陕西中晟规划设计研究院有限公司
摘要：本文尝试从分析城市气候学的对象、分析应用方面的价值问题和局限性以及从城市设计角度研究等对策，提出创新性的方法模式，并最终解决城市气候学研究对地域性城市设计工作的指导价值问题。
关键词：城市气候学；城市形态；城市设计
一、引言
中国30多年来迅猛的城市化建设，带来一系列城市环境问题。由于城市气候学层面的研究滞后，未能为城市建设提供有效指导。我们需要通过深入了解城市气候学的研究经验，探讨城市气候学研究与城市规划及城市设计的整合性研究的可能，实现对当前新形势下我国城市建设发展的有效指导。
二、城市气候学的研究方法
城市气候学认为城市热岛的产生是自然与人为两方面因素的共同作用。人为因素主要包含城市人工的下垫面及人类活动的影响。由于城市建设过程中采用大量与自然环境迥异的人工建筑材料，大面积地改变了地表覆盖状态，加之人为排热的影响，引发了近地层大气动力和热力结构的变化，进而产生空间与时间尺度上的热力异常现象，[8]使得城市区域的温度相较于周边郊区，白天上升较快，而到了晚上下降较慢。
1．与城市规划结合的下垫面类型划分
下垫面与城市规划和城市设计直接关联。在现有的城市气候研究中，通过与现有城市规划体系中的地块功能类型相对应，来划定下垫面的类型，从而赋予不同的影响参数、建筑材料、建筑形态及人类活动类型。可见，城市气候学的观测和模拟对象，是以第二次世界大战后形成的机能主义城市类型为主体，其不同功能的城市形态的类型特征成为重要的研究内容。
然而，从当代城市规划思潮的发展可以看出：20世纪60年代开始，城市规划在后现代思潮影响下，开始反思机能主义的城市规划理论。特别是在20世纪后半叶中后期，过度的城市开发所形成的环境恶化、能源危机及全球变暖等问题的影响，以及城市中人与社会、人与自然的关系成为了主要关注点。可持续观念下的城市建设正在回归，强调功能混合下的社区活力、步行舒适性下的街区结构、公共交流需求下的街道及公共空间营造、公共交通优先下的均质形态等核心内容。与此同步的研究方法和技术手段不断进步的城市气候学研究，在对象上显然缺乏足够大规模的具有以上当代城市设计理念的城市案例进行观测。
2．与城市形态相关的下垫面研究
从城市气候学的视角看，城市中至少产生了两个不同尺度的热岛效应：中尺度的城市边界层（Urban Boundary Layer，UBL）及小尺度的城市冠层（Urban Canopy Layer，UCL）。城市边界层指的是城市建筑物屋顶到积云中部高度范围；城市冠层则是指地面到屋顶平均高度范围。这两个层次均与城市形态中的建筑物高度、密度、几何形状、建筑材料、街道宽度和走向、绿化面积等关系密切。另外在城市冠层中，除人工构筑物实体外，另一个重要的气候影响要素则是城市的公共空间——街道。这部分区域在城市气候学中被称为城市街道层峡（Urban Street Canyon，U S C），亦可称之为城市街谷，由于城市上层的自然风通过不同高度建筑和城市街道垂直的建筑界面的影响，而引发风的复杂径流变化，形成自身的微气候。
在晰研究尺度的基础上，城市气候学可以对各个研究层级的气候参数进行物理定义，建立数理模型，实现对城市气候的理解与预测。其中最为重要的则是Oke的研究团队提出的城市冠层及街谷的能量平衡模型，从中展示出城市气候的能量传递方式及微气候变化因素。如今，已经有不同的学者建立自己的城市能量模型并开展研究，在此则不一一赘述。
3．研究成果转化的问题
城市气候学的研究成果转化问题始终存在。一方面由于其成果多是数理形式，过于抽象无法直接指导城市建设。为此，世界气象组织（WMO）于1984年召开了“城市气候学及其应用技术会议”（Technical Conference on Climatology and Its Application with Special Regard）。会议中不仅邀请城市气候学学者，还有大量的城市规划工作者、城市建筑设计师等专家，共同探讨气候学研究在城市建设中的应用措施，但成果应用方面直到现在依然是一个难题。
另一方面是由于城市气候学研究均是基于将都市区域视为自然环境中的“异质”形态，通过动力学和热力学的原理进行研究分析：动力学方面是在空气动力学的基础上研究风环境情况；热力学方面则是建立能量平衡模型，从而可以分析并预测在冠层或者街谷内的能量状况。通过研究风与热环境的影响要素，从而转译到城市设计手段上，则可以通过模拟预测优化城市形态的设计，或者改变现状，提升城市的热环境、风环境乃至空气质量，实现城市气候的优化，缓解城市热岛效应。
但当代城市设计理念从城市形态及空间上回应可持续和生态绿色的要求，倡导一种与自然环境“同质”的形态目标和设计结果，希望消弭城市与乡村、自然环境的对立关系。这对城市气候学提出了全新的挑战，即从对都市区域研究的“异质性”观测转向“同质性”评价。城市规划与设计工作亟须从城市气候学角度进行重新认识。
三、城市气候学在城市规划领域的应用
从现有的研究与实践情况来看，城市气候学主要有两种途径影响城市建设工作：一是以气候地图的应用指导城市规划；二是以地域性城市空间的气候属性研究指导城市设计。
1．气候地图的应用
气候地图旨将城市气候学对气候要素的研究成果进行形象化处理，指导和调整城市规划策略，从而实现要素的改变，优化城市环境。由德国气象学之父Knoch教授于20世纪50年代首次提出的城市气候地图（Urban Cli-matic Map）系统，则是通过叠加气象、地理、植被及规划的信息图，并对气候状况进行评估处理之后，划分出气候空间单元，形成并提供综合改善城市气候策略规划建议图（Urban Climatic Planning Recommendation Map），实现了便于规划师与建筑师理解的图形式规划语言的转换。如今诸多地区与国家均采用这种系统，并根据不同需求可以叠加更多的气候要素信息，如香港中文大学的吴恩融教授领导的研究团队在其绘制的香港城市环境气候图中叠加了建筑楼宇和城市规划的信息，同时考虑室外热舒适的评价系统，实现更为全面的指导。
这种基于宏观层面预测的气候地图，适用于较大尺度的城市规划指引。同时，其评价和分析手段是基于既有机能主义城市规划体系的思维，主张通过调整用地的功能属性来实现城市气候的调整。在实际城市设计应用中，城市形态及绿色建筑策略正在成为城市气候调整的手段，廊道与街道空间、屋顶绿化与立面绿化、雨洪管理与场地蒸发、微系统化的市政能源设施等多种措施正在改变近地形态的要素属性，有助于改善气候图的评价内容，提升价值。同时，也说明中小尺度城市空间的气候属性研究亟须加强。
2．地域性城市空间的气候学研究
都市聚落形态，在全球各地已经存在了几千年。不同地域及气候区的都市形态特征均不相同，是由气候及文化等因素长期共同作用而形成。传统聚落形态适应自然条件、回应环境地形、气候条件及文化生活，展现了与自然气候强大的自适应特性和非干扰性。可通过城市气候学方法分析研究其中的规律，探讨城市空间形态模式，从而利用这种设计师所熟悉的形态语汇来进行空间操作，并进行成果的校验，实现气候学研究与城市设计应用的对接。
当代城市设计理念已不再是机能主义时代僵化的功能样式的组合，而应是尊重地域气候特性、强调多元功能复合、社区活力、可持续策略优先的设计策略。因此，借助气候学研究手段来探究当下高密度竖向化的现代都市对于传统城镇聚落形态智慧的继承方式，是十分必要的。
四、小结
通过对城市气候学研究对象和方法的分析，可以找到当前城市气候学研究与城市规划工作相脱节的客观原因。以机能主义城市为核心的研究思维与当前城市设计思潮发展的错位现象导致城市气候学的价值无法有效实现。本文尝试从城市设计角度提出建议，确立地域性传统城市对于当代城市发展的样板价值，通过理论分析与实证研究，尝试对街区结构和街道尺度的特征模式进行气候学分析，从而以尺度规律为依据，指导城市街道空间改造设计。而更重要的是，我们需要从根本上弥合城市气候学与城市设计的方法错位，寻求有效方法，为可持续理念下的城市发展提供科学指导。
参考文献：
[1]周淑贞，张超．城市气候学导论[M]．上海：华东师范大学出版社，1985．
[2]田喆．城市热岛效应分析及其对建筑空调采暖能耗影响的研究[D]．天津：天津大学，2005．
[3]张宇峰．能量平衡与街谷微气候[J]．建筑科学，2016（10）：96-104．