摘要： 城市热环境状况的不断恶化对人们的生活产生了严重的负面影响。城市通风与阴影效应是影响城市热环境的重要因素，对缓解城市热环境起着重要作用。本文梳理了现有研究成果，从分析方法方面进行了通风研究的相关介绍，同时从表征参数方面阐述了阴影对城市热环境影响的研究现状，指出了通风和阴影对城市热环境影响相关研究中亟待解决的部分问题，为进一步开展深入研究提供了新的思路。

关键字：城市热环境；城市通风；阴影效应

1 引言

目前中国正处在城市化飞速发展阶段，城市热岛效应日益加剧，最新数据显示，近70年来，中国地表年平均气温以每10年0.26℃的速度上升[1]。城市热环境状况的不断恶化对人们的生活产生了重大的影响，研究表明，城市热岛效应易在敏感人群中引发心脏病[2]、冠心病[3]等热相关疾病，并在一定程度上对呼吸系统疾病有所加重[4]。如何以科学合理的方法有效缓解城市热岛效应已成为当前城市热环境研究领域中的主要问题。城市通风与阴影效应是影响城市热环境的重要因素。通风能够改善城市热环境，研究发现处于通风廊道上的区域，城市热岛效应有所缓解[5]。营造阴影能缓解夏季炎热，是改善城市热环境的直接有效的方式。对现存相关研究进行梳理，有助于系统了解通风和阴影对热环境影响的研究脉络，并可为进一步深入研究通风和阴影对热环境影响提供新的思路和科学依据。

2通风对城市热环境的影响研究进展

研究通风对城市热环境的影响时通常选取整个城市或者“街道峡谷”作为研究对象，探究其风环境、热环境间的内在联系，通过合理有效的评价方法实现对城市通风能力的评估，最终提出改进城市通风的技术手段以缓解城市热环境。实现城市通风性的精准表达一直是研究通风对城市热环境的影响的重要内容，目前主要通过实地测量法、模型实验法、计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）数值模拟法、地理信息系统（Geographic Information System，GIS）与遥感技术法实现相关研究[6]。

2.1 实地测量法

实地测量法是研究通风最直接有效的方法，通过实地测量可以精准地获得研究区域内的风热环境的具体情况。Georgakis等[7]实地测量了街道峡谷内的温度和风速，对温度和风速沿街道峡谷水平和垂直方向上的变化进行了相关分析，与软件模拟得到的风场比较，街道峡谷单向和交叉通风条件下的自然通风潜能都存在大幅下降。Li等[8]对北京街道风热环境进行了现场测试，实测数据与构建的行人风热环境快速预测模型有着准确的拟合优度。但是实地测量需要耗费大量的资源与时间，因而很难实现大范围的测量，可达到的研究尺度受到了一定限制，现在实地测量常被用作验证其他方法研究结果准确性的辅助手段。

2.2 模型实验法

风洞实验是模型实验法中最为常见的模型，是目前通风研究领域中使用频繁的重要手段。风洞实验通过将实际建筑的缩放模型放置在风洞中进行实验，通过一定方法模拟实际建筑周围的风场，最后通过布置的专业仪器测量风环境相关的实际数据。学者通过风洞实验研究了植被[9]、城市形态[10]等因素对城市通风与热环境的影响。但风洞实验所需准备条件较多，模型制作复杂，实验周期较长，难以同时完成不同方案的对比研究。且该模型以微小尺度为主，在范围较大的研究中常忽略区域环境的相互关系，容易降低结果的准确性。

2.3 CFD数值模拟法

CFD数值模拟法通过对流体流动的数值进行模拟，然后运用计算机图形学技术实现模拟结果的直观表达。Nada等[11]对埃及亚历山大的住宅区进行CFD模拟后发现，城市建筑形态改变了街道峡谷的微气候，通过不同尺度的缓解策略对建筑环境进行精心优化，来改善风和热舒适度以缓解热岛是可行的。彭翀等[12]采用CFD数值模拟技术分析了武汉旧城片区近地面处的风热环境，对导致风热环境恶化的城市布局因素进行了系统总结。但在较大尺度的研究中，CFD数值模拟法在构建精确模型并将其与CFD准确对接上存在着一定难度，模拟时所需的精确边界条件数据存在难以获取的情况。

2.4GIS与遥感技术法

近年来，随着GIS和遥感技术的发展为研究城市通风对热环境影响提供了科学稳定的新方法。GIS与遥感技能实现长期连续的大范围观测，能实现大范围的城市通风表征参数计算。建筑物正面面积指数（Frontal Area Index，FAI）是指建筑物正面面积在面向风流的投影平面中单位面积与底面积的比值，用于衡量所造成的风阻的大小[13]，能很好地反映城市自然通风效果，被广泛运用于研究城市通风对城市热环境影响。Wong等[14]计算了香港九龙地区的FAI，并基于FAI使用GIS中的最小成本路径分析定位了城市区域的主要通风路径，通风路径与城市热岛图的比较表明，通风是缓解热岛形成的关键参数。Yang等[15]基于FAI评估城市通风，将中国31个主要城市的通风状况进行了分级，展示了五个不同气候带城市的自然通风效果，研究发现FAI较高的同一气候区的城市具有较高LST，FAI是通过影响城市通风性能来调节城市热环境的有效因素。

3 阴影对城市热环境的影响研究进展

阴影对城市热环境有着显著的影响，通过营造阴影能够有效缓解夏季炎热，能直接有效地改善城市热环境。关于阴影，学者们一直在尝试运用不同的方法和表征参数实现合理表达。天空视域因子（Sky View Factor，SVF）是地表定点上可观测的天空范围与可观测总范围之比[16]，其数值大小在0～1间，数值越大表明天空可见程度越高，在研究阴影对热环境的影响时被广泛运用，是目前阴影研究中常用的表征参数。Lin等[17]在中国台湾省中部的研究中由SVF表征环境阴影量，并结合热舒适性进行分析，结果表明高SVF（几乎没有阴影）会在夏季引起不适，而低SVF（高阴影）会导致冬季不适。Nasrollahi等[18]基于SVF研究了城市阴影在伊朗阿瓦士炎热气候下改善行人热舒适度的作用，城市阴影显著降低了该地区的生理等效温度和平均辐射温度，但并没有显着影响气温，在选择的六个城市峡谷内，由阴影引起的生理等效温度减少在东西峡谷以及更宽的峡谷中更为显着。街区高宽比（Aspect Ratio，AR或Height/Width，H/W）是街道峡谷内平均建筑高度与峡谷宽度之间的比值[19]，也被大量学者用来评价阴影水平。Giannopoulou等[20]在雅典密集市区的研究中发现，H/W对夜间气温存在显著影响，随着H/W的减小，夏季与秋季夜晚的降温效率均显著增加。Chen等[21]研究了街道峡谷内的昼夜温度变化，评估了H/W的影响，研究表明，更宽的街道表现出更大的每日温度范围和更早的最热时间，但并非所有昼夜温度特性都随H/W线性变化。

在近期的研究中还有一些学者引进了新的方法与参数，为我们研究城市阴影提供了新的思路。陈敬等[22]基于湿球黑球温度指数提出了无效/有效/热调节有效阴影区等相关概念，丰富了城市阴影研究的提论体系。Peng等[23]基于激光雷达数据计算了考虑太阳高度的阴影长度，确定了香港九龙地区夏季和冬季不同时段阴影效果表现最佳的路径，以为行人选择阴影效果最佳的出行线路提供建议。

4总结与展望

通风和阴影是影响城市热环境的重要因素，特别是在城市热岛效应不断加剧的背景下，科学利用通风和阴影来实现对城市热环境的有效改善具有一定的现实价值。本文梳理了现有研究成果，从分析方法方面进行了通风研究的相关介绍，同时从表征参数方面阐述了阴影对城市热环境影响的研究现状。

目前对于通风对城市热环境影响的研究，多数都是针对小尺度范围采用数值模拟进行分析。由于受数值模拟软件和计算机硬件的限制，少有对大、中尺度的数值模拟开展研究，也少有对整个城市进行整体的一次性数值模拟计算，故而计算结果的相对精度和分析结论有一定的局限性。阴影对热环境影响的研究中一直存在着阴影难以量化的问题，相关研究主要集中在运用SVF、H/W等传统参数对阴影进行表征上，对阴影表现形式的探索有限。

随着GIS、摄影测量和遥感技术的发展，实现更大范围内通风和阴影的相关参数计算与分析有了技术与数据上的支撑，相关研究可以在更大尺度上进行。今后的研究中，可进一步关注城市尺度上通风和阴影对热环境的影响，挖掘可用于指导城市规划并具有一定可实施性的通风和阴影相关定量表征参数。

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作者简介：

曹译文，1997年4月，男，汉族，湖南郴州人，硕士研究生，研究方向为城市热环境。