基于CiteSpace的城市微氣候研究進展

文/沈陽建筑大學建筑與規(guī)劃學院 李晨熙

0 引言

城市微氣候與人們生活息息相關。微觀尺度的微氣候研究對城市環(huán)境與居民日常生活造成較大影響。街區(qū)空間屬性和空間形態(tài)是影響城市微氣候要素（風速、濕度、熱度、空氣污染物濃度等）的重要因子。本文梳理相關文獻，總結現(xiàn)狀及熱點研究內(nèi)容，對該領域提出新的研究展望。

1 數(shù)據(jù)獲取

當前，我國已進入大數(shù)據(jù)時代，需結合自身實際情況對數(shù)據(jù)進行整合和有效提取，形成可視化展示與分析，這種研究手段稱為知識圖譜分析。由陳悅等[1]開發(fā)的CiteSpace軟件是較成熟且廣泛使用的知識圖譜分析軟件。該軟件基于java程序開發(fā)的可視化分析軟件，展示可視化網(wǎng)絡中的趨勢和關鍵點。

本文基于微觀尺度城市微氣候研究的中文文獻進行統(tǒng)計與分析，運用CiteSpace5.7.R5軟件進行可視化分析，探究研究趨勢與研究熱詞，為相關研究提供參考。在中國知網(wǎng)（CNKI）上分別以“微氣候、微環(huán)境”為主題詞，以“街區(qū)、街道、街谷、居住區(qū)、住宅、小區(qū)”等關鍵詞進行模糊檢索，檢索類型為中文，在學科類型中設置建筑科學與工程、氣象學、環(huán)境科學與資源利用，再對文獻進行反復篩選與合并，得到237篇學術期刊，293篇碩博學位論文，32篇會議論文，共562篇文獻資料。在CNKI上將文獻導出為RefWorks格式的數(shù)據(jù)，再導入CiteSpace5.7.R5軟件，以此為基礎進行分析。

2 國內(nèi)微觀尺度城市微氣候研究歷程與熱點

2.1 研究歷程

我國關于微觀尺度微氣候方面的研究起步較晚，1981年顧寶和[2]發(fā)表《住宅與長壽》一文中提到影響室內(nèi)微小氣候的因素及如何調(diào)節(jié)室內(nèi)微小氣候來增加人體舒適性。柳孝圖等[3]在1997年發(fā)表的《城市熱環(huán)境及其微熱環(huán)境的改善》一文，以多市氣象數(shù)據(jù)為基礎，分析影響城市熱環(huán)境因子及各因子變化，介紹城市規(guī)劃和建筑設計對改善城市區(qū)域微熱環(huán)境的作用。如表1所示，我國在微觀尺度城市微氣候的研究時間較短，但發(fā)展迅速，研究手段與方法相對成熟，不同時期的研究領域和研究方法不同，將理論研究成果轉(zhuǎn)化為建筑設計應用研究有待深化。

表1 我國微觀尺度城市微氣候的研究歷程

2.2 研究熱點

基于CNKI數(shù)據(jù)庫，在傳統(tǒng)文獻基礎上結合CiteSpace軟件對微觀尺度城市微氣候的研究現(xiàn)狀進行總結，梳理該領域的研究熱點。根據(jù)文獻圖譜顯示，出現(xiàn)頻次較高的關鍵詞依次是微氣候、數(shù)值模擬、ENVI-met、居住區(qū)、熱環(huán)境、小氣候。可見在微觀尺度城市微氣候的大背景下形成幾個研究小類，一定程度上反映國內(nèi)相關研究的主要知識基礎（見圖1）。以下著重從小氣候、數(shù)值模擬、氣候適應性等方面進行分析。

1微觀尺度城市微氣候關鍵詞共現(xiàn)圖譜

1）小氣候 隨著城市化不斷發(fā)展，城市問題激增，人們需要適宜的環(huán)境。傅抱璞[4]最早關注微氣候，其將microclimate譯為“小氣候”，指因局部因素影響，在近地面大氣層中個別地方形成與本地區(qū)一般氣候特征完全不同的微型氣候環(huán)境。他認為microclimate還包含“微氣候”“局地氣候”等含義，因此可統(tǒng)稱為“小氣候”。可見“小氣候”和“微氣候”概念大致相同，均指小范圍區(qū)域內(nèi)近地表空間的氣候狀況，區(qū)別于大、中氣候及地區(qū)氣候等概念。

2）數(shù)值模擬 CFD模擬又稱計算流體力學，是流體力學和計算機科學相互融合的新興交叉學科，其從計算方法出發(fā)，利用計算機快速計算得到流體控制方程的近似解。隨著計算機技術飛速發(fā)展，其在建筑環(huán)境工程領域已進入實用階段。ENVI-met是城市微氣候仿真軟件，通過對場景進行參數(shù)設置，可準確快捷得到模擬的微氣候數(shù)值。方小山等[5]用ENVI-met模擬模型對嶺南順德清暉園進行校驗研究，得出ENVI-met軟件可用于模擬濕熱氣候下通風效果的量化分析，提出通風設計要點、適宜尺度等，為當代嶺南庭園的設計提供參考。

3）氣候適應性 指在充分考慮氣候環(huán)境條件下，通過設計改造使其適應氣候條件，改善城市空間環(huán)境質(zhì)量，減少氣候?qū)θ司迎h(huán)境產(chǎn)生的不利影響，改善人體舒適度。如表2所示，利用CiteSpace軟件對近20年的關鍵詞進行突現(xiàn)分析，關鍵詞突現(xiàn)強度代表受關注程度，將突現(xiàn)單位時間設置為2年，可得到17個關鍵詞節(jié)點。分析表明，ENVI-met的突現(xiàn)度高達6.79。分析該領域在不同時間段的研究主題及關聯(lián)，得出演化脈絡，為今后的研究創(chuàng)造更多可能。

表2 2000年后網(wǎng)絡主要突現(xiàn)關鍵詞

3 研究方法

目前，我國微觀尺度城市微氣候研究手段主要包括場地實測、數(shù)值模擬、問卷調(diào)研、經(jīng)驗算法、評估模型及行為感知等（見表3）。

表3 我國微觀尺度城市微氣候研究方法

4 優(yōu)化途徑

空間形態(tài)、建筑形態(tài)、自然景觀等要素是影響微觀尺度城市微氣候的重要因子。通過人為改變空間得熱、散熱能力，微觀尺度指標及形態(tài)參數(shù)等手段，優(yōu)化和調(diào)節(jié)微觀尺度城市微氣候（見表4）。

表4 我國微觀尺度城市微氣候改善途徑

5 結語

綜合利用文獻計量法、信息可視化等方法對我國微觀尺度城市微氣候的相關文獻進行統(tǒng)計，得出以下結論。

1）針對微觀尺度微氣候的研究正逐步被關注，年發(fā)文量逐年增長，研究熱度持續(xù)增高。隨著研究的不斷深入和復雜化，多學科交叉性的科研合作趨勢正逐漸加強。

2）近20年研究核心關鍵詞主要為微氣候、風環(huán)境、熱環(huán)境、數(shù)值模擬、舒適度等，2016年至今，我國微觀尺度城市微氣候的核心問題開始向數(shù)值模擬、城市空間形態(tài)、舒適度、風環(huán)境、熱環(huán)境等關鍵詞聚集。研究趨勢為利用數(shù)值模擬技術的持續(xù)研究、利用學術研究成果與設計實踐相互促進的研究，以及微氣候與微觀尺度形態(tài)參數(shù)之間的研究。

3）比較各種方法的差異性與優(yōu)缺點，早期研究以實測為主要方法，隨著計算機的飛速發(fā)展及ENVI-met數(shù)值模擬技術的廣泛使用，綜合考慮綠化、水體、風熱等因素，模擬軟件可使微觀尺度城市微氣候的研究更全面。

本文以時間為序，基于不同時期、空間、類型的研究對象與研究內(nèi)容進行分類，并根據(jù)不同角度的改善途徑總結微觀尺度城市微氣候的優(yōu)化方法，為今后建設理想人居環(huán)境提供指導。