夏热冬冷地区城市下垫面对微气候营造的影响研究

内容摘要：文章分析了城市景观规划设计中重视微气候营造的必要性和紧迫性，对夏热冬冷地区城市下垫面的特殊性做了介绍，分析了城市下垫面中的建筑、绿地、水体、铺装等不同物理性质的表面对微气候产生的影响，为合理布置城市空间提供了科学依据。最后提出在城市规划与景观规划设计中，设计师应采取的营造良好微气候的措施。

关键词：下垫面 微气候 设计

2010年第六次全国人口普查数据显示，目前居住在城镇的人口为66557万人，占总人口的49.68%，同2000年人口普查相比，城镇人口比重上升13.46个百分点。①随着我国城镇化的加快，各地城市建设呈现出一片紧锣密鼓的景象。和世界上所有高速发展中的国家一样，中国的城市化发展带来了严重的资源和环境问题。地下水位下降、电力资源紧缺、空气组成成分结构性失调、城市热岛效应加剧等问题让城市人的生活质量大打折扣。人们对城市下垫面的随意改动导致城市空间微观气候恶劣化，城市生活舒适性急剧下降，城市人面临的不仅仅是环境问题，还有严重的心理压力和体质下降等健康问题。随着我国经济发展和人们生活质量的提高，人们对人居环境的舒适度提出了更高的要求。在高楼林立的城市中如何营造宜人的微气候成为日益受关注和亟待解决的问题。另外，夏热冬冷地区因夏季炎热，冬季寒冷，相对于国内其他气候区，对采暖与制冷有更长时间的要求，这种气候特点下的城市空间与气候的关系更加难以平衡。然而目前国内城市景观规划设计中针对夏热冬冷地区城市下垫面和微气候的研究较少，因此在这种特殊气候条件下深入研究城市空间环境与城市生活舒适度之间的关系，对促进城市及周边区域人居环境的改善具有很大的意义。

一、夏热冬冷地区城市下垫面的环境特征

中国地域辽阔，气候环境差异显著，由于地形、气候以及地面覆盖状况等条件的差别，不同地域的建筑热工设计要求都不一样，所以我国《民用建筑热工设计规范》把我国划分为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区5个建筑热工设计气候区。②在这5个气候区中，夏热冬冷地区因夏季炎热，冬季寒冷，对人工调节温度的依赖性最强，成为5个气候区中对采暖和空调使用时间要求最长的区域。相对于其他地区，夏热冬冷地区城市下垫面对气候变化的反应更强烈，因而对微气候的影响也更加明显。武汉市位于中国大陆中部，是具有夏热冬冷地区气候的典型代表城市之一；同时武汉市城市下垫面结构复杂，不仅人口众多，建筑密集，也是国内拥有湖泊数量较多的城市之一，因而笔者把武汉市作为研究夏热冬冷地区城市下垫面与微气候关系的对象。

二、城市下垫面中影响微气候的要素分析

下垫面是大气底部与地表的接触面，城市下垫面主要是指绿地、裸地、水体、硬质铺装和建筑群体等直接与大气接触并参与城市空间中各种物理量交换的表面。城市下垫面不同要素的物理性质不同，各要素周围的微观气候特点也不一样。微气候(microclimate)有别于大气候(macroclimate)，指的是靠近地表，动植物赖以生存的环境。③下垫面对微气候的影响主要体现在温度和湿度两方面。

（一）下垫面中绿植对微气候的影响

绿植的形式多样，可选择性和可塑性强，是影响微气候的重要因素之一。据统计，城市绿化覆盖率每增加10%，气温降低的理论最高值为2.6%，在夜间可达2.8%，在绿化覆盖率达到50%的地区，气温可以降低近5℃。④

绿植对微气候的影响主要体现在三个方面：首先，植物在进行呼吸作用和光合作用时，提高了局部气候的舒适度。植物吸收土壤中的水分，再将水分蒸发到大气中，这样不断循环地吸收和蒸发，在降低附近空气温度的同时，也提高了空气湿度。所以在炎热的夏天，有绿地覆盖的区域温度变化会明显低于其他覆盖面。同时植物的绿叶可以吸收空气中的二氧化碳和尘埃，释放氧气，起到清新空气的作用。其次，绿植对太阳辐射有遮蔽和吸收作用。夏季下垫面温度的提高主要来自太阳辐射中的能量，而绿色植物特别是乔木宽大的叶面可以有效遮挡和吸收太阳辐射，很大程度上缓解了覆盖面下空气的升温。武汉市的夏季酷热难耐，而在武汉江滩路上做的实验数据显示，绿植覆盖面的温度与混凝土覆盖面温度的最高差值竟能达到17℃。⑤最后，植物对风向的引导和遮挡作用。乔木的科学栽种可以形成风道，提高区域气流的流通性和热交换，有效带走区域内的热空气，带来清爽的新鲜空气。

（二）铺装和裸地对微气候的影响

硬质铺装对周围微气候的影响主要是由铺装所使用材料的比热容、透气性和颜色深浅决定的。比热大、颜色浅的材料表面温度的变化受太阳辐射的影响就小，而比热小、颜色深的材料很容易吸收太阳辐射中的热量。所以，夏季武汉市洪山广场上的人群都远离比热大的黑色大理石地面，选择在比热较小的木制铺装地板上活动。裸地中含有一定的水分，夏天水分蒸发使地表温度有少量的降低，同时可以提高附近大气中的湿度，而相比之下不透水的沥青等地面的热量会随着材料的厚度和颜色深度的增加而提高。

（三）水体对微气候的影响

水的比热较大，在同样受热或冷却的情况下，与其他下垫面要素相比水面的温度变化小很多，所以水对调节局部微气候有显著的效果。水调节微气候的作用主要体现在两个方面。一方面，水体蒸发带走热量，降低局部温度。在武汉市保成路上做的洒水实验显示：在街区地面覆盖少许水体5分钟后，地面温度下降最高可以达到10.4℃。另一方面，白天大气开始升温时，水体升温比地面慢；夜间大气降温时，水体降温比地面少，为此一天中大面积水体附近温度变化小，地面温度变化大。水的这种特性可以在炎热的夏天形成类似海陆风的气流运动，给炎热的地面带去一丝清凉。

（四）建筑对微气候的影响

建筑对微气候的影响主要体现在对风向的引导和对太阳辐射的遮挡两个方面。城市街道两边建筑形成的狭长空间，是引导气流运动的主要风道，同时街道宽度与街道两边建筑高度的比值直接决定了进入街道内太阳辐射量的多少。

三、夏热冬冷地区城市空间中营造良好微气候应采取的措施

笔者通过对夏热冬冷地区中下垫面不同物理面对微气候的影响分析，归纳出设计师营造良好微气候应采取的措施：

（一）科学布置绿植，发挥绿色植物夏季降温、冬季挡风遮寒的作用；

（二）采用透气性强的铺装；

（三）合理利用水体调节区域温度；

（四）科学布置建筑整体走向和位置。

注释：

①中华人民共和国国家统计局，2011年.

②GB50176―1993 民用建筑热工设计规范[S]，北京：中国建筑工业出版社，2002.

③李书严，轩春怡，李伟，等.城市中水体的微气候效应研究[J].大气科学，2008，32（3）：552―560.

④于志熙.城市生态学[M].北京：中国林业出版社，1992：139―148.

⑤王振.绿色城市街区[M].南京：东南大学出版社，2010.

作者单位：武汉理工大学