街谷綠地對城市微氣候影響的研究現狀及展望

王著森，徐雅露，蔣鵬遠，吳 渝，許亦竣，陳倩婷，吳倩倩

（浙江農林大學風景園林與建筑學院，浙江杭州 311300）

1 背景

城市化進程的加快，使得城市大氣環(huán)境質量受到了極大的沖擊。2015－2019 年，全球平均氣溫升高了1.1℃，已遠超十年前的預測和評估，全球變暖正在加速，極端天氣事件不斷頻發(fā)。2019 年6 月，歐洲氣溫達到有記錄以來最高值，法國、意大利等國家的氣溫平均值甚至高出歷史記錄6～10℃。同期，印度個別地方最高溫度超過50℃，直接導致100 人死亡[1]。而我國最近60 年的平均溫度以每10 年上升0.23℃的速度在增長，為全球的2 倍[2]。氣候的惡化使得城市居民的日常生活不斷受阻，極大地影響了城市居民的身心健康。城市熱島效應日益凸顯，給人們的生產生活造成了一定影響。在此背景下，城市氣候問題成了國內外社會十分重視的熱點話題。

城市街道是城市區(qū)域面積的主要組成，而街道與兩側的建筑物構成了街谷，街谷作為城市居民戶外活動空間的重要組成部分，其良好的氣候環(huán)境是提升居民活動意愿、增強城市活力的物質前提[3]。街谷中的綠地對城市氣候環(huán)境有著顯著的影響，在熱島效應最為顯著的夏季高溫天氣條件下，綠地中的植物個體及群落能夠通過吸收、反射太陽輻射以及蒸騰作用降低整個綠化空間的內部溫度，增加相對濕度，進而改善整個街谷的氣候環(huán)境[4]。由此可見，城市街谷綠化在改善城市生態(tài)環(huán)境、緩解城市熱島效應等方面都有著重要價值。植物個體以及群落所組成的綠化空間能夠降溫增濕，是發(fā)揮街谷綠地生態(tài)效益的關鍵。改善街谷綠化空間，在提高城市街道建設科學性的同時，也在促進城市朝著“以人為本”的規(guī)劃設計方向可持續(xù)發(fā)展。

19 世紀以來，越來越多的專家學者注意到城市氣候正在逐漸發(fā)生變化，而城市氣候與城市居民的生活質量息息相關，這使得城市微氣候的研究成為熱點話題，引起了社會廣泛關注。近年來，有關城市微氣候的研究顯著增多；研究點跨度大、維度多，然而彼此間并無較多關聯；隨著研究的不斷深入，現今的城市微氣候研究領域中，較為熱門的研究方向有“人體舒適度”“ENVI-met 模擬”“城市空間形態(tài)”等。國內外的專家學者對城市微氣候研究的側重點有所不同。國外的專家學者更多地認為，城市中不同空間類型的場所在微氣候上有差異，他們更傾向于將這些場所的微氣候進行比較研究。而我國的學者研究更多的是在不同大氣候背景下的城市微氣候之間的區(qū)別，這也是因為我國地域遼闊，本身有著復雜多樣的氣候類型。所以，我國城市街道微氣候的研究雖然起步晚，但在這樣得天獨厚的先天優(yōu)勢下，研究進展快、勢頭猛。以下將從2 個方面闡述國內外學者針對街谷綠地對城市微氣候影響的相關研究進展。

2 街谷空間形態(tài)對城市微氣候影響相關研究

街谷空間由多方面構成：藍、綠色基礎設施，景觀構筑物，建筑材質等；不同用地性質的街谷空間結構也存在差異，這些要素都會影響城市微氣候的形成[5]。不同學者分別從不同的角度對街谷微氣候展開研究。

從街谷的長寬比、高寬比及走向出發(fā)。Johansson等[6]通過收集摩洛哥菲斯市新、舊城的系列數據并分析，比較城市形態(tài)參數（包括建筑高度、朝向、間距、街谷高寬比等）與微氣候參數（例如微氣溫、濕度、風速及生理等效溫度值等）之間的關系，推出結論：較大長寬比的街谷空間能在外部空間溫度過高時保證街谷內部的微氣候質量。緊湊型街谷空間在夏季高溫天氣的夜間能形成比較涼爽、濕潤的小氣候；在冬季能提供較暖的條件。而寬闊開放的街谷空間比起緊湊型街谷空間，出現白天升溫快、晚上降溫快的現象。人體舒適度方面，緊湊型街谷空間可以顯著提高行人的人體舒適度。這意味著人們可以通過調整高寬比的方式來優(yōu)化步行街垂直方向的溫度分布與風速分布，從而改善街谷微氣候，使得居民得到更高的舒適度。

南北朝向的街谷調節(jié)效應要強于東西朝向。不同用地性質的街谷空間在微氣候方面也存在著差異，有研究顯示，傳統(tǒng)城市聚集區(qū)的街谷微氣候舒適度要高于現代城市聚集區(qū)。街谷的高寬比以及走向決定了街谷的被動散熱，從而影響城市微氣候的形成。建筑立面和街道路面由于對太陽輻射的反射率不同，從而影響著街谷微氣候。

城市微氣候的理論知識逐漸豐富，其中城市形態(tài)對城市微氣候的影響受到了廣泛關注。前有學者從城市的肌理形態(tài)量化、街谷空間形態(tài)特征、街谷空間幾何形態(tài)要素等入手，研究它們與微氣候之間的關聯。也有人運用熱舒適模擬的方法，在研究結果基礎上對城市公共空間的布局提出合理建議，助力打造使得城市居民感到舒適的公共空間。在街谷中，建筑對日照、風等微氣候要素會起到遮擋、阻攔的影響，即日照、風在街谷中的分布狀況受到了街區(qū)布局的影響，街道的高寬比、朝向和天空視角系數直接影響著這些要素，影響著街谷內的微氣候。城市街谷空間的微氣候環(huán)境一方面受到街谷所處周邊環(huán)境的影響，另一方面街谷本身的空間形式特征對于街谷的微氣候影響也較大。有學者利用ENVI-met 軟件模擬分析步行街空間形式與微氣候環(huán)境的關聯性，數據顯示，街區(qū)不同空間性質、結構、分布都在一定程度上影響著街區(qū)內部的微氣候要素。街谷走向直接影響著其區(qū)域內的日照條件和風向，南北向的街谷因為日照時間相較更長，所以熱環(huán)境會比東西向街谷更差。也有研究指出，輻射熱損失在深層峽中會逐漸減少。盛行風向與街谷走向關系可分為垂直、傾斜與平行3 種。不同的情況所帶來的影響也不同。多樣的街谷圍合方式相比于單一的條狀街谷，存在更多影響日照與風向的因素并會出現微氣候因子的變化。由以上眾多研究可總結出，街谷的空間形態(tài)對其微氣候有著重要影響，街道熱環(huán)境的改善，可以從街谷長寬比、街谷走向、街谷內建筑布局等方面著手。

3 街谷綠化空間對城市微氣候改善的效益相關研究

對于城市綠地具有減緩熱島效應的生態(tài)功能，國內外已有大量的實證研究。植物群落是城市綠地的組成要素，也是城市綠地發(fā)揮生態(tài)效益的基本單元。綜合眾多學者對植物調節(jié)機制從各方面的深入研究，植物主要通過遮擋輻射、蒸騰作用、改變風環(huán)境等方面對熱環(huán)境進行調控[7]，街谷微氣候環(huán)境的變化會隨著街谷綠化的空間結構、郁閉度等的變化而變化。宏觀角度的綠地類型以及布局模式到微觀角度的綠化空間結構、樹種都能一定程度地調節(jié)微氣候環(huán)境。

綠地的整體布局形態(tài)對城市氣候環(huán)境具有顯著的影響，綠地面積的大小能夠有效地影響城市氣溫、城市風速以及城市濕度的改變。有研究表明，對比集中型綠地布局，分散型布局的綠地調節(jié)作用更加顯著。牛凱等[8]以鄭州市街道兩側帶狀綠地為研究對象，比較不同空間結構類型中的帶狀綠地，結果表明，喬灌草搭配的綠地降溫增濕的作用最大，而硬化廣場對降溫增濕的促進作用最小。分散型、破碎化的綠化包括行道樹、街旁綠地、建筑和附屬綠地。結果指出，在城市中，綠地對微氣候起到調節(jié)作用，綠地平均面積的大小與調節(jié)作用成正比，綠地破碎化指數與調節(jié)作用成反比。街道綠地作為破碎綠地，平面布局對其微氣候效應的產生起到了決定性作用。城市街道用地范圍空間有限，在其范圍內除安排車行道、人行道、道路綠化外，還需安排許多市政公用設施。

合理安排樹木的種植和配置結構，能發(fā)揮綠色植物在改善城市生態(tài)環(huán)境方面的重要功能。植物個體以及其組成的植物群落共同構成了整體的綠化空間，綠化空間內郁閉度的不同，使得綠地的降溫增濕效果存在顯著差異。朱春陽等[9]對北京5 種不同郁閉度的帶狀綠地進行研究，發(fā)現綠地的降溫增濕效應隨著郁閉度的增高而增高，當郁閉度超過67%時，綠地降溫增濕效應顯著且趨于穩(wěn)定。潘劍彬等[4]以北京奧林匹克森林公園綠地為研究對象，將熱舒適度作為參數，表明熱舒適度的空間關聯性在局地內表現顯著，且其標準值與群落郁閉度呈現正相關關系。但這樣的正相關關系須在一定范圍內，如若郁閉度過大，對降溫增濕并不會有質的飛躍，而綠地建設成本卻會大大上漲。因此，在綠地種植中，郁閉度超過67%已是理想狀態(tài)，可以有效降溫增濕，也不會對下層植物的生長造成阻礙。

葉面積指數大小、冠幅、樹高等植物的物力屬性，使樹種之間產生個體差異。有學者對地中海城市進行實測實驗，發(fā)現在夏季，樹木對溫度的調控能力遠大于冬季氣溫的保溫能力，且在樹種選擇上，將優(yōu)先考慮落葉樹種。衛(wèi)笑等[10]以武漢典型居住小區(qū)為研究對象，發(fā)現當植物間高寬比（Aspect Ratio of Trees，ART）通過對風速的阻擋而影響戶外熱舒適度，且葉面積指數大、樹冠大的高大喬木，有較強的溫度調節(jié)能力。隨著研究的進一步深入，有學者發(fā)現，樹冠通過衰減太陽輻射、控制風速等作用對改善熱舒適度有著顯著作用。在理想狀態(tài)下，“上大下小”型的倒卵形和倒三角形樹冠的喬木群落降溫增濕強度最高，人體熱舒適度體驗也最好。

從空間特征角度解析植物群落的結構變化，常從垂直結構和水平結構2 個類型著手，比較分析不同結構下植物群落的生態(tài)效益。水平結構常指植物群落內植被的種植數量和方式，垂直結構常指植物群落內物種的配置模式。垂直結構模式常見的有為喬木、喬木-草本、喬木-灌木-草本、灌木-草4 種結構模式。喬木-灌木-草本結構對熱環(huán)境的優(yōu)化作用較優(yōu)于其他3 種，試驗街谷綠地中最佳植物配置，應從喬木-灌木-草本結構入手，對不同形態(tài)、高度的喬木、灌木進行配置和比較。

4 總結與展望

縱觀前人研究，國內外有關城市微氣候領域的發(fā)展逐漸走向成熟，研究區(qū)域囊括了對大尺度的環(huán)境到中小尺度微環(huán)境的研究，在研究內容方面，從場地類型的研究逐步深化到對場地要素進行細化分析，研究方法也從單一的實地觀測法到與數值模擬法的互相結合。街谷空間是中小尺度微環(huán)境領域的熱門研究對象，但對于街谷微氣候的研究分析大部分局限在單一維度，沒有綜合分析整個街谷空間的微氣候變化。

綠化作為街谷空間重要組成要素，逐漸成為城市微氣候領域研究的焦點。然而有關此方面的研究大部分主要集中在對綠地內部降溫效果的局限觀測，對于綠地中植物所組成的綠化空間特征（包括樹種組成、垂直結構等要素）對區(qū)域氣候的降溫增濕效果間的比較研究較少。同時對于城市空間形態(tài)的研究主要集中在街谷走向、建筑朝向、建筑密度等。對于街谷空間與綠化結構同時作用優(yōu)化微氣候考慮的研究較少。

綜上可知，在現有研究中，從綠化空間特征切入，研究其對街谷空間微氣候調節(jié)的影響這部分內容稍顯單薄，在補充這方面研究時，應同時結合城市街谷的空間形態(tài)變化，為街道空間設計補充理論設計指導。街谷對城市微氣候的調節(jié)有著極大的影響，街谷設計應在理論研究的指導下，綜合多方面要素，使街谷綠地發(fā)揮出最大效益，助力改善城市氣候環(huán)境、生態(tài)環(huán)境，提升居民幸福感。