城市規劃與設計角度下的城市小氣候研究進展

徐曉晨

西安建筑科技大學華清學院 陜西 西安 710043

城市規劃與設計中，城市小氣候改善十分關鍵，對人居生活有非常重要影響。當前國內外在城市氣候方面的研究相對較多，隨著當前學科研究的不斷深化，人們開始提高在城市小氣候方面研究重視度。城市小氣候對人居環境有重要影響，具備非常強的可調節性，同時受到城市與建筑設計措施因素影響。在城市規劃與設計中，分析城市規劃與設計對小氣候的影響，能夠使人居環境規劃設計合理性有明顯提升，本文就此展開了研究分析[1]。

1 城市小氣候范圍界定及發展概況

1.1 氣候與小氣候

大氣候指的是較大范圍具備一般氣候特點或者存在共性氣候，受到各地相對高度、土壤性質、地形條件等因素影響，各個地方會出現有與大氣候不同的氣候特點，這一小范圍氣候特點稱之為小氣候。因此，小氣候指的是受到構造特性等因素影響表現出于大氣候不同的氣候特征。有學者將小氣候劃分為局地氣候和微氣候，同時將介于大氣候與局地氣候之間的氣候叫作中氣候[2]。

1.2 城市氣候與城市小氣候

人們將區域氣候基礎上人類城市化活動影響下所形成的局地氣候稱之為城市氣候，城市氣候主要是城市化發展過程中人口增多以及經濟性提升等所造成的與郊區氣候較大差異的氣候類型。有專家將城市建筑屋頂至地面這一層稱之為城市覆蓋層，這層氣候非常容易受到人類活動的等因素影響，同時與建筑密度、高度、街道寬度、空氣污染等密切相關。

當前在城市氣候劃分方面包含有兩種不同觀點：第一種，將城市覆蓋層氣候劃分為城市小氣候類別，城市氣候指將城市作為一個整個所形成的氣候。第二種，在小尺度與中尺度劃分方面較為模糊，城市氣候中不僅應用局地氣候，同時還需要對城市覆蓋層、城市邊界層等有充分分析考慮。

因為人類與動植物的活動環境均在地面，以此，小氣候與人類的生產生活等密切相關。因此，人工改造氣候指的是對小氣候進行改造。人們在氣候方面的研究從最開始的大氣層中小氣候到土壤氣候、森林小氣候等，一直到現在的城市小氣候。相對應的，城市小氣候的研究主要集中在建筑科學和林業方面，建筑科學更多的是借鑒林業。與西方國家相比，我國在城市規劃與設計和小氣候關系方面的研究相對較晚，與西方等國家還存在一定的差距[3]。

2 城市規劃設計要素的城市小氣候影響研究

2.1 建筑布局小氣候影響

（1） 對風的影響。對風的影響是建筑布局在小氣候方面影響最為直觀展現，當前建筑工程項目正在向著高層化和大型化方向發展，對城市風環境造成嚴重負面影響。有研究表明，建筑街道走向、寬度、兩側建筑形式等不同，風越過建筑群體時，會產生不同的渦流和升降氣流等，另外，在微風環境下，受到建筑局部密集區溫度與周邊溫度差帶來的熱力環流等因素影響。

有研究將城市風場分為兩種，一種是高層建筑自身所產生的風環境，另一種是高層建筑與周邊建筑綜合作用下所產生的風環境。在高層建筑自身風環境方面：第一，風影效應，建筑受到垂直方向風吹時，在建筑背風面會形成較長風影范圍，長度約為建筑高度6倍，風影范圍，風速會有明顯降低，同時還會改變來流風向，出現渦流等；第二，角隅效應，風吹過建筑物時，其兩側和頂部位置會有氣流剝離等情況出現，順著剝離流線，風速會有明顯加強，角隅效應所產生的風速會超過平均來流風速的2～3倍，角隅效應的出現，不僅會影響到人體舒適性，甚至還會嚴重威脅行人人身安全；第三，峽管效應，風吹向城市街道空間，受到街道兩側建筑擠壓等因素影響，容易使墻邊風匯集，在地面產生高速風，尤其在風向與街道走向相一致時，這一現象表現最為明顯，人在周圍大樓行走較為困難，甚至還會被風吹到。在高層建筑與周邊建筑風環境方面，如果建筑布局屬于多層建筑與高層建筑混合布局形式，當多層建筑處于上風向位置，容易使來流方向發生改變，高層建筑3/4高度位置會產生氣流停滯點，部分氣流會向上繞過屋頂，建筑背風側有渦流出現，另一部分氣流從建筑兩側位置通過，有轉角流出現，導致來流方向旋轉180°。另外，當高層建筑 屬于低層架空建筑類型時，建筑下部的風速會有明顯增強，有些區域甚至增強超過3倍[4]。

（2） 對溫度和濕度的影響。建筑布局在濕度和溫度方面影響主要表現在日照阻擋效應方面，在大面積樓梯的陰影部位，非常容易導致高樓中間位置以及背側位置的溫度低于周邊其他區域。將溫度作為檢測對象，通過設置單一變量方面，能夠發現溫度與街道朝向和幾何尺寸等因素密切相關。同時有研究表明，建筑在溫度方面的影響主要集中在日照輻射方面。

建筑在濕度方面的影響更多地為間接性影響，比如隨著風俗的增大，空氣流速有明顯增大，相對濕度有明顯提升[5]。

2.2 綠化小氣候影響

綠化在小氣候方面的影響主要表現在溫度和濕度方面，通過綠化，能夠降低局部3～5℃，相對濕度會提高3%～12%。另外，綠化還會對風速和太陽輻射有一定影響。

（1） 對溫度影響。有研究表明，綠化對溫度有非常大影響，綠地區域小氣候相對較為穩定，溫度差小。隨著植被距離的增大，對溫度影響會逐漸降低。在測定不同類型綠地后發現，無林廣場的總體溫度明顯高于草坪，遠遠超過林廣場，尤其在正午時刻，溫度差最為明顯。在傍晚，草坪溫度最低，表明草坪有著非常好降溫效果。在植被組合方面，喬木、灌木與草坪相結合方式降溫效果最佳，尤其是喬木、灌木與草垂直結果，降溫效果最為明顯，結構較為單一綠地降溫效果則受到一定限制[6]。

（2） 對濕度的影響。研究表明，無林廣場的濕度最低，草坪濕度會提升2.1%～4.7%，林下廣場增濕幅度會提升1.11%～5.9%。在傍晚18:00，草坪相對濕度最高，增濕效果最為明顯。植被會從土壤中吸收非常多水分，葉片生長過程中，蒸騰作用下會有大量水分揮發，一棵大樹每天水分蒸發量可達450L，在這種情況下，空氣濕度會有明顯提升。

（3） 對日照輻射和風速影響。日照輻射方面影響在溫度方面表現最為明顯，另外隨著林草植被覆蓋地表，很多太陽直接輻射被阻擋，地面長波輻射熱會得到明顯控制。綠化在風俗方面的影響表現十分明顯，寬度在30m左右防護林帶，能夠使20～25倍樹高距離風速降低10%～50%。在城市帶狀綠地方面，城市道路與濱水綠地等區域如果帶狀綠地方向與夏季主導風向保持一致，能夠起到非常好的將降低風速和防護效果[7]。

3 城市規劃設計改善小氣候研究

3.1 建筑布局改善小氣候策略

從建筑群體布局角度出發，包含有朝向、日照間距、建筑高度、加注密度等。早在20世紀初期，有專家提出風屏蔽設計策略，在場地北部區域建設長板式多層建筑，能夠為公共空間、低樓層住宅等提供抵御寒風的屏障。另外，選擇將高層建筑錯開排列等方式，能夠最大限度減少前排建筑對風的遮擋。建筑物的高度、深度等對風環境同樣有非常大影響，在建筑布置方式方面，可采取高低錯落、前低后高等方式，減少前后建筑物間相互遮擋，在規則并列建筑群方面，可采取平行四邊形法則布置方式，避免前后建筑對氣流的遮擋，與風向形成一定角度。

具體布置方式包含以下幾種：第一，圍合式布局，這種布局模式在氣候相對較為寒冷城市有著非常好應用效果，能夠實現對寒風的有效抵擋，在干燥城市、濕熱城市等，這一布局方式需要慎重選擇；第二，行列式布局，采取行列式布局方式，需要將建筑物朝向與主導風向的夾角控制在45℃以內，實現對建筑群體內部環境的有效改善；第三，斜列式布局，這種布局方式建筑朝向需要與夏季主導方向之間夾角控制在60°以內，使高層建筑群體風環境得到改善；第四，錯列式布局，將建筑朝向與主導風險夾角控制在30°以內，營造一個良好通風環境；第五，點式布局，這種布局方式的應用必須要提高建筑布局合理性，避免有過大風速情況出現，最大限度降低風的危害[8]。

3.2 綠化改善小氣候策略

第一，近自然綠化策略，在大型公眾綠地方面，可采取模擬自然植被群落設計方式，堅持生態位原則、人地和諧原則等，提高喬灌草搭配合理性，與植被生長規律等相結合，在合適的種植條件下，為種子繁衍預留一定空間。

第二，尺度策略。不同尺度下，城市綠地景觀會表現出不同粒度特征。首先，在城市公共綠地方面，需要明確其種植規模在區域小氣候方面的改進作用，營造以喬木為主的綠地生態小氣候場，通過道路綠地方式對其延續。其次，在居住區綠地方面，結合具體需求，明確綠地的形式和功能，以遮陰為目的，形成綠色廊道等，營造一個連續性的陰影區域。尺度策略主要是指不同綠化形式的組合，適當提高人們外出活動，減少人們在空調方面依賴。

第三，環境特征策略。在小氣候營造方面需要結合具體的環境空間類型制定針對性的營造策略。比如將建筑形態、綠化形式等相結合，在建筑空間合理選擇綠化形式，預測街道峽谷風速，明確建筑周邊日照情況，確定植物種類。另外，也可以將地貌、地形與水體等相結合配置，在地形較為低洼區域，坡頂位置布置廊道，陽坡位置布置灌木與喬木結合樹木，陰坡位置布置喬木。干旱區域，在水體周邊建立與植被栽植風道，實現對水汽和涼風的有效引導，如果城市雨量較多，可設置綠障減少水汽侵入[9]。

第四，居民行為策略，考慮到多數人的行為規律，在行道、休憩區等，可種植高大落葉喬木，利用人車隔離帶營造風道，種植常綠和落葉喬灌密植。在夏季，要保持地面長時間處于樹蔭下。針對人流相對較為密集道路，可采取綠色小空間節點設計思路，利用落葉攀緣植物等，營造立體綠化。

針對夏季較為炎熱的城市，需要結合設計效果綜合分析考慮，比如在東西方向行道樹，只需要保證樹冠完全覆蓋在人行道即可，并不一定需要對稱式栽植，充分利用季節變化特征，為人們合理選擇活動區域，避免人類對單一地點產生過大干擾。

3.3 硬質鋪裝改善小氣候策略

還可以通過硬質鋪裝實現對小氣候的改善，具體有兩個方面，一方面，利用冷卻性和透水性鋪裝，實現對溫度的有效控制，有研究表明，透水性鋪裝可以取得與綠化體系相同的蒸騰作用，使城區熱環境以及局地風等得到改善；另一方面，可通過綠化方式降低鋪裝所帶來的負面影響，實現對瀝青道路升溫等情況的有效控制，改善局部小氣候環境。比如在水泥建筑物以及道路兩側等區域種植有著較大葉面積的喬木類植物，同時與草地和灌木等搭配種植[10]。

4 結束語

城市規劃與設計角度，需要對城市建筑、綠化在溫度、濕度、風等方面影響有充分全面分析考慮，涉及有林業等方面內容，當前我國國內研究更多地集中在專題和結論方面，在建筑方面影響研究主要集中在設計領域，很少有氣象學方面的定量分析。城市規劃與設計改善小氣候策略方面的研究還相對較窄，缺乏足夠定量說明，需要有整體層面組織方法，未來針對這方面的研究還需要采取學科交叉研究與定量研究相結合策略，促進城市小氣候改善。