城市街道空间特征对小气候的影响研究

　　近几年的气候变化己经成为目前大家所共同关注的热点问题，地球气候正经历着以变暖为主要特征的显著变化，这种变化对人类而言，是一个不好的前兆，因此，在保护城市生态环境的基础上，为人类找寻合适的赖以居住的城市空间环境显得十分重要。寻求宜居环境也是保证城市可持续发展原则的重要策略之一，节约城市中建筑物的能耗对城市的可持续发展也有着重要的意义[1]。城市气候是基于区域大气候下的一种独立的小气候，它与城市的发展和人类行为活动密不可分。

　　城市热岛效应的出现是城市的快速发展和大量的能耗导致的必要结果，它是在城市中的人为因素以及局部区域天气条件的共同作用下形成的。人为因素在于改变城市下垫面的性质、排放大量的温室气体以及汽车尾气、工业废气聚集造成的大气污染。除了人为因素外，城市空间的不合理结构对热岛效应的逐渐增强也有着重要的影响，街道的不合理规划和粗糙的下垫面能够加剧涡流速度，阻碍废热合理有效的排放，随着这些问题的增多，城市热岛效应增强是必然的结果。但也与城市人口的密度有关，一般来说，城市人口越多越密集，热岛效应就越强越明显[2]。

　　改善城市热岛效应，可以借助空气动力学，空气动力学与城市热岛效应紧密相关。利用空气动力学可以在城市空间中形成一定风，随着风速的增大，云量也会随之增大，这对城市热岛效应能够起到减弱的作用，并且风是影响城市热岛效应的主要气候因素。

　　当前，面对我国不同的气候类型和气候变化，想要通过风景园林规划设计的手段来改善城市小气候环境还显得比较吃力，在研究城市小气候环境的适应性理论上还存在许多问题。全球气候变暖带来的城市环境漏洞正在不断的涌现，例如空气污染、温度变化差异大、自然灾害增多等方面；但城市的发展速度还在猛烈增长，并将持续。有研究表明，气候不断恶化的规模越来越大，正慢慢的带来对地球自然环境气候的负面影响。

　　随着城市快速发展，居民的生活水平逐步提高，人们户外空间的日常活动、社交活动不断增多，活动时间不断加长，引起我国在城市化建设中，更注重公共空间的规划设计建设，例如城市街道、广场、街头绿地、公园、滨河景观带等，人类居住以及工作的环境，也在随城市发展变得多样化，例如其建设的规模、数量、档次和形式不断的丰富和增多，导致人类对其的选择也变得更多，因此人类也更加注重户外活动空间的环境质量[3]。因而，城市环境质量的改变与人类寻求健康舒适的户外活动之间的出现矛盾并日益突显出来。在全球气候变化这一大背景下，本文以洛阳城市街道为例，找寻城市街道空间特征与小气候的影响关系并借助相关的风景园林小气候基础理论和研究小气候的方法来解决现有街道存在的问题。除了对洛阳夏秋冬三季城市街道小气候进行实测研究并总结洛阳城市街道小气候环境的季节特点外，能够依照对象街道存在的问题初步提出相应的气候适应性设计策略。

　　1.2.1小气候

　　（1）小气候的定义

　　通常把较长时期内大气的统计状态或在较长时期内天气状态的综合情况称为气候，把在较大地区范围内各地所具有的一般气候特点或带有共性的气候状况叫做大气候(Macroclimate）。此外，根据其影响的水平和垂直范围，还可分为中气候(Mesoclimate）、局地气候(Localclimate）、小气候(Microclimate）[4]。

　　（2）小气候的基本概念

　　国外的两名学者Santamouris和Asimakopoulos认为小气候是指在几公里的特定区域内，由于气候的偏差形成的不同区域的小尺度气候形式[5]。我国小气候学家翁笃明认为小气候字面意思就是小范围的气候，因具有小尺度的气候特点，又与大气候不同，它们的不同主要来源于下垫面条件或构造特性的影响原因。这种小尺度的局部气候特点一般是表现在某个气象要素值或个别天气现象上，并不会对决定于大过程（例如，平流、锋面等）的天气特性造成改变[6]。

　　(3)城市小气候的基本概念

　　城市小气候是在区域大气候的背景下形成的一种城市局部气候。由其城市下垫面、地面铺装和绿化的自身特性从而形成具有城市特点的气候环境。在《环境科学与工程辞典》中，对小气候是这样定义的：由于城市下垫面性质的不同在城市尺度范围内形成的不同于大气候的特殊气候现象。由于城市中不同空间要素的布局及下垫面性质的不同会引起辐射收支和水分蒸发的差异，从而影响到近地层的温度和湿度在城市各地区之间形成互有差别的气候[7]。唐玄乐认为城市地区因尺度有限，具有局部性气候特点，这种气候特点的出现因其具有密集的建筑物，纵横交叉的沥青(或水泥等)道路，以及人口的大量聚集所影响，由于城市的发展建设，建筑面积不断扩大，绿地面积的不断减少，他称这种现象为城市小气候。林凌[8]将城市小气候定义为:城市区域内不同于其他地方的特殊的气候状况。贺庆棠[4]指出城市下垫面与郊区的下垫面最大的不同主要在于人为因素的干渉，城市中的建筑密度，城市居民生产生活中排放的废气以及大量的人为热量，由于这些因素的影响而导致城市出现与郊区不同的局部气候，称为城市小气候。

　　1.2.1.1小气候组成因素

　　（1）空气温度

　　空气温度通常被简称为“气温(Air temperature）”，它所表示的是距地面1.5m处高的空气温度值，规范要求用摄氏度(℃)表示。空气温度是影响人体热感觉的主要因素，城市户外公共空间的空气温度主要来源于大气温度，但由于城市公共空间中存在许多能够影响其变化的因素，例如广场铺装，植物配置，建筑间隙等。它们的材质、数量以及布局情况可以影响空气温度。因此可以通过改变环境措施进行升温或降温[9]。

　　影响地面附近空气温度的主要因素包括三类：第一，太阳辐射热量，它是主导因素；第二，地面的覆盖物，如石材、泥土、植被等对空气温度的不同隔离影响；第三，大气对流从水平和竖直两个方向促使两地空气混合，减少两地空气温度差异[10]。

　　（2）相对湿度

　　湿度(Humidity)能够表示空气中的干湿程度，空气湿度表示了空气中水蒸气的含量[11]。通常可用两种方式表达空气的干湿程度，绝对湿度及相对湿度。绝对湿度(g·m-3)为单位重量空气内所含水蒸气的重量(单位:g/kg)；相对湿度(Relative humidity）RH是指在某压力、温度条件下，空气的水蒸气压强与相同压力、温度条件下，空气中水蒸汽压强与饱和水汽压的百分比，相对湿度可作为评价空气干湿度的标准，相对湿度的单位为百分比(%)。

　　同样，相对湿度的变化也受地面性质、水陆分布、季节变化、天气阴晴等因素所影响。在对人体感受的影响方面，相对湿度对人体舒适度也存在很大的影响，例如，在炎热的夏季，周围环境温度过高，同事相对湿度也非常大，这时人们会有极度不舒适感，因为空气中的热量太大影响人的正常散热，加上较高的相对湿度，使空气中的含氧量变少，人们随之产生的身体反应便是呼吸困难，身体虚弱等不舒适感。通常情况下，空间和人体的散热可以靠通风加以改善[9]。

　　（3）风速

　　风是由气压不同而产生的气候现象。气流的产生是风从高气压区向低气压运动，这也是风产生的原理。风可分为风速和风向，风速(Wind speed)是指空气相对于地球某一固定的运动速率，风速的单位为米每秒(km/h），风向的单位为度(°)。气温高的地放方，空气膨胀，密度降低，空气气压降低。反之温度低，空气收缩，密度增高，空气的气压增强。

　　（4）露点温度

　　露点温度（Dew temperature）是指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。形象地说，就是空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点温度。

　　（5）湿球温度

　　湿球温度是指在绝热条件下，大量的水与有限的湿空气接触，水蒸发所需的潜热完全来自于湿空气温度降低所放出的显热，当系统中空气达饱和状态且系统达到热平衡时系统的温度[12]。

　　（6）热应力指数

　　热应力指数又称热强度指标。人体因热平衡的需要，通过皮肤湿表面向环境的蒸发散热量E与人体在同一环境下最大可能的蒸发散热量Emax的百分比。以HSI表示。该指标可用来评定工作区热环境的发热强度，其比值愈高，表明工作环境热状况越严重。当该值为40～60时，开始危及人体健康。

　　（7）风寒指数

　　气温低于15℃时，表征人体散失热量与风速、气温关系的指数。风寒指数是表征风速与降温关系的物理量。实验表明，当气温为-1.1℃时，若风速为11.1m/s（约6级），则人会感受到冷的程度相当于无风时温度为-17.2℃；若风速大到15.6m/s（约7级），则相当于无风时温度为-20℃的寒冷程度。可见，在寒风中人的感觉要比实际气温低。也有相关的风寒计算公式，用以军队的冻伤预报。

　　1.2.2城市街道

　　1.2.2.1城市街道的概念

　　街道是由两侧建筑所限定的体现人与车辆的活动量并提供人们交往和娱乐，汽车主要通行的公共场所[13]。诺伯格·舒尔茨[14]在其《存在·空间·建筑》一书中说:“旧时代的街道都是造坊，它将当地的城镇总体所具有的独特个性浓缩成一个小宇宙……街道表现了我们生活中的一个侧面——展现了历史遗址设计新形态的细部。”

　　街道好比城市的骨骼，它将城市形象浓缩起来展示，以城市景观的形式作为城市公共形象的载体而表现，是人们认识一个城市风貌和特色最为直接的方式。

　　对于街道的认知，人们的认知方式通常分为两种。

　　第一，街道，将这个词拆分来看，是由街区和道路两个因素构成。根据X传统词典AHD中的定义，街区是指人们工作、生活或乐于聚集的地方；而道路则是指开敞的，车辆、行人或动物可以通行的地方，也可以指路面的形式、材料以及路基等[13]。

　　第二，依据交通方式的不同，可分为由汽车主导的交通性街道和由人类主导的生活性街道。这种观点的主导因素是交通工具通行中的大量运用，

　　《辞海》对街道的定义是：“两侧有房屋的、比较宽阔的道路。现在街道的定义一般为:在城市范围内，全部或大部分路段的两侧建有各式建筑物，设有人行道和各种市政公用设施的道路。”

　　X评论家Rudofsky这样评述意大利街道:“街道不会出现在什么都没有的地方而单独存在，也不可能同周围环境分开。街道必须伴随着周边的建筑而存在。其生存能力依靠于周围的建筑以及人们对其使用的频率。

　　街道作为一种基本的线性开放空间，它即承担着交通运输的任务，又同时为城市居民提供了生活的公共活动场所。相比而言，道路多以交通功能为主，而街区则更多的与人类日常生活以及步行活动方式相关，同时也兼有道路的功能。所以在研究道路和街区时，就一并把两个因子合成为一个整体，即称街道[15]。

　　1.2.2.1城市街道的分类方法

　　根据《城市道路工程设计规范》（CJJ37-2012），将城市道路等级分快速路、主干路、次干路、支路四级，各级红线宽度控制：快速路不小于40m，主干道30～40 m，次干道25～40 m，支路12～25 m。但在设计规范中，对于道路的红线宽度并没有作强制性要求，仅对道路的路幅要求、横断面组成及各功能带最小宽度进行了要求。

　　（1）快速路：城市道路中设有中央分隔带，具有四条以上机动车道，全部或部分采用立体交叉与控制出入，供汽车以较高速度行驶的道路。又称汽车专用道。快速路的设计行车速度为60～100km/h。

　　（2）主干路：连接城市各分区的干路，以交通功能为主。主干路的设计行车速度为40～60km/h。

　　（3）次干路：承担主干路与各分区间的交通集散作用，兼有服务功能。次干路的设计行车速度为30～50km/h。

　　（4）支路：次干路与街坊路（小区路）的连接线，以服务功能为主。支路的设计行车速度为20～40km/h。

　　根据国家《城市规划定额指标暂行规定》的有关规定，道路还可划分为四级，如下表所示：

　　表1-1道路四级划分

　　Tab.1-1 Road four division

　　项目级别设计车速（km/h）单向机动车道数（条）机动车道宽度（m）道路总宽（m）分隔带设置

　　一级60～100≥4 3.5～3.75 40～70（必须设）

　　二级40～60≥4 3.25～3.5 30～60（应设）

　　三级30～50 2～4 3.25～3.5 20～40（可设）

　　四级20～40 2 3.25～3.5 16～30（不设）

　　还有其他对城市街道划分的方式，分别依据其功能和结构进行分类：

　　（1）依据街道在城市活动中的地位、功能和作用，可将道路分为交通型街道、商业型街道、生活型街道以及综合型城市街道。

　　（2）依据街道自身结构分类

　　可分为一板式、两板式、三板式及四板式城市道路，功能上具备交通、景观休憩、生态等综合功能[16]。

　　1.2.2.2城市街道空间形态

　　(1)空间形态

　　空间是物质客观存在的一种形式，并具有横向、纵向和垂直高度等特

　　征。空间的定义，最早来源于拉丁文中的“spatium”一词，空间就是指在日常三维场所的生活体验中同时符合特定几何环境的一组元素或地点，从而在两地点间的距离或特定边界间所形成的虚体区域[17]。但这里讨论的空间则是城市公共空间中的构筑物、树木、墙体等垂直界面与地面、水体、铺装等水平界面的相互围合，再由景观小品、使用者、使用元素等装饰点缀而成的城市空间。

　　《辞海》中，对形态的解释是:形态指形状和神态，也指事物在一定条件下所表现出的一种形式。而在西方语言中，形态一词来源于希腊语Morphe(形)和Logos(逻辑)，意思是形式的构成逻辑。

　　(2)风景园林学科角度下的城市街道空间形态

　　空间形态是基于三维空间所形成的人类意识形态，它由三个维度的形象与状态构成所围合，三个维度的形态大体分为底面形态、立面形态和顶面形态三个部分。这个基础含义适用于建筑、规划、风景园林等各个与空间设计相关联的学科。风景园林与建筑、规划学科相比与之不同的是更强调了在围合空间内部中，空间连通和流动性。

　　通过风景园林学科的视角看待城市街道空间形态，可将城市街道的空间形态总结为:

　　①三维空间中的形态因素

　　街道地面形态：包括街道走向，长度，宽度，规划布局，地面铺装等。

　　街道立面形态：包括街道建筑高度、朝向、间距，景观设置(雕塑、景观墙、座椅、路灯、标示牌灯等)，外立面材质等。

　　街道顶面形态：包括植物冠层，室外建筑细部(悬挑、花架、连廊、遮阳等)。

　　同样，依照学科视角的不同，还可从规划层面、建筑层面和风景园林层面三个层级，将城市街道空间形态要素归纳为:

　　规划层面：包括街道走向、长度、宽度，街道的断面结构，街道空间类型以及街道规划布局。

　　建筑层面：包括建筑高度、建筑布局，建筑彼此之间的间距以及建筑内外部的细部空间。

　　风景园林层面：主要包含建筑、植物、水体。

　　1.2.2.3小气候主要因素受街道空间的影响

　　（1）风受城市街道空间的影响

　　风是能被风景园林要素显著改变的小气候要素，风速和风向随着空间形态和季节而改变，能显著影响人体热舒适度、建筑能耗等其它风景园林要素。

　　风是一个多变的要素，其改变原理存在多种相互作用。风景园林设计要素可以通过自身不同的大小、位置、方位、多孔性和间隔来影响风。城市街道空间形态要素对风的影响包括：

　　①下垫面对风速、风向的影响

　　城市下垫面由地形、建筑物、城市街道、广场、绿地等不同要素组成凹凸不平的城市下垫面，从而适度的影响风速、风向。

　　②街道建筑及街道空间对风速、风向的影响

　　街道的建筑物有不同的形态特征，建筑物的形态特征和自然天气特征对风速、风向产生了明显的影响，因而街道建筑及街道的空间对风速、风向产生很大影响。高层建筑对气流的强度和方向所产生的影响是：在低层建成区里，当统一高度建筑之上的主气流碰到一个特别高的建筑时，倾向于分解为两股气流。一股气流向上通过这个高层建筑，另一股更大的气流偏转向下，达到建筑中部再分成流过这个建筑的两侧的气流以及下沉气流和方向气流[18]。

　　（2）温湿度受城市空间的影响

　　空气温度用以表示空气冷热程度，城市外部空间环境的空气温度受到太阳辐射、大气温度、场地热源和人体散热等因素影响，空气中的主要热量来源为太阳辐射。风能迅速的将空气中的热量与水分混合后平衡，因而当我们人为的改变一个小范围的内的空气温度时，总是很快的被风产生的空气流动将空气温度差异消除，所以空间形态对空气温度的影响是间接的，是通过影响太阳辐射和风力风向，最终影响到空气温度。

　　湿度用以表示大气干湿程度的物理量，湿度也会因为空气流动产生的平衡和混合作用而减小一个小范围内的水分差异。但与空气温度不同，一个小范围内的空气相对于外界环境隔绝，这个范围内就会产生与外界环境相比比较明显的差异。空间形态对湿度的影响作用也是间接产生的，和空气温度一样，湿度也是通过影响太阳辐射和风力风向来最终影响湿度效果[19]。

　　1.2.2.4城市街道小气候舒适度评价

　　小气候人体舒适度可以根据主要的小气候因素分为热环境舒适度、风环境舒适度、湿环境舒适度和综合环境舒适度。当前小气候舒适度评价主要以热环境舒适度作为评价指标，热舒适度的相关研究以热环境为主，同时综合了风、湿环境的指标，因而称为人体对外界小气候环境的主体综合评价。国外对区域小气候舒适度的评价体系研究较为成熟，如热舒适度指标预测平均评价PMV指标[20]，生理等价温度指标PET[21]，温度应力指数[22]，户外热舒适度模型[23]。国内的相关小气候研究起步较晚，唐鸣放等[24]，以PMV模型为基础，修正得到了户外热环境舒适性评价模型OTCD（Outdoor Thermal Comfortable Degree)。

　　人体舒适度计算公式很多，由于地区的气候差异，不同的地区采用不同的计算公式。有相关的人体舒适度指数表表明，通过公式计算出的人体舒适度指数，能够反映人对室外环境的舒适程度，如下表所示：

　　1.3.1国外研究现状及成果

　　国外对小气候进行有系统的研究开始于十九世纪后半期，到了二十世纪二十年代初期，一些国家已广泛展开推进性研究，1930年以后国外的一些学者陆续出版各种有关小气候专著。也有雨近二三十年来观测技术的进步和各种生产建设发展的需要，对小气候的研究变得越来越多，小气候学的普及也变得迅速，应用范围也越来越广。

　　国外在小气候学的研究领域中发展速度最快的是城市气候、山地气候、农田气候和人类活动对气候的影响。因为随着人口愈来愈向城市集中，城市不断扩大和建设，以及其它各种人类日常活动的增多，局部区域气候的变化愈来愈明显，造成了很多不良影响，人们为了营造一个健康舒适的户外空间环境，越来越重视这方面的问题。国外在前期对城市街道的小气候研究做了许多的努力，研究小气候的方向主要从街道的空间形态、城市规划设计、街谷热环境以及热舒适度评价方法等方面进行了相关的研究[26]。

　　1981年，Landsburg在自己所发表的《城市气候》一书中指出，近年来在气候学领域内，以城市气候方面的研究最丰富，研究的地区遍及全球。

　　国外对于城市街道小气候的研究较为丰富和详细。Pearlmutter等[27]人对城市街谷的小气候因素和总能量平衡展开研究，结果表明在夏季高温天气的夜间，紧凑型街谷存在“冷岛”现象；而在冬季，这样的街道空间则能提供较暖的条件。此后，Pearlmutter等人对城市街道峡谷的行人能量交换与其热舒适计算模型展开研究，研究结果表明：在炎热干旱的地区，紧凑型街道峡谷可以显著提高行人热舒适度，且在测量的街道中，具有南北朝向的街道调节效应要强于东西朝向的街道。Erik等[28]人在炎热干旱的地区选择了一个传统和一个现代的社区进行社区内街道小气候的研究，经测量数据计算显示，传统社区的H/W比是1，SVF值是0.05；现代的社区的H/W比是0.6,SVF值是0.64。实测数据主要是街谷的空气温湿度、建筑外立面和街道的表面温度以及街道水平和竖直方向上的风速。研究分析得出在冬日和夏日的一天中，最暖的时段温差有10℃，而现代的社区相较于传统的社区来说，更容易获得较直接和扩散的太阳辐射，以及获得较多射向天空的长波辐射，因而白天升温快，晚上降温快。Andreou[29]探究了街道几何形态、朝向与地表反射率等要素对其小气候热舒适的影响，发现传统城市聚集区的街道小气候舒适度要高于现代城市聚集区。Fazia[30]探讨了街道高宽比值和街道走向的不同对城市小气候的影响关系；Limor[31]研究了建筑布局形式与建筑彼此之间的间距对街道小气候的影响，并得出街道几何形态和走向决定街道被动散热，而由于树冠的遮挡很大程度上减缓了街道热效应这样的结论[32]。

　　在更早的19世纪初期，气候学家霍华德[33]出版了专著《伦敦气候》，在该书中他第1次提出了城市热岛效应，并认为它是之后城市气候中最重要的特征。

　　在《Climate Considerations in Building and Urban Design》一书中，作者主要介绍了建筑设计及城市设计中各种适应气候的策略。探讨了城市的选址和尺度、建筑密度、建筑高度、街道的方向和宽度、建筑特殊的细部设计对城市气候的影响。特别提出了夏热冬冷地区热舒适要求及适应气候的建筑设计策略[34]。

　　Bourbia等[35]人以半干旱地区的小气候为研究对象，通过实测数据来讨论街道的几何形态对街道小气候的影响，街道的几何形态分别用SVF值、H/W比值和朝向来表示，得出的结论是城市街道与附近农村环境之间的空气温度差异是3℃～6℃。同时对建筑周围的温湿度环境进行了实测研究，分析了街区内的空气、温度、建筑表面温度与建筑布局、围护结构构造之间的关系。

　　Gulyás[36]对当地城市中心区的建筑遮挡、树木遮挡与生理等效温(PET)的相关性进行了研究，证明了建筑以及树木的遮挡作用对城市室外热环境的重要影响。

　　Dimoudi[37]对希腊的城市街道小气候进行了实验测量，发现城市高密度地区风速是郊区风速的1/3～1/4，温度却比比郊区温度高5℃～5.5℃。

　　Cohen[38]对地中海七个城市开放空间进行夏冬两季小气候实测实验，其中开放空间包括广场、街道、公园等，并将小气候实验结果结合PET，SVF进行进一步分析研究，综合夏冬两季小气候测试研究结果，发现树木对夏季降温的优势大于冬季降温的劣势，并且在植物测选择上最好选择落叶树种。

　　Shashua-Bar等[39]人通过建立了60种街谷形态模型，并运用绿色CTTC模型对7月的气温值进行了预估计算，同时与附近气象站测量数据进行了比较，分析得出了两者气温差值与建筑进深、建筑沿街宽度、街谷高宽比的关系式。

　　1.3.2国内研究现状及成果

　　我国关于城市气候的研究相比国外起步较晚，国内研究小气候的方法主要按气候区域的不同来进行划分，大致分为夏热冬冷气候区域，湿热气候区域以及寒冷气候区域。国内目前关于街道小气候及空间类型与街道小气候的研究进展远不如国外。

　　但近几年来，在诸多学者对小气候进行了相关研究的基础下，也取得了一定的进展。国内学者针对香港九龙半岛的旺角区，通过对不同模型下风环境的模拟改善，找寻不同人为措施对城市自然通风能够产生的影响以及对未来的风环境状态进行预测[40]。

　　林楠[41]从街头绿地的空间构成要素出发，结合建筑周边的围合情况，围合的因素包括街头绿地内水体、绿化种植、景观设施与构筑物、地面铺装等多个方面，分析了城市街头绿地与城市小气候的关联性，并探讨以设计策略来改善城市街头绿地小气候的可能性。

　　赵敬源等[42]人通过对不同高宽比值的街谷模型的温度场数值进行多次模拟，通过模拟数据，给出了城市街道最佳高宽比范围，同时还得出了街道走向、下垫面反射率与蒸发率对街道内部热环境的影响。

　　王振[43]以湖北省武汉市某一商住混合街区为例，运用数值模拟软件ENVI-met结合现场实测，对城市街区层峡内小气候因子进行分析和总结，验证了夏热冬冷地区数值模拟技术的可靠性和适用性。对于街区小气候相关的日变化和分布状态进行分析，并总结了夏热冬冷地区城市小气候的街区层峡设计方法。

　　黄媛[44]对理想状态的城市形态与城市小气候条件之间的相互关系，找出与建筑仿真能耗的影响因素初。

　　刘加平等[45]人就户外热环境质量评价问题进行了详细讨论，指出有关安全性的要求是户外热环境在设计或市评价当面的基本原则：提出了户外热环境质量热指标应将环境物理变量与个人变量分开而仅描述户外环境炎热程度的观点；推荐湿黑球温度WBGT作为综合热指标，并给出了可直接从普通环境参数预测WBGT的关联式。

　　罗戴维[46]通过对成都宽窄巷子的实地测量和软件模拟，对街道整体热环境进行横向对比，评价巷子内热环境的舒适性，为之后街道热环境的研究提供了基础模板。

　　孙禹[47]对哈尔滨中央大街的商业步行街进行了小气候调研和数据模拟，分析了寒冷城市地区如何提高环境舒适度，并根据现状提出了改善商业步行街小气候环境的设计策略。

　　徐小东[48]基于生物条件下的城市气候提出了一系列研究小气候的理论框架并总结了适用于不同规模的城市设计策略。

　　李冬至等[49]人选取了西安市街道在夏冬两季分别进行测量，提出街道林荫空间类型分为“林荫隧道型”和“林荫峡谷型”，并针对单拱封闭型林荫空间进行了实测分析。

　　田喆等[50]人对天津市南开区的容积率、绿化率、人为排热量等参数进行具体量化，探讨了城市气温与下垫面和人为排热等因素之间的关系，研究结果发现天津市南开区全天和白天气温与区域绿化率、水面比率、建筑容积率等因素具有较显著的线性相关关系，夜晚气温仅与人为排热具有较显著的线性相关关系；且各影响因素对不同时段气温影响的显著性不同。

　　张志勤[51]通过实验实地测量并分析了喷泉周围热环境分布的特点，同时用数值模拟的实验方法模拟了喷泉周围热环境分布，并且提出了喷泉周边热环境与小区热环境联合模拟的计算方法，对模拟数据分析后提出了优化喷泉设计的指导性意见。

　　汤广发等[52]对城市住宅小区进行了风环境的数值模拟分析。

　　刘滨谊、张德顺等[53-55]人对上海地区的城市广场类建筑密集区、街道及滨水区类带状空间和城市居住类街区等的园林空间进行了相应的实测分析，对这3类城市中所包含的风景园林小气候空间单元的适应性设计理论和方法进行了较为系统的研究，并在此基础上，提出了相关的设计建议与改进措施。

　　董芦笛、肖博、刘晖等[56-59]人对西安城市小气候进行了研究，探讨了不同园林要素产生的小气候效应，提出了适应性设计理论与方法。

　　经过对国内学者对小气候的相关研究进展和现状成果发现这些研究对今后有关于城市街道空间小气候的研究推进提供了一定的参考价值。

　　随着人们科学技术的进步和对自然界的不断挖掘，城市景观作为城市中重要的景观载体，更应该注重与自然界的协调关系。随着城市经济科技的不断发展，人们由适应自然气候，变向的影响与改变自然气候，但人类活动与城市发展对于气候的影响也存在许多不利的方面。因而，通过人为手段来改变城市中的重要组成要素对改善气候有着有利的影响。

　　城市街道是城市公共空间的枢纽通道，是不可或缺的重要组成部分，与人类的户外生活息息相关。对城市户外活动空间的小气候研究，国外研究己经进行多年并相对成熟，国内的相关研究刚起步，也是目前风景园林学科近几年的前沿研究课题，因此针对城市户外空间的小气候研究很有必要。可以借鉴国外的研究方法，结合中国自身气候状况提出合适的研究理论以推进此类研究。虽然国外研究己经成熟，但气候之间的差异较大，因此，在对国内气候研究还需要更大范围的实测验证。洛阳的气候特征较明显，本文从风景园林小气候基础理论出发，以城市街道为研究对象，对洛阳夏秋冬三季城市街道小气候要素与街道空间关系进行实测分析，从而初步揭示洛阳夏秋冬三季城市街道小气候的特点，并提出改善城市街道空间小气候的方式方法。

　　（1）洛阳市地理特征

　　洛阳盆地地处黄河中游的河南省西部，属中原腹地，从东西方向看，这里正处于黄土高原的东南缘，中国地势的第二阶梯和第三阶梯的过渡地带。该区域的地貌大体可分为山地、丘陵、平原三大类型[60]。

　　（2）洛阳市基本气候特征

　　洛阳市属亚热带向暖温带过渡地带，季风环流明显，因此，四季温度和风向变化较显著。洛阳市气候特点是：四季分明，冬季寒冷雨雪少，春季干旱大风多，夏季炎热多雨且集中，秋季晴和日照长。从风向看，冬季盛行偏北风，寒冷干燥；夏季盛行偏南风，炎热多雨，季风气候明显。从气况上看，洛阳四季分明，四季平均气温是12.3℃～15.2℃，22.9℃～26.6℃，12.3℃～14.9℃，0.5℃～2.0℃。可称春暖、夏热、秋凉、冬寒。从降雨上看，年平均降雨量600～700mm，降雨多在7、8、9三个月，明显表现出冬春干燥少雨，夏秋雨水集中，总体表现为春干、夏丰、秋润、冬少。

　　2.2.1洛阳市主要街道调研

　　本人针对此次研究对洛阳市的主要城市街道进行了实地调研，以一些具有典型特征的街道按不同的街道性质以及街道功能进行分类统计。

　　调研的街道在洛阳市的分布情况大致如下：位于涧西区的长安路、中州西路、景华路、延安路、南昌路、西苑路、丽新路；西工区的凯旋路、中州中路；以及洛龙区的牡丹大道、开元大道、政和路和太康路。

　　2.2.2不同季节对街道空间小气候的影响

　　在夏季、秋季、冬季三个季节分别对测量街道进行小气候实测，利用测得数据，总结城市街道空间小气候在三个季节的特点及变化规律。

　　2.2.3不同街道空间对小气候的影响

　　以相同季节和相同的小气候因素为前提进行不同街道空间小气候测量结果对比，分析不同街道空间小气候环境之间存在的差异。

　　2.3.1文献收集

　　浏览国内外对于小气候的相关研究，梳理国内外相关研究的研究进展以及现状，挑选对此次研究有帮助的文献进行研究方法和研究成果的总结，为此次研究奠定良好的理论基础。

　　2.3.2实地调研

　　对洛阳市主要街道进行实地调研。拍摄街道图片，并对有代表性的街道按性质与功能进行分类。

　　2.3.3测量街道的选择与布点

　　Fig.2-1The object of measurement is in the west of Luoyang City.

　　此次研究确定的四个测量对象分别是西苑路，景华路、中州路以及一个对比对象拖厂广场。图（2-1）中1、2、3、4标号分别表示的是中州路，景华路，西苑路以及拖厂广场。红色覆盖部分是测量对象在洛阳市涧西区的大体位置。三条街道的朝向一致，道路高宽比值大体一致，均在0.5～1之间。但在夏季时，街道中树冠的覆盖程度不同。根据树冠覆盖程度，从大到小依次是西苑路＞景华路＞中州路＞拖厂广场。

　　测量对象具体选取区域分别是西苑路725所段，景华路物鑫机电设备有限公司段，中州西路五号街坊（北区）段，以及位于东方红农耕博物馆门前的拖厂广场，在建设路与长安路口交汇处。

　　此次测量点的设立采用街道断面布点法。以夏季为例，每个测量对象共设立三个测量点，其中，测量点1与测量点3设立于街道两侧树荫下，测量点2设立于街道正中央。西苑路、中州西路、景华路的布点方法按照以上进行布置，而拖厂广场的布点方法则是，三个测量点均设立在裸露地面上并且无树荫遮盖，从而与其他三条街道形成对比。秋季和冬季的布点方式与夏季相同，不做更改。

　　根据以上测量街道的选择与布点方式，现将测量对象的具体情况描述如下：

　　（1）西苑路

　　Fig.2-2 Xiyuan Road summer field survey

　　西苑路街道为东西走向，属于涧西区交通主干道。街道两侧建筑高度基本在15～30m之间，但将选取两侧建筑高度为20m左右为测量区域，南侧及北侧均为临街商住楼，街道宽为30m，绿化带宽为2m，四排行道树，道路类型为双向四车道。

　　（4）拖厂广场

　　拖厂广场是第一拖拉机股份有限公司出入门口前的一块空地，位于涧西区建设路与长安路的交汇处。这块空地的用途有多种，经常被用作临时停车场或是居民活动场地等。拖厂广场作为与另外三条街道的对比对象，选取测量区域基本为裸露地面无树荫遮盖，而测量点的选择也无树荫进行遮挡。测量区域的西边是东方红农耕博物馆，东边是一拖电视台。广场宽度大约15m，广场两边道路各宽约15m。

　　如图所示选取的三个测量点除去建筑对其遮挡的作用以为，基本环境气候条件一致，作为对比对象来提供参考，也应与其他街道所取得测量点数量一致，保证后期计算的统一性。

　　2.3.4测量方法

　　2.3.4.1测量仪器

　　此次测量主要用到的仪器有：Kestrel 3500手持小气候测量仪，8921/8922数位式噪音计，照相机，笔，纸质记录表等。

　　Kestrel 3500手持小气候测量仪主要进行多个小气候因素测量，包括：最大风速、最小风速、平均风速、空气温度、相对湿度、露点温度、湿球温度、热应力指数、风寒指数、大气压力、海拔高度等。8921/8922数位式噪音计主要测量街道空间中产生的噪音分贝值，可测当前一段时间内的最大分贝和最小分贝。

　　2.3.4.2测量主要方法

　　（1）测量阶段

　　分别进行夏季、秋季、冬季三个季节的实地测量。

　　（2）测量时间

　　为了保证数据的有效性，测量日尽可能选择晴朗无风或微风的天气状况，夏季应避免极端高温天气，秋季和冬季避免下雨下雪以及大风天气。

　　每个季节的测量时间段最终定为：2017年9月10日～12日（测量数据作为夏季小气候测定的主要依据），2017年11月2日～4日（测量数据作为秋季小气候测定的主要依据）以及2018年1月18日～20日（测量数据作为冬季小气候测定的主要以及）。

　　测量持续连续的三天，每天的测量时间从早8点至晚8点，测量仪器全天不关机（主要用于开关机时出现数值变化较大的小气候因素读取，例如：平均风速、相对湿度等），每20min读取一次数据，读取时，保证测量高度距地面1.5m。除了测量空气温度、相对湿度、平均风速、露点温度、湿球温度、大气压力这些小气候因素外，夏季另测热应力指数，冬季额外测定风寒指数。

　　夏季以及冬季人体感受最直接的小气候因素就是气温，但单靠气温来描述人体的舒适程度是远远不够的，夏季测量热应力指数，可以对照下表找出热应力指数对于人体感受的意义，帮助人体判断周围的环境舒适度，以及人体在哪种工作环境中持续多久会出现热过劳的现象。

　　表2-3热应力指数的意义[66]

　　Tab.2-3 The significance of the thermal stress index

　　热应力指数（HSI）暴露8h的生理和健康情况的描述

　　-20轻度冷过劳

　　0没有热过劳

　　10～30轻度至中度热过劳、对体力工作几乎没有影响，但可能减低技术性工作的效率

　　40～60严重的热过劳，除非身体健壮，否则就免不了危及健康。需要适应环境的能力

　　70～90非常严重的热过劳。必须经体格检查以挑选工作人员。应保证摄入充分的水和盐分

　　100适应环境的健康年轻人所能容忍的最大过劳

　　大于100暴露时间受体内温度升高的限制

　　而冬季往往用风寒指数来表示人体对温度的耐受能力，由下表可见：

　　表2-4风寒指数与温度和风速之间的相互关系

　　Tab.2-4 Relationship between wind-cold index and temperature and wind speed

　　风寒指数是人体裸露的皮肤对外界的一种反应程度。它的变化与空气中的风速和温度有关系。依照颜色的深浅变化，代表在相对应的风速条件和温度条件下，人体皮肤被冻伤所需要的时间长短。所以风寒指数也常常被用作军队训练中的冻伤预警。

　　2.3.5数据处理方法

　　（1）将当天的测量数据，记录到事先准备的纸质表格中，标明对应的小气候因素以及时间。

　　（2）在连续三天的测量结束后，把每条街道的各个小气候因素分别按照测量点1、测量点2以及测量点3的进行三天的均值计算，最后得到一条街道三个测量点各自的均值。

　　（3）将夏季、秋季、冬季的小气候因素分别进行季节汇总，后进行对应结果分析。

　　（4）将同一小气候因素为前提，分别绘制测量对象相对应的折线图，并将相同小气候因素不同测量对象的折线图汇总在一起进行比较，找出它们之间存在的差异。

　　在选取测量对象前期的准备工作中，本人将洛阳市主要街道进行了实地调研，并拍摄街道照片（见附录Ⅰ）。调研的街道整体概况如下表所示：

　　序号街道名称街道位置街道朝向街道类型街道高宽比街道断面形式

　　1长安路涧西区南北生活型0.5～1三块板

　　2西苑路涧西区东西商业、生活型0.5～1两块板

　　3景华路涧西区东西生活型0.5～1三块板

　　4中州西路涧西区东西交通型0.5～1三块板

　　5延安路涧西区东西交通型1两块板

　　6丽新路涧西区东西商业、生活型1两块板

　　7南昌路涧西区东西商业、交通型0.5～1三块板

　　8中州中路西工区东西商业、交通型0.5～1三块板

　　9凯旋路西工区东西商业、交通型0.25～0.5两块板

　　10开元大道洛龙区东西交通型0.25～0.5三块板

　　11牡丹大道洛龙区东西交通型0.25～0.5三块板

　　12太康路洛龙区东西交通型0.25～0.5三块板

　　13政和路洛龙区东西生活、交通型0.5～1一块板

　　（1）按街道的功能性质分类

　　在实地调研中发现，洛阳城市街道主要体现为三种性质：以交通为主、以商业为主和以生活为主。

　　以交通为主的街道：中州路、太康路、延安路、牡丹大道、开元大道

　　这些街道的两旁建筑类型一般是居民住宅以及商务办公楼，并且建筑与整条街道中心的距离较远，不同路段两侧的建筑高度不同，一般是15～45m之间。整条街道的路面较宽，基本在40～70m左右，一般路旁有整齐的行道树，有明显的分车绿化带，并且机动车与非机动车道用绿化带隔离开。

　　以商业为主的街道：西苑路、凯旋路、南昌路、丽新路。

　　这些街道的两旁建筑类型是一些大型的商业建筑，例如南昌路上的王府井与丹尼斯卖场，凯旋路上的建业凯旋广场以及丽新路上的万达广场与长申广场。这些商业建筑的存在使得街道的性质跟随其改变。这些街道的路面宽度在15-40m之间，两侧的建筑高度并不是非常高，大概在30m左右，街道绿化情况因街道本身的存在时间有不同，例如西苑路与凯旋路上的街道绿化较完善，有多种植被覆盖，而南昌路的植被种类较多，但行道树的冠幅还达不到夏季覆盖路面的程度，丽新路的植被种植情况还比较单一。

　　以生活为主的街道：景华路、政和路、长安路。

　　这些街道的两旁的建筑类型一般是餐馆、菜市场以及小型的生活卖场，能够满足附近居民日常生活需求，更偏生活化一些，街道整体的路面宽度大概在15～30m之间，两侧的建筑在15m左右，街道绿化较单一，除了长安路有分车绿化带以为，政和路以及景华路都无分车绿化带，仅仅是街旁的行道树。

　　（2）按街道的断面形式分类

　　在城市街道中，一般利用一定的侧石高度使人行道面高于车行道面，达到人、车分离的目的，而且利用路面划线标志或分车绿化带分隔对向车流和机动车与非机动车流。分隔带在街道横断面上的位置与条数的不同，决定了街道横断面形式的不同。

　　一般城市街道分为三类：车行道上完全不设分隔带，以路面划线标志组织交通或不作划线标志，将机动车设在中间，非机动车在两侧，按照靠右规则行驶的，称为一块板；利用一条分隔带分隔对向车流，将车行道一分为二，称为两块板；用两条分隔带分隔机动车与非机动车流，将车行道一分为三，称为三块板。

　　在图（3-1）中，从左至右的街道断面依次是一块板街道类型、两块板街道类型以及三块板街道类型。

　　（3）按街道高宽比H/W值分类

　　街道的宽度为W，沿街建筑的高度为H。芦原义信[61]在《街道的美学》中这样描述了H/W的关系，当H/W＜1时，随着比值的减小会逐渐产生远离之感，低于1/2时，则产生宽阔之感；当H/W＞1时，随着比值的增大会产生接近紧迫之感；当H/W=1时，高度与宽度之间存在着一种匀称之感；H/W=1是空间性质的转折点。

　　在洛阳市的街道调研中，H/W在0.25～0.5之间的街道有：凯旋路、开元大道、牡丹大道、以及太康路。这些街道往往路面宽阔，街道两侧建筑高度相对于街道整体宽度而言较矮，街道上方给人以较宽阔的视野，在城市公共空间中通常以交通功能为主。H/W在0.5～1之间的街道有：长安路、西苑路、景华路、中州西路、南昌路、中州中路以及政和路。这些街道的街道宽度比街道两侧建筑高度较宽或相对适中，街道上方给人提供的视野范围开始缩小，但视野依旧相对宽广。这些街道的功能性质除了交通以外还承担着商业性质的功能。H/W=1的街道有延安路和丽新路，这些道路的路面宽度较窄，两侧的建筑高度逐渐升高，提供给人的视野范围开始缩小，它们的街道性质开始转变成生活交通型街道，但整体给人相对均衡。但当H/W＞1时，由于路面逐渐变窄，两侧的建筑高度逐渐升高，这时街道的交通性质就不那么明显了，反而更趋向于生活化街道，整体也会给人以拥挤的感觉，需要仰头才能看到天空，此次在街道的调研中并未采用此类道路作为参考，故不详细列举。

　　3.2.1夏季城市街道小气候测量结果与分析

　　（1）测量时间及当天天气状况

　　测量时间:2017.9.10～2017.9.12

　　当天天气状况：

　　

　　湿球温度通俗来讲，就是当前环境仅通过蒸发水分所能达到的最低温度。热力学湿球温度也称绝热饱和温度。其实湿球温度与气温也有所关系，虽没有气温的整体水平高，但测量点3中下午三点半时的西苑路的湿球温度增高，说明当时气温高，周边环境干燥。在夏季，由于太阳光的照射，很容易引起气温的持续增高，植物叶片对阳光的遮挡，可以有效的降低周边温度，达到调节气温和环境中相对湿度的作用。