黔東傳統聚落空間要素識別與氣候因子的關聯性研究

李鵬程，展長虹，靳澤明

(1.哈爾濱工業大學 建筑學院，黑龍江 哈爾濱 150001；2.大連民族大學 建筑學院，遼寧 大連 116650)

傳統聚落空間是中國傳統文化的重要載體，是各族人民在漫長的歷史長河中，用實踐逐漸積累、進化而形成的人類智慧，它所包含的順應自然、尊重自然、利用自然、保護自然以及與自然和諧共處的生態觀。其中，氣候因素作為聚落空間選址布局的重要考量，蘊含豐富的生態智慧。關于傳統聚落空間與氣候因子的研究，國外學者R Cantin[1]、Nicola Cardinale[2]、A S Dili[3]等分別對法國、意大利、印度等地區的典型傳統聚落建筑進行氣候因子數據分析，并得出聚落建筑適應當地氣候條件的建筑形式、材料、構造等方面，并進行量化分析。國內學者劉加平[4]、林榮波[5-6]分別對西北地區傳統窯洞、皖南傳統建筑進行實測及模型分析，得出傳統建筑氣候適應性特征。董靚[7-8]對氣候熱舒適度評價方面做了大量工作，提出了適應溫度、濕度、風、日照等氣候因子的評價策略。肖毅強[9-10]首先提出了“氣候空間”概念，并在氣候空間的研究中聚焦空間尺度問題，在定性認知的基礎上，通過實測和模擬分析，對氣候空間尺度進行定量分析。總體而言，國內外相關研究都是從傳統建筑逐漸向聚落進行轉變，研究尺度也多是微中觀層面，而總結分析傳統聚落選址、空間布局與氣候因素的生態智慧研究比較少。本文運用類比歸納等方法，分析黔東傳統聚落選址布局的總體特征與氣候因子的關聯性，挖掘傳統聚落中蘊含的生態智慧，為傳統聚落的保護、傳承和新農村建設提供理論依據。

1 研究對象與研究方法

1.1 研究對象

1.1.1 研究概況

黔東地區地處云貴高原向湘西丘陵過度斜坡地帶，主要指具有“黔東門戶”美譽的貴州銅仁地區，介于東經107°45'～109°30'、北緯27°07'～29°05'之間，西北高、東南低，境內山地占67.8%為主要地貌，丘陵占28.3%，其他占3.9%，海波在300～1200 m之間。其中包括2區4縣以及4個自治縣，區域面積18 003 km2，氣候屬于中亞熱帶季風濕潤氣候區，季風氣候明顯，主導風向為偏北風和東北風，年平均氣溫7.6 ℃～17.6 ℃，年平均濕度76%～88%，年平均降水量1100～1400 mm，年平均風速0.8～2.3 m·s-1，無霜期275～317 d，光照適宜、熱量豐富、降水充沛。大部分地區溫和濕潤，山間、河谷等立體氣候顯著，有“山高一丈，大不一樣”、“一山有四季，十里不同天”的氣候特征。

1.1.2 研究來源

自2012起，國家住房和城鄉建設部等七部委聯合組織申報、審核，入選“中國傳統村落名錄”，截止2019年6月，全國已公布五批次入選村落共計6 819個，其中，銅仁地區入選聚落110個，占全國入選村落1.6%，占貴州入選聚落15.2%。在全國地級市中名列前茅。本文研究黔東傳統聚落空間特征與氣候因素關聯性，是以銅仁地區入選名錄的110個傳統聚落為研究來源。黔東110個典型傳統聚落分布如圖1。

圖1 黔東110個典型傳統聚落分布(作者自繪)

1.2 研究方法

根據黔東地區的地形特征和聚落分布特點，通過omap三維地球衛星影像圖對黔東110個典型傳統聚落地形特征、布局形態、海拔、坡向、坡度、建筑朝向進行類比歸納分析，發掘空間布局的潛在規律，為氣候因素的分析提供空間數據和前提條件；對黔東不同地域地勢特征進行氣候數據收集，且從風環境、降水、溫度等氣象條件進行區域量化數據比較分析；建立黔東傳統聚落空間與氣候因子及時空條件的“耦合關聯性模式”，試圖探索“全尺度、全時空”的分析方法；分析黔東山地類型空間與氣候因子的關聯性，對110個傳統聚落空間的微氣候因子評價及微氣候的適應性進行歸納闡釋。

2 黔東傳統聚落空間要素識別

分析黔東傳統聚落的地形地貌，并結合110個傳統聚落空間環境特征，把該地區傳統聚落的物理空間要素分為6大類和35小類，并逐一進行空間要素識別和類比歸納，挖掘傳統聚落空間布局的生態智慧，為后續氣候視角的空間環境研究提供可靠數據支撐。本文數據統計來源依據omap地球衛星影像，對黔東110個典型傳統聚落空間要素識別如圖2。

圖2 黔東110個典型傳統聚落空間要素識別(作者自繪)

2.1 地形特征

根據黔東地形地貌特征，將聚落按地處地形分為5類，經過逐一鑒別，類比歸納，據統計結果顯示如圖3。聚落地處山腰、山腳、山谷分別是30個、31個和16個，共占比70%；地處聚落丘陵25個，占比23%；地勢平坦是由臺地或山腳下較大面積平坦地貌組成有8個聚落，占比7%。在地形特征歸納中，沒有發現在山頂的聚落。

2.2 布局形態類型

根據對黔東聚落布局形態類型歸納，將布局形態類型分為4種如圖4。經統計山地聚落布局91%都是沿等高線布局，其中，集中型聚落70個，分散組團型聚落30個。當地形特征趨于平坦或處于谷底時，9%聚落布局形態按非等高線布局。

圖3 聚落地形特征統計

圖4 聚落布局形態統計

2.3 聚落海拔

根據對110個黔東聚落海拔特征歸納，海拔在239～1199 m之間，平均海拔700 m左右。據統計結果顯示如圖5。傳統聚落主要集中在300～1000 m的海拔范圍內，占比92.7%。其中，占比最大是500～700 m共有聚落43個。海拔大于1000 m的聚落有7個，坪所村為最高1 189 m，小于300 m的聚落有1個，克蘭寨村為最低255m，根據黔東山地分布情況分析，傳統聚落海波分布完全符合地域海拔特征，以及基本符合地域海拔分布。

2.4 聚落坡度變化

以110個黔東聚落為典型代表的研究對象，據統計結果顯示如圖6，坡度在0°～28°之間。大部分聚落分布在0°～20°范圍內，占比97.2%，處于20°以上3個傳統聚落分別是漆樹坪村、茶園村、巖阡頭村，其中，茶樹園坡度最大28°。

2.5 聚落坡向

由于黔東地處山地向丘陵過度地帶，地貌復雜多樣，山脈丘陵紛繁交錯，坡向規律性不明顯。據統計結果顯示如圖7。坡向單一的聚落86個，占比78.2%，2及以上坡向聚落24個，占比21.8%，其中東南坡向最多16個，東北坡向只有渠溝村1個。

2.6 聚落建筑朝向

山地地形中坡向是決定建筑朝向最重要的依據，“適應地勢，依山而建，背山面水”就是對聚落建筑朝向界定，根據對建筑朝向統計結果顯示如圖8。聚落建筑2個及以上朝向有24個，占比21.8%。聚落建筑超出80%以上界定為單一朝向，其中，東南朝向最多，有25個，北朝向最少，有3個。

圖5 坡度分布統計

圖6 海拔分布統計

圖7 坡向分布統計

圖8 建筑朝向統計

3 黔東山地氣候特征

3.1 黔東山區風環境分析

首先，黔東地處東亞季風區內，具有明顯的季節變換，季風氣候明顯，冬季盛行偏北風和東北風，夏季盛行南風和西南風，春秋兩季不如冬夏風向穩定規律，但偏北風和東北風天數最多。由于黔東山區海拔變化比較大，下墊層比較復雜，由于太陽輻射照射不均勻和高程差形成溫度不同，從而引起壓力差產生的風。熱循環系統、伯努利效應、繞流效應、啞口效應、峽谷風效應等，使得黔東山地風環境變得格外復雜多變。其次，黔東地區以梵凈山為主峰的武陵山脈，自北向南貫穿銅仁中部，位于印江、松桃、江口三縣交匯處，東西兩側形成不同的風環境，從而帶來不同的溫度差和降水量。

3.2 黔東山區降水分析

黔東地區降水受中亞熱帶季風濕熱氣候和武陵山脈影響，年降水量相對穩定，以武陵山脈為例，結合氣象數據及文獻資料，分析不同坡向對降水的影響。東側為松桃縣、江口縣年平均降水1 300 mm，西側為沿河縣、思南縣、印江縣年降水1 100 mm，由此可見，山體兩側降水差異顯著，東坡和東北坡處于南來暖風濕潤氣流迎風面，龐大的山體對北上氣流起阻擋作用，從而上升成云，最終形成降水。當部分氣流翻過山脈，下沉增溫，形成降水，且水量逐漸減少，且東坡比西坡降水量多平均15%左右。通過對單坡向降水分析，迎風坡降水山腳逐漸增多，越到山頂減少趨勢，背風坡隨著海拔降低逐漸增多，但山區山脈縱橫，地勢復雜，成雨原因眾多，理論情況常常被打破。黔東地區武陵山脈不同坡向降水量見表1。

表1 黔東地區武陵山脈不同坡向降水量(數據來中國氣象網) mm

3.3 黔東山區溫度分析

黔東山地溫度變化從兩方面進行分析，一是海拔高度影響，二是坡向影響。根據該地區氣象數據分析和文獻資料分析，武陵山脈東側常受到北方氣流影響，山脈又起到阻隔作用，根據數據分析顯示，東側迎風坡年平均溫度低于西側背風坡平均1.5 ℃。根據海拔數據分析，該地區海波每升高100 m，溫度平均降低0.53 ℃。黔東地區武陵山脈不同坡向溫度和主峰不同海拔、溫度變化情況分別見表2～3。

表2 黔東地區武陵山脈不同坡向溫度(數據來中國氣象網) ℃

表3 黔東地區武陵山脈主峰梵凈山不同海波與季節溫度(數據來中國氣象網匯總)

3.4 黔東山區日照分析

黔東地區受山地及中亞熱帶季風濕潤氣候類型影響，陰雨天氣較多，年日照時數在1 084.7～1 323.6 h之間，日平均日照在2.9～3.6 h之間，年總輻射為329～370 kJ·cm-2之間，明顯低于華北平原、長江中下游，以及貴州其他地區，均處于貴州省日照和年輻射量較低區間。

4 空間要素識別與氣候特征關聯性分析

傳統聚落空間特征受眾多因素的影響，氣候因素是重要方面之一，本文將聚落空間分為聚落選址、聚落布局、建筑形式、材料構造，與氣候主要影響因子溫度、日照、風、濕度進行關聯分析如圖9。同時，建立“耦合關聯性模型”，試圖用“全尺度、全時空”的模型探索聚落空間與氣候因子的適應關聯。

圖9 傳統聚落氣候適應性示意圖

4.1 建立“耦合關聯性模式”分析方法

黔東山地傳統聚落空間微氣候因素分析為：宏觀聚落空間尺度、中觀建筑空間尺度、微觀材料構造尺度。不同空間尺度的氣候因素形成相對客觀的微氣候適應環境。以聚落空間的氣候適應性為X向量，材料構造的氣候適應性為Y向量，建筑空間的適應性為Z向量，MXY、MXZ、MYZ點分別代表不同尺度空間氣候適應性的耦合關聯，從而建立全尺度空間氣候適應性耦合關聯NXYZ如圖10。其中，對角線0N向量為全尺度空間氣候適應性的集合如圖11。不同地形特征的氣候適應性分別用NXYZ-1、NXYZ-2、NXYZ-3……，并且相同地形特征的不同季節，即，春、夏、秋、冬、氣候適應性情況也表現差異如圖12。

傳統聚落氣候適應性應該充分考慮四季的氣候條件，人體熱舒適度作為過程評價的重要指標，進而影響聚落的空間特征。并且空間特征表現出來的是全季節人體熱舒適度綜合評價，因此，傳統聚落在選址過程中考慮往往是一個季節的氣候優化空間條件，可能會忽略其他季節，但在聚落組織布局、建筑形式、材料構造發展過程中，全尺度空間逐漸適應氣候環境，形成相對優化的人體熱舒適性，因此，傳統聚落氣候適宜性是全尺度、多因素等較為復雜的耦合結果。

圖11 傳統聚落不同空間尺度氣候適應性關聯

圖12 不同空間要素識別的微氣候適應性優化示意圖

4.2 黔東傳統聚落微氣候適應性分析

黔東山地傳統聚落空間特征與主要微氣候因素(溫度、濕度、日照、風環境)關系。介于黔東山地特征復雜多變，不同地勢存在高、中、低位。因而將地勢與主要氣候因素進行分析見表4。同時，根據地形特征與氣候因子關聯，對黔東山地110個傳統聚落空間的進行類比歸納，將聚落空間分為：平地開敞型、山腰依靠型、山腳坡地型、山谷谷底型、丘陵多變型，且與氣候因子及微氣候特征關聯分析見表5。

表4 黔東地區山地微氣候特征分析

5 結 論

通過對黔東典型傳統聚落空間要素識別，氣候環境特征分析，以及氣候視角的生態智慧挖掘，研究結果顯示：(1)不同空間地形特征的氣候環境差異性較大，聚落空間適應氣候特征是對溫度、濕度、日照、風等氣候因子的綜合評價。(2)同一聚落不同尺度空間對氣候適應性反映出的優化程度也不盡相同，傳統聚落空間氣候適應性是全尺度綜合分析后的相對優化適應性的體現。(3)傳統聚落空間氣候適應性在不同季節的適應程度不同，有的傳統聚落空間更適應黔東地區冬季濕冷氣候特征，例如，背風坡山谷。有的聚落空間更適應黔東地區夏季悶熱氣候特征，例如，迎風坡山腰。因此，評價該地區傳統聚落空間氣候適應性應從不同季節熱舒適度環境綜合考量。

在課題研究過程中，也存在一些問題：(1)不同空間尺度上的氣候適應性不同，傳統聚落空間氣候適應性是全尺度綜合評價，目前研究中全尺度綜合評價體系還沒有健全。(2)同一聚落空間不同季節的氣候適應性程度不相同，評價傳統聚落空間氣候適應性是不同季節的綜合反映，在聚落全尺度空間和四季氣候適應性的分析模式有待進一步完善。

表5 黔東山地傳統聚落空間類型特征的微氣候環境