呂鳴楊，金荷仙，王亞男

（浙江農(nóng)林大學(xué)，浙江杭州 311300）

我國的城市規(guī)模隨著不斷加快的城市化進(jìn)程不斷擴(kuò)大，在全球變暖的大背景下城市氣候問題日益突出，人們對健康、舒適的戶外環(huán)境的追求與惡劣城市氣候的矛盾逐漸凸顯。因此城市氣候問題引起人們的廣泛關(guān)注，大氣科學(xué)、環(huán)境科學(xué)以及風(fēng)景園林等專業(yè)相繼對城市氣候、城市小氣候展開研究。水體作為生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分對氣候環(huán)境有重要影響作用，是各學(xué)科的研究重點(diǎn)之一。對小氣候的影響主要表現(xiàn)在熱環(huán)境、濕環(huán)境以及風(fēng)環(huán)境，因自身特征的不同表現(xiàn)出的小氣候效應(yīng)可能會有很大差異，這些自身特征包括水體形態(tài)、水面形狀、體量、深度、流速，而類似的水體在不同環(huán)境下，受大氣候背景、海拔、周邊地形、植物等因素影響表現(xiàn)出的小氣候效應(yīng)也會有所不同，小氣候效應(yīng)的差異主要體現(xiàn)在影響效果、影響范圍及影響強(qiáng)度。目前國內(nèi)對水體的小氣候效應(yīng)已經(jīng)有了一定的研究，也存在一些不足，因此需要對已有研究進(jìn)行梳理，對探明的不同水體的影響規(guī)律、效果進(jìn)行總結(jié)，以便于為后續(xù)研究提供借鑒。

1 不同形式水體的小氣候效應(yīng)研究

1.1 湖泊小氣候效應(yīng)

大量對湖泊氣候特征的實(shí)測研究表明，湖泊對周邊氣候有顯著的影響作用，影響效果受各種因素影響差異較大[1-7]。崔麗娟等對北京8個典型濕地進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)湖泊濕地對局部環(huán)境的降溫能力明顯高于河流，增濕效果平均在8%～14%之間，強(qiáng)于河流的3%～9%，整體小氣候效應(yīng)較河流更顯著[8]。彭小芳等研究了廣州5處濕地發(fā)現(xiàn)，位于市郊的濕地較市區(qū)內(nèi)的平均氣溫可低約2.7℃，相對濕度年平均值可高10%；而濕地邊緣的氣溫較距水邊200m處可低1.1～1.3℃，相對濕度可高4%[9]。陸鴻賓分析了太湖氣溫效應(yīng)，結(jié)果表明湖岸平均氣溫比遠(yuǎn)湖區(qū)低0.3～1.0℃，湖面最低溫較遠(yuǎn)湖區(qū)高3～5℃；下風(fēng)岸氣溫較上風(fēng)岸高0.2～0.6℃，當(dāng)氣流通過水面時，對溫度升降、溫率隨通過水面的距離增加而降低[3]。有研究表明湖泊面積越大、湖水越深、蓄水量越大，對氣候調(diào)節(jié)作用越明顯[10]。朱春陽研究了武漢地區(qū)14塊湖泊濕地，發(fā)現(xiàn)湖泊的氣候效應(yīng)受其面積、形狀、位置及環(huán)境的影響，其中面積的影響最大[11]。張偉對西湖小氣候的研究發(fā)現(xiàn)湖泊的小氣候有明顯季節(jié)性差異及晝夜差異[12]。此外，研究表明湖泊的降水效應(yīng)不明顯[4,12]。

1.2 河流小氣候效應(yīng)

城市河流指流經(jīng)城區(qū)的河流或河段，也包括人工開挖但經(jīng)多年演化已具自然河流特點(diǎn)的水系，是生態(tài)環(huán)境功能的重要部分[13]。齊靜靜對松花江及其周邊區(qū)域氣候進(jìn)行研究，結(jié)果表明夏季時河流在晴天作為城市冷源，起降溫作用，陰雨天則作為城市熱源，可一定程度上減緩降溫；同時對周邊氣候的降溫增濕作用與主導(dǎo)風(fēng)向及下墊面類型、建筑區(qū)密度、人工排熱等密切相關(guān)，水域兩岸溫度分布變化差異明顯[14,15]。紀(jì)鵬對北京7條不同寬度河流的研究發(fā)現(xiàn)，河流在春、夏、秋季均有降溫增濕作用，并且隨著河流寬度增加而增強(qiáng)，冬季同樣有降溫增濕作用，但是降溫幅度隨河流寬度而不斷減弱直至消失、逆轉(zhuǎn)，而增濕作用隨寬度增加而增強(qiáng)[16]。同時河流寬度對岸旁綠地溫濕效應(yīng)影響顯著，當(dāng)河流8m寬時，綠地有增濕效應(yīng)，降溫效應(yīng)不明顯；14～33m時降溫增濕效果明顯，但不穩(wěn)定；大于40m時效果顯著且穩(wěn)定[17]。宋曉程通過實(shí)測及數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，河道越寬影響范圍越大，可達(dá)250m左右，河流附近氣溫根據(jù)河道寬度不同可下降0.6～1.0℃；另一方面由于水面較寬且上方風(fēng)速低，對于周邊高溫空氣的影響較河道上空小[18,19]。

1.3 其他水體小氣候效應(yīng)

目前對河流、湖泊以外的水體的研究主要是城市公共空間的噴泉、水池。楊凱的研究表明，噴泉有利于增強(qiáng)綠地水體對小氣候的降溫增濕作用[20]。曹丹對上海開放空間的研究表明噴泉對小氣候的調(diào)節(jié)作用主要與距離及風(fēng)環(huán)境有關(guān)：距離越近，地面溫度越低，相對濕度越高；周圍風(fēng)速越高，調(diào)節(jié)作用越明顯[21,22]。陳茗針對西安公共空間小型水體進(jìn)行研究，結(jié)果表明夏季時不同水體形式調(diào)節(jié)程度有差異，水池噴泉對溫濕度調(diào)節(jié)效果最好，冬季時涌泉、人工湖較深的水體保溫效果較好，旱噴增濕效果最弱；而涌泉和旱噴在冬夏均對地表溫度有較好調(diào)節(jié)效果[23]。另外，水體與適宜的風(fēng)場相結(jié)合、水體的流動可以通過加快水面蒸發(fā)，促進(jìn)與環(huán)境的熱傳遞，從而提高降溫能力[24]。

2 不同水體特征對水體小氣候效應(yīng)的影響

2.1 水體面積的影響

大量研究表明，水體面積對其小氣候效應(yīng)有顯著影響。楊凱對上海6個水體的觀測顯示，面積較大的湖泊溫濕效應(yīng)較其他水體更顯著[20]。張叢通過軟件模擬廣場水體發(fā)現(xiàn)，水體尺度越大，降溫增濕提高風(fēng)速越明顯，夏季熱舒適好，冬季差[25]。傅抱璞的研究表明，水上氣象要素的變化是隨著通過水域路程的增加而變大的，因此水域面積越大氣候效應(yīng)越大[26]。王浩通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，水體的影響幅度會隨面積減小而減弱，寬度5km、1km的水體影響幅度分別為10km的90%～95%、50%[27]。另一方面，也有研究表明，水體的氣候效應(yīng)并不完全隨面積增加而增強(qiáng)。水體的降溫效應(yīng)的增強(qiáng)與面積的關(guān)系可能存在一個閾值[28]。李書嚴(yán)的研究表明，當(dāng)湖泊面積增加到一定值時其降溫增濕作用趨于穩(wěn)定，不再顯著增強(qiáng)，此時適當(dāng)增加其形狀指數(shù)可有效提高整體環(huán)境效應(yīng)，同時面積小于0.25km2的單塊水體影響不顯著[29,30]。薛思寒對濕熱地區(qū)園林的研究發(fā)現(xiàn)，園林中水面過大會導(dǎo)致上方濕度增加，使蒸發(fā)變慢對庭院散熱產(chǎn)生不利影響，因此庭院水體并非越大越好[31]。

2.2 水體形狀的影響

研究表明不同形狀的水體其影響效果也會有差異。吳昊研究了南京市15塊水體發(fā)現(xiàn)水體面積與周邊地表溫度的降低無明顯相關(guān)性，而與水體形狀緊密相關(guān)[28]。紀(jì)鵬等研究了大慶市5種不同形狀的城市濕地小氣候發(fā)現(xiàn)不規(guī)則形狀濕地降溫增濕效果最強(qiáng)，其次是規(guī)則形狀（近圓形、近矩形），最后是長條形濕地[32]。崔麗娟的研究也表明圓環(huán)形水體比條形河道影響范圍廣[8]。張叢認(rèn)為廣場水體形態(tài)越緊湊降溫增濕越明顯，而相較于面積、位置、離散度，水體形態(tài)影響最小[25]。

2.3 水體深度的影響

水體面積和形狀主要影響小氣候效應(yīng)強(qiáng)度，但深度會影響水體對氣候的調(diào)節(jié)效果。王浩對不同深度水體的研究表明水體較深時主要是較大的熱容量起作用，在白天和暖季起降溫作用，夜間有升溫作用；而深度僅0.1m的淺水體主要是水陸的反射率差異起作用，無論白天還是夜間都起增溫作用；深度在0.1～1m間的水體增溫作用變化最強(qiáng)[33]。傅抱璞指出深水域在冬季和全年平均效果都有增溫作用，在夏季一般起減溫作用（高原仍為增溫）；淺水除在干旱地區(qū)夏季起減溫作用外一般全年有增溫作用[34]。陳茗的研究表明夏季同面積淺水的降溫增濕作用比深水強(qiáng)，冬季同面積深水的保溫增濕作用比淺水強(qiáng)[23]。

2.4 與水體不同距離的影響

研究表明水體的小氣候效應(yīng)會隨距離增大而逐漸減弱[8,9]。一般在下風(fēng)岸影響距離要長[27]，城市水體在夏季對環(huán)境的影響主要在上風(fēng)岸2km以內(nèi)和下風(fēng)岸9km以內(nèi)，2.5km以內(nèi)最為明顯[29,30]。小型水體中心位置的小氣候效應(yīng)也比邊界位置顯著，人工湖兩者之間可差4℃，旱噴可相差0.3℃[23]。風(fēng)速的最大變化在10～20km高度以下，變化隨距離增大而迅速減小[35]。

2.5 水體占地比例與布局的影響

城市綠地中水體所占面積比例以及水體的的布局都會對水體的小氣候效應(yīng)產(chǎn)生影響。肖捷穎等研究表明，城市綠地中水體所占面積比例不低于19%，不透水地面低于50%即可有效降低環(huán)境氣溫[36]。軒春怡等通過軟件模擬與實(shí)測，認(rèn)為水體面積占比由4%增加到12%時，其影響增幅最大，之后增幅不顯著[37]。張叢認(rèn)為廣場水體越聚集對水體周邊降溫增濕越強(qiáng)烈，但是就整個廣場區(qū)域來講，水體適度分散會有利于整體的溫度調(diào)節(jié)，縮小廣場各處氣候要素差異[25]。吳昊研究表明，城市中心水體降溫效果較其他位置的更為顯著，可有效降低熱島效應(yīng)，而相同面積濕地，分散的多個小面積水體整體效應(yīng)好于一個大水體[28]。李書嚴(yán)與軒春怡的研究結(jié)果類似，也認(rèn)為多塊、密集分布的小面積水體降溫增濕更顯著[29,30,37,38]。

3 與其他景觀因素的結(jié)合作用

建筑布局與水體小氣候效應(yīng)發(fā)揮有密切關(guān)系[9]。楊凱認(rèn)為密集的大型建筑會通過遮陰及改變風(fēng)環(huán)境對水體小氣候效應(yīng)產(chǎn)生影響[20]。楊召等通過對北方濱河住區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)沿河建筑布局有利于形成冷濕廊道時有利于改善熱環(huán)境，綜合來看建筑與河流呈45°夾角較好，越接近平行越不利[39]。宋曉程研究表明，臨河住區(qū)建筑布局宜為點(diǎn)板式、容積率為1.5[40]。

同時水體與植物的配合可更有效地改善室外熱環(huán)境[31]?！八G”復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)有利于河流及水體環(huán)境效應(yīng)的發(fā)揮[20]。劉濱誼等對蘇州河濱水帶的研究認(rèn)為，喬——草類植被結(jié)構(gòu)在降溫增濕和導(dǎo)風(fēng)方面都有較好效果，有利改善夏季小氣候[41]。陳茗認(rèn)為夏季喬木與水體組合的小氣候效應(yīng)好于灌木與水體組合，冬季則相反[23]。

除了建筑與植物，大氣候背景、駁岸形式、周邊環(huán)境下墊面等也會影響水體小氣候效應(yīng)。傅抱璞指出氣候越干燥、天氣越晴朗，水陸氣候差異越大；而隨著陸地粗糙度的增加，水、陸上風(fēng)速差異也會變大；而在潮濕、干旱地區(qū)水體小氣候也會有所差異[26]。宋曉程研究發(fā)現(xiàn)，水體對濕熱環(huán)境的調(diào)節(jié)作用隨堤岸高度增加而迅速下降，高于9m時已無明顯調(diào)節(jié)作用[42]。水岸坡面形式也會產(chǎn)生不同影響，臺階降溫增濕效果最好，臺地與坡地類似；而臺地引導(dǎo)風(fēng)最有效，臺階與坡道效果接近[41]。

4 總結(jié)與展望

經(jīng)過多年、多學(xué)科的研究，對水體的小氣候效應(yīng)已有了較為全面的研究，積累了大量的實(shí)測數(shù)據(jù)，也發(fā)展出豐富的研究方法。大氣科學(xué)依托深厚的理論基礎(chǔ)對水體小氣候的影響機(jī)制及原理進(jìn)行了深入研究，對其他學(xué)科的研究提供了理論基礎(chǔ)，而其豐富的數(shù)據(jù)獲取、分析處理方法也有較大借鑒意義；環(huán)境科學(xué)的研究主要集中在水體生態(tài)氣候效益、熱氣候效應(yīng)以及其他自然元素對水體氣候效應(yīng)的影響，其研究方法偏重于實(shí)地觀測[43]。風(fēng)景園林學(xué)科對小氣候的研究主要是探索各種不同氣候區(qū)域背景、用地類型的小氣候以及景觀要素對小氣候與人體舒適度的影響，以營造更為舒適宜人的空間。研究方法多以現(xiàn)場實(shí)測、軟件模擬為主，遙感監(jiān)測相對較少，對單一景觀要素的研究主要集中在植物方面，而針對水體的研究相對較少。對已有研究進(jìn)行總結(jié)發(fā)現(xiàn)，目前的研究多是城市尺度的大型水體，而對于城市中更為常見的公園綠地中的小型水體研究較少；另一方面，水體流速差異的影響研究也非常匱乏，未來的研究可以著眼于這兩方面，完善對水體小氣候的研究，為城市水體設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。