基于CiteSpace 的城市戶外小氣候環境與公眾健康關系研究文獻綜述

■ 左 佑 ZUO You 張 琳 ZHANG Lin

0 引言

城市戶外空間營造通過影響環境中的溫度、濕度、輻射照度與風速等小氣候因素，進而直接或間接地影響著外部活動空間中公眾的生理和心理健康狀況。隨著全球城市化進程加快，環境因子的擾動使得各類氣候災害性事件頻發，嚴重威脅不同公眾群體的生命健康安全。然而，國內外現有研究多關注于城市戶外空間形式對環境氣候因子的微觀影響，以及通過測量和軟件模擬等手段對小氣候熱舒適環境進行定量評估和可視化模擬，缺乏對戶外空間營造所產生的小氣候環境對居民健康狀況影響的關注。本研究希望在歸納整理現有文獻的基礎上，利用CiteSpace 可視化圖解，探討空間環境營造、小氣候動態感知與公眾健康水平之間的關聯性與相互作用機制。

1 相關概念及理論

1.1 城市戶外小氣候環境概念

城市戶外小氣候環境的研究尺度從屬于城市氣候總體范疇之下[1]，其研究對象以城市街區、公園廣場、濱水綠地等特定氣候環境為主。通常，小氣候要素的類型主要有光環境、溫度環境、濕度環境、風環境、大氣環境等[2]，各小氣候因子之間也存在復雜的相互作用關系[3]。

1.2 戶外環境使用者健康狀況界定

戶外小氣候環境對空間使用者的熱舒適感知產生影響，并刺激各類瞬時生理健康指標，如局部皮膚溫度、皮膚電水平、心率變異性等；同時，小氣候環境對空間使用者的心理與行為健康狀況也有潛在影響[4]。為此，相關研究[5]提出：戶外環境小氣候人體舒適度包括“動態”與“適應”雙重維度，由生理感受、心理感知和行為認知三元耦合共同組成，揭示了戶外小氣候環境中使用者健康維度的理論范疇。

1.3 戶外小氣候環境與公眾健康狀況關系研究

隨著全球城市化進程加快，公眾健康問題逐漸凸顯。戶外小氣候環境對公眾的身心健康具有不可忽視的影響[6]，主要涉及戶外氣候環境與瞬時生理健康指標（熱舒適、熱應激）、長期生理健康測度（運動能力、生理功能）和心理健康狀態（情緒狀況、社交意愿）等相關領域。其中：生理健康領域的基礎研究包括室外高溫導致體溫升高和中暑等熱應激反應、濕度與流感等傳染病傳播的密切關系、城市風環境對于城市居民的呼吸系統健康的間接影響、紫外線輻射暴露過多導致的皮膚系統疾病等[7-10]；心理健康方面的研究則關注高溫高濕環境對社區居民的心理負面影響、光污染導致的睡眠質量下降與心理疾病等[11-12]。上述研究大多建立了單一環境氣候因素與受眾健康狀況之間的相關性，且有少部分揭示了戶外小氣候因子綜合作用產生的健康影響。

2 城市戶外小氣候環境與公眾健康研究內容綜述

2.1 文獻檢索

本次研究利用WOS 核心數據庫及CNKI 數據庫進行基礎文獻檢索與 下 載（2022-09-16—2022-11-30），主要涉及“城市戶外空間”“小氣候環境”“公眾健康”3 組關鍵詞。

（1）城市戶外空間的檢索詞包括： 城市戶外環境（urban environment、built environment、urban design）與城市自然環境（urban forest、natural environment、urban greenery）。

（2）小氣候環境的檢索詞包括小氣候環境（microclimate environment）、 空 氣 污 染（air pollution）、 熱 環 境（thermal environment）、 光 環 境（light environment）、 風 環 境（windy environment）、濕度環境（drainage arriagement）等。

（3）公眾健康的檢索詞則主要分為生理健康（physcical health）與心理健康（psycological health）兩個層面。其中：生理健康層面在參考其他相關文獻綜述后，將檢索詞設定為表征瞬時健康狀況的 熱 舒 適（thermal comfort）、熱應激（heat stress）、風寒效應（wind-chill effect） 等， 表 征 長期健康狀況的生理活動如綠色接觸（green contact）、 能 量 活 動 如運 動 健 身（sports promotion），以及各類氣候相關疾病如呼吸系統疾 ?。╮espiratory diseases） 和 心腦血管疾?。╟ardiovascular and cerebrovascular diseases）等；心理健康層面則著重關注戶外空間使用者的情緒狀況（emotional state）、社交意愿（social willingness）、自評健康狀況（self rated health status）等指標，同時兼顧對研究對象的性別和年齡分層，并重點關注老年人（the elderly）、兒童（children）和亞健康人群（sub-health people）。

值得注意的是，公眾健康概念中的生理和心理健康狀況，其內部各類型表征之間存在相互影響，采用CiteSpace 軟件進行文獻去重工作后，共檢索收錄城市戶外小氣候環境與公眾健康相關研究文獻528 篇。

2.2 CiteSpace 可視化圖解

2.2.1 國外相關研究圖解

國外戶外小氣候環境對公眾健康狀況影響的研究始于20 世紀70 年代，該領域的發文量自21 世紀以來一直保持穩定的增長態勢。研究主要集中在建成環境科學、建筑能耗、可持續設計、氣象學、公共健康等領域，其中：重點研究國家主要包括美國、加拿大、德國、日本等（圖1），且美國、新西蘭和瑞典的相關研究發源較早，分別始于20 世紀70 年代、80 年代中期和90 年代；重要研究者包 括Brown、Carmeliet、Allegrini、Chuchkova 等。

圖1 WOS 國家統計圖

由圖2、3 可知，相關研究最初關注環境氣候污染導致的負面健康效應，并相繼展開與城市熱島效應相關的建成環境熱適應性研究、氣候熱感知評價，以及城市內部街道、住區熱環境對健康效應影響的研究；隨后在戶外小氣候熱健康領域的帶動下，21 世紀初的研究主要著眼于光照輻射、風和濕度環境對特定空間使用者健康狀態的影響[13]。與此同時，相關技術領域得到發展，如用于場地氣候因子實測的可移動氣象站和用于戶外小氣候環境模擬的Envi-met 軟件研發等[14]；生理健康數據測量儀器也常與問卷調研或結構性訪談相結合，用于調查空間使用者健康水平與小氣候環境的相關聯系。伴隨著公眾對氣候環境與健康相互關系認知的逐漸加深，健康促進視角下的城市戶外小氣候環境規劃設計逐漸成為重要研究領域。

圖2 WOS 關鍵詞共現圖

圖3 WOS 文獻共被引時間線分布圖

2.2.2 國內相關研究圖解

國內關于戶外小氣候環境與公眾健康之間關系的研究稍晚于國外，且主要針對戶外熱舒適氣象因子篩選、人群活動熱舒適性評價和基于環境熱感知的規劃設計策略三大視角（圖4～6）。研究過程中，通常將測量、感知和評價融入到戶外小氣候環境與人群健康測度之中，搭建氣候友好型空間規劃設計路徑[15]。此外，為了解小氣候環境在促進人群運動與自然綠色接觸方面的積極作用，趙曉龍團隊[16]將寒地城市公園春季居民的休閑活動強度與場地小氣候熱舒適性進行關聯。在古典園林小氣候研究領域，熊瑤等[17]則剖析傳統園林小氣候營造的具體理法，對園林設計要素及組合模式的氣候健康影響進行有效論證。

圖4 CNKI 關鍵詞時間線分布圖

圖5 CNKI 關鍵詞共現圖

圖6 CNKI 關鍵詞聚類圖

2.3 共被引網絡與整體圖景

本次研究主要基于WOS 數據庫文獻檢索結果，對城市戶外小氣候環境與公眾健康關系研究進行圖景整合、網絡梳理和聚類劃分；同時，將CNKI 中文期刊檢索結果作為各細分話題的內容擴充。研究涵蓋了城市熱島效應下的城市整體格局、城市風廊研究，戶外開放空間中的街道感知、建筑高寬比和城市綠化結構研究，以及環境可持續營造視角下的綠色基礎設施布局、住區氣候公平性研究等多個維度聚類（圖7～9）。

圖8 基于WOS 共被引聚類圖

圖9 基于WOS 分話題聚類圖

3 細分話題聚類與具體分話題

對相同含義聚類進行整合，可大體將現有研究歸納為3 類，即：城市熱島效應背景下城市小氣候環境對公眾健康影響的研究聚類、戶外開放空間規劃設計中小氣候環境對公眾健康影響的研究聚類和可持續適應性營造過程中小氣候環境對公眾健康影響的研究聚類。

3.1 城市熱島效應背景下城市小氣候環境對公眾健康影響的研究聚類

降低或加劇城市熱島效應，都會影響公眾的熱舒適和熱健康?，F有研究大多聚焦于城市熱島效應對公眾熱健康的影響，且以城市極端熱浪引發人群不良熱應激反應的相關研究占據主導，如D'Ippoliti 等[18]在羅馬開展的一項研究中，重點關注60 歲以上老人的死亡率與強烈氣候事件之間的聯系[18]。另一項基于東京馬拉松運動員在高溫氣候環境中熱應激風險的研究[19]，則通過對賽程選線的熱環境溫度和太陽輻射進行量化，為跑步者提供更加科學健康的路線規劃。此外，城市規劃者也試圖驗證城市幾何結構與環境肌理對城市熱島效應的緩解作用，并重點關注城市形態、街道縱橫比、街道朝向、天空視圖因子和城市綠化結構的小氣候特征。

（1）城市形態研究領域關注城市整體布局和街區形態的氣候特性。Barton[21]認為不同的城市布局模式和設施配置會產生不同的區域氣候環境；在荷蘭的某項研究[22]中，對5 種不同密度的城市形態進行小氣候模擬，發現緊湊型城市空間對市區熱舒適度有較好影響；而在街區尺度方面，單列、線性和庭院圍合式街區住宅形式通過影響熱輻射溫度和風速來影響區域熱舒適性，并作用于街區居民的熱健康狀況[23]。

（2）城市街道縱橫比對氣溫感知和風環境具有重要影響。在斯里蘭卡的一項研究[21]中，不同縱橫比城市區域同一時間的溫差可高達7℃。較高的街道縱橫比往往可通過建筑投影來降低日間的區域氣溫和直接熱輻射水平，進而降低戶外市民的生理等效溫度（PET）；而夜晚由于高密建筑環境對風的遮擋作用，可導致區域溫度抬升10%。

（3）街道朝向直接影響太陽輻射與空氣移動。首先是對太陽輻射的影響。在亞熱帶地區，東西朝向街道可在夏季比南北朝向街道接收到更多的太陽輻射[24]；研究人員在對阿爾及利亞干熱氣候區域和德國溫帶氣候區域的比較研究[25]中發現，大多數地區東南—西北朝向街道的室外熱舒適性較好。其次，街道朝向對區域空氣質量也有明顯作用，可影響風速帶動空氣污染物傳播。值得注意的是，街道綠化密度的增加可能導致區域氣溫與空氣質量兩種氣候健康因子之間的矛盾[26]。

（4）天空視圖因子（SVF）定義了城市范圍內在建筑物和植物圍合下朝向天空的視野水平，是表征太陽直接熱輻射量的重要參數指標[27]。較低的天空視圖因子通常與晝間城市冷島（局部氣溫減低）和夜間城市熱島（局部氣溫升高）效應有關。白天，通過更多的遮蔭量降低區域平均輻射溫度；夜晚，低SVF 限制來自地表的長波輻射損失和湍流傳熱[28]，致使區域室外熱輻射溫度升高，進而影響城市居民的戶外熱感知。

（5）城市綠化結構包括城市森林、綠色基礎設施、城市屋頂綠化、大型城市公園、街區樹木種植等。城市中，大量的綠化種植通過中觀尺度下的蒸騰冷卻效益和微觀尺度下的樹冠遮蔭降溫作用，來改變局地氣溫、風速、濕度等；并通過去除O3等空氣污染物，營造相對舒適健康的戶外氣候環境[29]。有研究通過薈萃分析（即Meta 分析）量化城市公園在500 m 范圍內的降溫效應，并通過生理熱感知投票和心理認識地圖，證實大型公園綠地對附近居民的健康效益 [30]。

城市熱島效應對應的城市規劃設計視角闡釋了不同的城市形態、朝向方位等對公眾熱舒適的影響，其研究方法多使用小氣候軟件建模與實地測量，健康評價標準多聚焦于熱感知、熱舒適性、熱應激反應等瞬時健康指標。由于城市結構在奠定之初的氣候格局相對穩定，人群長期受到建成環境中各類小氣候因子的綜合作用?；诖?，將城市熱島效應與公眾的長時序健康評估及經常性健康行為進行關聯，動態觀察戶外小氣候環境，對于公眾健康的潛在影響具有重要研究意義。

3.2 戶外開放空間規劃設計中小氣候環境對公眾健康影響的研究聚類

戶外開放空間主要包括城市公園、廣場、濱水綠地和居住區綠地等市民經常到訪的戶外活動場所，因其規模結構、功能類型和植被覆蓋度的不同，表現出不同的小氣候環境特征；而空間使用者在其中進行的自然接觸、休閑運動等行為，均受到環境小氣候因子的影響[31]。研究過程中，通常會對使用者年齡和性別進行分層，并對適用于某一特定群體的氣候友好型環境設計手法進行著重考量。

（1）城市公園往往是城市建成環境中的“冷點區域”。Brown 等[32]基于人群熱舒適性和健康脆弱性進行相關研究，重點強調了公園內部植被種植對溫度、熱輻射和風速的降低效益。另外，一項關于寒地城市公園春季休閑體力活動水平與小氣候熱舒適關聯性的研究[16]表明，人群休閑活動時長、強度、代謝量、主觀意愿和社交需求與公園內的小氣候因子和環境熱舒適性存在較強相關性。

（2）城市廣場是城市居民大量開展戶外活動的場所，也是氣候威脅暴露重點區域。在德國慕尼黑的一項研究[33]中，使用Envi-met V4 模型比較矩形廣場白晝和夜晚的熱舒適值，結果表明：廣場樹木量及草坪面積可作為氣候適應性設計的綠化指標。在廣場空間熱感知層面，有研究[34]通過各種氣候環境變量推導出個體心理因素在舒適感知建模中的重要性，提高了對城市廣場熱舒適度評估的理解。

（3）城市濱水空間的小氣候環境具有生態復合性。環境使用者的舒適度與健康水平受到水體面積和流速、濱水空間開闊度、綠化覆蓋度等多方面影響；而接觸城市濱水空間，與減少環境傷害、減少壓力、促進社會接觸和老年居民的心理健康有密切關系。澳大利亞水敏性城市設計目標[35]提出了一種在城市景觀中保留水體空間的機制，通過增強蒸散和表面冷卻來降低城市氣溫，以最大限度地實現氣候健康效益。

（4）城市住區戶外小氣候環境對居民的身心健康存在最直接的影響。隨著氣候環境惡化與公共衛生事件頻發，緩解鄰里戶外空間的公眾健康壓力受到重點關注。在一項關于廣州住區戶外小氣候健康環境的研究[36]中，利用SF-36 健康量表，找出對居民生理心理和綜合健康狀況影響最明顯的小氣候因子，并提出優化建議；卡塞爾地區公共衛生部[37]通過繪制人口特征圖與小氣候數據圖，為緩解居民熱應激反應提供有效的規劃預防方案。

（5）兒童和老年活動場地以及運動場等其他戶外活動場所往往暴露在高溫、高輻射率的氣候環境下[38]，然而許多熱量指數、能量預算模型和健康評估方法未能對這些場所進行充分的參數化考量[39-40]。同時，空氣污染暴露（即PM2.5污染濃度）被認為是戶外活動的又一重要威脅。例如，對加拿大溫莎2 328 名學齡兒童（9～11 歲）呼吸健康狀況的研究表明，居住在尾氣污染道路半徑200 m范圍內的兒童，哮喘患病率增加15%[41]。此外，多項老年戶外活動空間的熱感知研究[42-43]表明，老年人對不良氣候所帶來的不適反應具有滯后性 ，較好的光照度與較高的環境溫度對老年人呼吸系統疾病和心腦血管疾病具有緩解作用。

隨著研究區域和尺度的精細微觀化，對城市戶外開放空間的小氣候環境研究更加關注不同氣候因子對空間使用者的綜合影響，其研究方法包括現場實地測量、問卷調查與氣候環境建模等。結合多維度氣候環境測量結果，分類整合不同的空間設計手法、設施布局與綠化圍合方式，同時針對特定戶外空間使用者的生理心理特征，為其制定科學合理的戶外能量預算模型與氣候安全指標，是未來優化方向[41]。

3.3 可持續適應性營造過程中小氣候環境對公眾健康影響的研究聚類

此類研究重點關注城市營造過程中戶外小氣候環境的社會生態效益及其對公眾健康的間接影響，如區域生態系統氣候調節、戶外氣候環境的公平性探討與城市能源環境的氣候健康議題等。

（1）在區域生態系統氣候調節服務方面，大面積的城市森林與綠色基礎設施不僅可調節區域小氣候環境，還可緩解過敏原、熱暴露、空氣污染等公共衛生問題，對城市水、熱、碳和污染循環等長時序氣候生態過程產生深遠影響[44]。有調查顯示，大型城市公共綠地的種植結構、維護管理與城市生態系統的氣候調節和污染凈化能力有關[45]。因此從城市整體規劃視角，重視與維護綠地生態系統的氣候調節功能，是一項維護長久公眾健康與可持續發展的有效路徑。

（2）戶外氣候健康環境的公平性問題關系到整個社區群體的生命健康福祉，也關系到氣候視角下的社會價值導向與公眾健康意識。極端氣候現象往往導致生活在基礎設施不完備環境中的群體遭遇重創[46]。美國鳳凰城的一項研究[47]表明，較高的居住密度、稀疏的植被和公共空間的缺乏與夏季室外高溫和熱應激反應顯著相關，因此，針對弱勢群體聚居區域的氣候環境資源公平分配問題值得重點關注。

（3）城市能源環境氣候健康議題關注能源消耗與城市熱島效應之間的相互聯系。例如，建筑環境散熱能耗與交通環境污染能耗等往往會產生過多的熱通量（又稱熱流密度），導致室內外熱傳導與熱交換加劇[48]?，F有規劃設計手段引入綠色屋頂和室外立體綠化，在減少建筑耗能和碳排放方面的潛力值得肯定，但高效科學的氣候友好型城市環境規劃依然任重道

遠[49]。

聚焦社會生態健康的戶外小氣候環境研究面向更加長遠的社會公眾健康領域。其中：氣候舒適性環境的不公平性暴露了城市生態系統氣候調節功能分配的不當[48]，未來規劃者可以從城市綠地結構優化與合理配置層面照顧更加容易受到極端氣候侵襲的社會弱勢群體；而在建成環境能耗監督層面，建筑內外的氣候環境聯動是必然趨勢，碳排放量的降低同樣對緩解室外氣候壓力，更好地發揮城市生態系統氣候調節功能大有裨益[45]。

4 結語

綜上所述，本研究通過歸納整理城市戶外小氣候環境與公眾健康關系的現有文獻，利用CiteSpace 可視化圖解，從城市熱島效應緩解、戶外開放空間設計和適應性可持續營造視角，探討空間環境營造、小氣候動態感知與公眾健康水平之間的關聯性與相互作用機制，為小氣候環境感知與公眾健康理念融入城市戶外空間改造提供參考；揭示了該領域的研究熱點由傳統氣候熱舒適感知等生理健康領域逐漸向心理與行為健康及三者融合的領域發展，同時注重戶外環境設計、小氣候指標測量與公眾健康評估間的動態適應性關系。由于兼顧多元城市戶外場景與多樣小氣候環境因子的綜合適應性框架尚未搭建，且可持續性營造過程中氣候社會生態效益的相關研究相對匱乏，未來研究應更加著眼于城市存量改造中小氣候環境宏微觀測量指標制定與可持續優化管理，在加強公眾健康特征評估精細多元化的同時，強調多維城市空間尺度的智慧化小氣候環境建模在戶外環境規劃設計中的交互模擬應用，為創造氣候宜居型的健康城市戶外環境提供支持。