族等因素的差異可能造成世界各地人們在相同的熱環(huán)境中熱感覺不同，對熱舒適性的要求也不同。

3.6 數(shù)值模擬

在現(xiàn)在的微氣候研究中，實地測量雖然所得的數(shù)據(jù)直觀可靠，但是工作量非常巨大，在某些條件下難以滿足。所以在現(xiàn)在的研究中，利用計算機(jī)技術(shù)對場地條件進(jìn)行模擬，在一定程度上可以代表實際的研究效果。除了對場地的測量外，利用數(shù)值模擬對設(shè)計場地進(jìn)行研究也是非?？傻降摹，F(xiàn)在的數(shù)值模擬軟件分為CTTC（非計算流體力學(xué)）和CFD（計算流體力學(xué)）。不同的數(shù)值模擬軟件對小場地（例如城市道路）到城市形態(tài)和建筑因子進(jìn)行模擬研究都提供了可行的研究途徑。

3.7 城市微氣候

城市是人類文明的重要組成部分，城市環(huán)境是居民生活的基礎(chǔ)。隨著城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，城市問題激增，人們對生活條件的把控越來越科學(xué)化，人們迫切需要一個適宜的生存環(huán)境。城市微氣候研究的是一個城市的微氣候?qū)Υ髿夂虻挠绊?。由外向?nèi)，微氣候研究直接與城市居民生活相關(guān)，郭立偉等[9]學(xué)者對城市環(huán)境進(jìn)行研究，研究內(nèi)容從大城市形態(tài)到城市建筑物。城市微氣候的相關(guān)研究從城市綠地到城市公園，研究對象越來越具體，從城市形態(tài)到城市街區(qū)，從研究人體舒適度到研究設(shè)計出適合人們生存相關(guān)的城市環(huán)境。

4 研究方向預(yù)測

表1 年度關(guān)鍵詞

通過對近10 年的文獻(xiàn)進(jìn)行的共現(xiàn)分析和時區(qū)圖譜，研究熱點之間的聯(lián)系關(guān)系，探討微氣候?qū)淼难芯糠较颍ㄒ姳?）。

4.1 地區(qū)性研究

通過對所選文獻(xiàn)的時區(qū)視圖可以看出，微氣候的研究在地區(qū)氣候上呈現(xiàn)出從北往南的趨勢。因為國內(nèi)微氣候研究高校哈爾濱工業(yè)大學(xué)地處中國北方，所以在嚴(yán)寒地區(qū)微氣候研究較多（見圖6），研究方向為街區(qū)尺度下的熱舒適相關(guān)內(nèi)容。而后另一所高校華南理工大學(xué)地處中國南方，所以研究地區(qū)變?yōu)闈駸岬貐^(qū)（見圖7），研究關(guān)注點為中尺度公園綠地和植物結(jié)構(gòu)上。其他高校也對其校區(qū)所處的環(huán)境條件有所研究，但沒有哈爾濱工業(yè)大學(xué)和華南理工大學(xué)研究得那么具體。除了嚴(yán)寒地區(qū)和濕熱地區(qū)這種代表性地區(qū)氣候外，張超[10]和許亙昱[11]分別研究了夏熱冬冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)的微氣候研究，研究內(nèi)容從住宅外部環(huán)境到水體布局和綠化結(jié)構(gòu)。到2019 年，研究地區(qū)性已經(jīng)延伸到局部地區(qū)（見圖8）。例如賴寒等[12]學(xué)者通過模擬軟件開始研究街區(qū)尺度下的微氣候和設(shè)計方向上的校園外部環(huán)境微氣候。綜上所述，對具有代表性的地區(qū)的微氣候探討也是研究的重點之一。

圖6 嚴(yán)寒地區(qū)時區(qū)圖（圖片來源：作者自繪）

圖7 濕熱地區(qū)時區(qū)圖（圖片來源：作者自繪）

圖8 局地氣候時區(qū)圖（圖片來源：作者自繪）

4.2 數(shù)值模擬

數(shù)值模擬方面是微氣候研究的重要方面，微氣候的研究有時會受到場地自身的限制，不能實地進(jìn)行改善條件的實踐。模擬軟件很大程度上緩解了這個問題，由于軟件自身的科學(xué)性也為學(xué)者研究提供了一定的理論支撐。ENVI-met 軟件作為數(shù)值模擬方向的代表研究軟件（見圖9）。如圖9 所示，ENVI-met 軟件成為微氣候研究的橋梁之一。數(shù)值模擬軟件除了ENVI-met 之外，還有CFD 模擬技術(shù)（見圖10）。CFD 模擬軟件在建筑因子模擬方面比ENVI-met 軟件更為科學(xué)。例如楊揚(yáng)[13]提供了CFD 模擬探討優(yōu)化策略，研究居住區(qū)設(shè)計的最優(yōu)方案，在大范圍上研究城市空間形態(tài)?，F(xiàn)有的模擬軟件大概有7 種，來自不同的國家和學(xué)者，研究環(huán)境分為建筑、熱環(huán)境、光環(huán)境和聲環(huán)境。這些環(huán)境模擬軟件在一定程度上指導(dǎo)了生態(tài)城市建設(shè)和建筑設(shè)計。在城市形態(tài)上模擬建筑朝向，分析城市肌理特征，細(xì)化到城市街道的高寬比、建筑物表面、地面材質(zhì)，以此來探究微氣候的最佳設(shè)計策略。

已經(jīng)推行的軟件也引起了學(xué)者的廣泛探討，如段艷文[14]等學(xué)者對模擬軟件的科學(xué)性存在爭議，由于軟件開發(fā)者的國籍和語言及所處背景環(huán)境不同，導(dǎo)致其他地區(qū)的學(xué)者來應(yīng)用這些軟件有一定的困難。所以對于將來的數(shù)值模擬軟件來說，軟件本身的科學(xué)性是一方面，軟件本身的兼容性也是軟件推廣的亮點之一。所以將來如果出現(xiàn)一款本身兼容性高，操作簡單，建模計算功能全面，能夠協(xié)同使用的數(shù)值模擬軟件，必然會成為推動微氣候發(fā)展的動力。

4.3 熱舒適與城市設(shè)計

熱舒適是微氣候研究的衡量標(biāo)準(zhǔn)之一，熱舒適的判斷有人的主觀因素，受地區(qū)，年齡諸多要素影響?，F(xiàn)在的熱舒適指標(biāo)判定有2 種方式：一種是經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，例如黑球模型，通過測量黑球的溫度來判斷；另外一種是熱平衡模型，通過人體熱量平衡原理來測定。在現(xiàn)有文獻(xiàn)中，熱舒適多采用調(diào)查問卷的形式，這樣得到的數(shù)據(jù)直觀可靠，但過程繁瑣。除了熱舒適的判定，與之相對的熱環(huán)境研究也是微氣候研究熱點，但是現(xiàn)在研究進(jìn)入到了細(xì)化環(huán)境階段。因為研究者多處于城市環(huán)境中，所以對城市環(huán)境的研究改善文獻(xiàn)占大多數(shù)。

在城市綠地的研究中，魯俊琪[15]發(fā)現(xiàn)公園綠地的植物搭配對微氣候有顯著影響，這些已經(jīng)發(fā)表的研究成果可以指導(dǎo)新綠地的建設(shè)。在已建成綠地中，吳云霄等[16]學(xué)者發(fā)現(xiàn)郁閉度大于0.6 的植物群里能明顯改善微氣候環(huán)境，同時在植物的選擇上，葉面積大、冠幅大的植物效果更好（見圖11）。

圖9 ENVI-met 時區(qū)圖（圖片來源：作者自繪）

圖10 cfd 模擬時區(qū)圖（圖片來源：作者自繪）

圖11 城市微氣候時區(qū)圖（圖片來源作者自繪）

圖12 熱環(huán)境時區(qū)圖（圖片來源:：作者自繪）

在廣場的設(shè)計中，因為廣場是人為設(shè)置的開放環(huán)境，改善微氣候環(huán)境，以保/增溫、避風(fēng)、增濕為目的的設(shè)計策略為主。

街區(qū)方面，現(xiàn)有文獻(xiàn)的改善途徑有：通過分析空間內(nèi)熱量傳遞的過程和特征進(jìn)行人為調(diào)節(jié)，或者改善街區(qū)界面材質(zhì)，降低空間的蓄熱能力，相關(guān)的還有優(yōu)化街區(qū)的空間形態(tài)，增加空間的散熱能力。在這個方向上還有對減少人工熱排放和增加街區(qū)內(nèi)水體和綠地的空間分布的研究。

居住區(qū)的微氣候研究的重點方向。居住區(qū)的樹種選擇參考城市綠地的微氣候研究，在此基礎(chǔ)上，改善居住區(qū)內(nèi)遮蔭條件也是策略之一（在向陽一側(cè)布置植物水體用以降溫）。此外，劉之欣等[17]學(xué)者研究不同植物的搭配效果，喬木和草地搭配效果大于灌木和草地。同濟(jì)大學(xué)的劉濱誼教授通過研究上海的住宅區(qū)，得出了微氣候與人群活動的關(guān)系（見圖12）。

5 結(jié)論

綜上所述，本研究認(rèn)為微氣候的研究在將來會表現(xiàn)在以下3 個方向上：更加多樣性的地區(qū)微氣候研究，新型微氣候模擬軟件的開發(fā)，城市環(huán)境的熱舒適研究。在改善環(huán)境條件以取得微氣候效果的文獻(xiàn)中，大多是以降溫增濕、遮陽植樹為目的的設(shè)計策略，這在微氣候的大背景下是非常具體的研究成果，但仍存在其他細(xì)化條件有待發(fā)掘，如景觀元素與微氣候之間的相互作用機(jī)制研究等。