中國城市熱舒適度研究進展

關鍵詞：城市：熱舒適：研究進展：綜述：中國

前言

城市化進程不斷加快，中國城鎮化率在2021年已達63.89%。城市化過程中，高密度、高建筑、少綠化等引發了城市氣溫升高、空氣質量下降等問題，使城市熱環境持續惡化，不利于人類身心健康。2013年，中國國家發展改革委發布的文件《國家氣候變化適應戰略》，將研究城市熱島效應的調控、推廣節能減排技術和鼓勵低碳化交通方式等措施作為關鍵舉措，以打造生態環境友好型城市。城市熱舒適度是衡量城市人居環境質量的重要參數，同時也是評價城市熱環境的重要指標。因此，通過系統梳理和總結中國城市熱舒適度的研究進展，有助于進一步剖析城市熱環境問題，并為解決這一問題提供科學參考。中國城市熱舒適度方面的研究得到了廣泛關注和深入探討。研究者們從城市氣候特征、城市綠化覆蓋率、建筑物群體布局等方面展開研究，同時，研究者們也利用相關技術手段，如數值模擬、遙感技術等，對城市熱環境進行精細化測量和分析。然而，在當前城市熱舒適度方面的研究中，仍然存在一些問題和挑戰。因此，運用文獻歸納和Citespace，對2000年至2022年發表的中國城市熱舒適度文獻進行系統回顧梳理，以期為城市規劃與設計以及居民生活質量的提升提供有益借鑒，并為相關領域的研究者提供參考和啟發。

1數據來源及方法

選取中國期刊全文數據庫（CNKI）和美國科學情報研究所Web of Science核心合集作為數據源。主要檢索詞為“城市（Urban）”和“熱舒適度（Ther-mal Comfort）”，并利用主題詞擴展方式尋找上下位詞，最終選擇“熱舒適、熱舒適性、人體熱舒適”作為“熱舒適度”的上下位詞。文獻發表的時間范圍設定為“2000年至2022年”，文獻類型設為“文章”，獲取中英文文獻分別為137篇、3307篇，共計3444篇（如表1所示）。繼而手動篩選在標題、摘要、作者關鍵詞與擴展關鍵詞中出現主題詞以及出現“中國（China）”或出現中國的“省（province）”、“市（cit-y）”、“縣（county）”名稱的中英文文獻。最終通過檢索篩選和手動篩選，得到中國城市熱舒適度相關中英文文獻109篇、209篇。

通過文獻歸納法對相關文獻進行回顧梳理，繼而利用Citespace軟件對CNKI和Web of Science數據庫中的相關文獻進行可視化分析。Citespace是由美國德雷塞爾大學計算機與信息科學系陳超美教授開發的信息可視化軟件。與傳統的文獻計量學方法相比，科學知識圖譜的可視化分析更加直觀、易讀。

2結果與分析

2.1文獻的總體特征

研究領域出版物數量的日寸間分布可以反映該領域的發展速度。通過發文量可知（如圖1所示），中國城市熱舒適度中英文文獻年度發文量整體呈上升趨勢，2018年后英文文獻發文量高于中文文獻量。中文文獻數量呈緩慢增長趨勢，2017年和2019年出現相對高峰值，英文文獻數量2018年后呈持續增長趨勢，2015年-2018年處于波動增長階段，2018年-2021年處于快速增長階段，2021年后呈波動增長趨勢。2000年-2021年中英文論文年平均發文量為4.9篇、9.5篇。通過檢索并人工篩選出國際上城市熱舒適度相關文獻，可知，中國城市熱舒適度研究對國際研究的貢獻量約為24.55%。

研究機構合作網絡能夠揭示研究領域研究力量的分布情況，活動頻繁的研究機構具有較強的研究能力。如圖2所示，中英文研究機構重合度較低，中文研究機構較分散，英文機構排名六的有Harbin In-stitute of Technology（哈爾濱工業大學）、Chinese A—cademy of Sciences（中國科學院大學）、South ChinaUniversity of Technology（華南理工大學）、NorthwestAamp;F University-China（中國西北農林科技大學）、Tsinghua University（清華大學）、Tianjin University（天津大學），可以看出這些機構對此研究領域的重視及研究能力較強。中文主要研究機構有同濟大學建筑與城市規劃學院、哈爾濱工業大學建筑學院、哈爾濱工業大學市政環境工程學院、哈爾濱工業大學城市水資源與水環境國家重點實驗室、華南理工大學亞熱帶建筑科學國家重點實驗室等，通過二者對比發現哈爾濱工業大學在此方面研究中研究能力較強且成果豐富。

高被引論文是指同一時間段內論文被引用次數，可以反映出它的研究方向。英文中引用最多的文獻是2014年發表在BUILDING AND ENVIRON-MENT刊物中的“Studies of outdoor thermal comfort innorthern China”，最高被引270次，其通過對中國天津公園的微氣候監測和受試者訪談，研究了不同氣候條件下的室外熱舒適度。2012年發表在《城市規劃學刊》中史源等人的《基于室外風環境與熱舒適度的城市設計改進策略——以北京西單商業街為例》最高被引140次，這主要基于地域氣候特征，結合其數次城市設計環境改造，通過數值模擬手段，對冬夏兩季室外開放空間行人層風環境與熱舒適度進行綜合評價。通過高被引論文可以看出城市對熱舒適方面的研究受到學者的關注。

2.2研究尺度和研究區

城市熱舒適度的研究依托于一定的城市地域和分析尺度進行分析，通過梳理文獻發現，從研究尺度上可以劃分為室內尺度和室外尺度（如表2所示），室外尺度的研究可進一步分為區域尺度、城市尺度和局地尺度。目前的研究中，區域尺度主要是經濟圈等鄰域地區，主要是京津冀、長三角等具有地域關聯性高、經濟互動性強的地區，這主要考慮了熱環境在空間上的擴散性和關聯性。城市尺度主要是北京、上海、廣州、深圳等東部經濟發達城市。局地尺度是目前城市熱舒適的研究重點，公園、廣場、街區等微觀區域形態是研究的主要形式。城市熱舒適度相關研究的研究區根據具體研究目的和問題的不同而定。目前研究區域側重于以公園、廣場和街區為主的局地尺度，以東中部發達城市為主的城市尺度、以經濟圈為主的區域尺度及室內微尺度研究偏少，在以后的研究中應重視室內與室外的城市尺度和區域尺度的實證研究，從宏觀尺度出發探討城市熱舒適度對于城市規劃與管理的實際指導意義。

2.3研究方法

2.3.1實地觀測法

通過在現場布設感溫、濕度、風速等儀器，對不同環境條件下的熱舒適度參數進行實時監測和記錄。通過梳理文獻發現，實地觀測作為解釋城市熱舒適的方法被諸多學者應用。一項實證研究探討了重慶冬季寒冷潮濕環境下的熱感受與舒適度。該研究通過現場測量和問卷調查，分析了不同年齡組、天氣和空間條件下受訪者對小氣候參數的熱感覺、舒適度和可接受度的投票結果。另一項研究以上海市浦東金楊新村街道的老式住宅小區為案例，從人體熱舒適性角度出發，對戶外空間更新中的空間因素組合及其單一因素變化對室內熱舒適性的影響進行了現場監測。

2.3.2ENVI-met數值模擬法

采用計算機軟件的方式模擬不同環境條件下的熱舒適度參數。經過現場測量驗證的ENVI-met模型被用于建模和仿真，研究了城市廣場中一個景觀元素的五種不同覆蓋方式對環境的影響。另一項研究使用ENVI-met仿真軟件，以南京市為例，分析了五種常用樹木的冠層形狀和三種不同的樹木布局方式對人體熱舒適性（PMV）的影響。

2.3.3指標測度法

通常根據不同的目的，指標有不同的分類。一項研究指出，通用熱氣候指數（UTCI）在評估室外熱舒適性方面優于生理等效溫度（PET）。另一項研究則采用了PMV、PET和SET這三個指標，對室外熱舒適性進行了客觀評價。

2.3.4問卷調查法

通過向被試者發放熱舒適度問卷，了解他們在不同環境條件下的感受和滿意度，并對數據進行統計和分析。上海陸家嘴地區的高密度、高層建筑群中，通過結合氣象數據進行的室外熱舒適問卷調查，評估了行人對室外城市空間的心理、生理和行為反應。廣州大學校園的熱舒適性研究通過現場測量和問卷調查評估了受試者的熱舒適度。上海創智天地廣場在夏季、秋季和冬季進行了小氣候觀測與問卷調查，研究了廣場空間形態、熱環境與用戶心理感受之間的相互影響。

在城市形態對空氣質量影響的研究方法中，幾種方法的優缺點如下：實地觀測方法可客觀評價不同熱環境，但其利用監測數據在地域分析上存在空間不連續性。而Envi-met數值模擬彌補了實地觀測的不足，Envi-met數值模擬通過建模和仿真，模擬室外環境的空氣溫度、濕度、風力和輻射。與其他方法相比，問卷調查和指標測度提供了反映不同地區人群熱偏好的優勢。

2.4主要研究內容與熱點

通過Citespace對中英文獻進行關鍵詞共現性分析，如圖3所示，文獻關鍵詞共現圖譜內圓的大小代表關鍵詞出現的頻率，越大使用的頻率越高，表示主要研究內容。總體而言，中文文獻中的熱舒適的圓形節點最大，其次是熱舒適度、風景園林、熱環境、微氣候和小氣候等關鍵詞成為研究的次熱點。英文文獻中的關鍵詞出現頻率由高到低依次是thermalcomfort（熱舒適）、impact（影響）、temperature（溫度）、climate（氣候）、outdoor thermal comfort（室外熱舒適）和microclimate（微氣候）等詞。通過聚類可以清晰看到，中英文研究的關鍵詞出現頻率高低存在微小差別，中文研究主要以風景園林熱舒適、熱環境及微氣候展開，英文研究主要圍繞熱舒適、溫度、氣候及其影響展開。

進一步梳理歸納文獻后發現，主要研究內容包括：（1）城市熱舒適測度指標研究。例如，普遍熱氣候指數（UTCI）被認為是評價西安室外人體熱舒適度的最佳指標。而不舒適指數（DISC）和標準等效溫度（SET）則被用于建筑室內熱環境的評估與分析；（2）城市熱舒適影響因素研究。為深入理解夏季室外熱舒適性的影響因素，一項廣泛的調查針對開放式戶外空間的熱舒適條件進行了研究，提出了八大影響因子，包括客流密度、多聯機開行臺數和多聯機設置溫度等。另一項研究為收集大量數據，設計了424個不同條件，最終采用數據挖掘技術（DF）來探索熱舒適度與這些影響因素之間的關系，并據此預測高鐵站室內熱舒適度等級；（3）緩解措施研究。沿著城市街道植樹被認為是改善城市熱環境的關鍵策略之一。針對城市外部風熱環境質量下降的問題，提出了改善對策，并總結出具有普遍意義的城市設計策略，旨在提升城市外部風熱環境的整體質量。

綜上可知，風景園林熱舒適、熱環境、微氣候及影響是研究熱點，城市熱舒適測度指標、城市熱舒適影響因素和緩解措施是主要的研究內容。城市熱舒適度的研究熱點呈現多方聚類、多點擴散的趨勢，研究內容也向縱深發展。

2.5改善城市熱舒適的措施

城市熱舒適度改善措施涉及許多方面，可以從多方面人手。（1）在城市規劃和設計方面，城市規劃和設計中注重考慮建筑物的布局、街區的綠化率和空間布局等因素，加強局部通風通道和熱輻射降低措施的設計，如增加高效綠化、水景設計等。在德黑蘭氣候區，三個不同形態特征的城市地區研究表明，舒適度的差異與社區布局（如密度和開放區域）及街道峽谷的剖面（如縱橫比和方向）有密切關系。隨著建筑綠地分布密度的提高，PET值會降低，戶外熱舒適度可通過建筑對太陽輻射的阻隔和綠化的降溫作用得到提升。順應主控風向的建筑布局有助于減輕夏季的炎熱感，而視線高度的綠化可以提供遮蔭和舒適的心理感受。不同下墊面材質對心理感受的影響也不同，硬質鋪裝可能讓人感覺更熱，而植草磚則有助于降低熱感覺；（2）在綠色基礎設施建設方面，開展城市綠化工程，加強公園、廣場等綠地的建設，增加植綠量，優化植物種類，提高植被覆蓋率。研究發現，植被通過提供遮蔭對降低氣溫具有顯著效果，城市地區植被豐富時，平均輻射溫度可顯著降低，尤其在夏季，降幅可達7攝氏度左右。在夏熱冬冷的地區，無論是草地還是花園綠地，夏天都能發揮降溫和增濕的作用，且人們在一天中不同時段的熱舒適度也有所不同。因此，增加綠地空間和擴大綠地面積對于改善城市小氣候和提升人們的熱舒適度具有重要作用；（3）在建筑節能方面，采取建筑節能技術，減少建筑物的散熱和吸收熱量，從而使得建筑物的室內溫度和室外氣溫有所區別。調查結果證實，大麻羊毛作為一種生物源絕緣材料，在性能上表現卓越，其年制冷能源需求顯著降低，分別減少了114.495%和203.598%，有助于節省高達43852千瓦時的年能源消耗。隔熱混凝土的使用被認為可以降低室內溫度，維持室內熱舒適性，同時減少電力消耗，實現熱循環的可持續性；（4）在室內環境改善方面，通過改變室內裝修材料等措施來達到改善室內環境的目的。研究表明，熱致變色卷材和墻面漆的應用提供了一種雙贏的解決方案。POFA泡沫混凝土砌塊在降低建筑物和其他結構的室內空氣溫度方面具有潛力。改善城市熱舒適度需要跨領域的綜合治理和措施，這需要政府、企業和社會各界的積極參與。

3結論

過去20年，中英文年度發文量整體呈上升趨勢，2018年后英文文獻發文量高于中文文獻量；中英文研究機構重合度較低，中文研究機構分散，缺少合作研究；目前研究區域側重以公園、廣場、街區為主的城市內小尺度，具有地域關聯性的區域尺度以及局地尺度城市和西部的研究偏少；研究方法以Envi-met數值模擬、指標評價和問卷調查的融合應用為主，實地觀測應用較少，主要是因為建模和觀測儀器對研究區域及對象的限制性；風景園林熱舒適、熱環境、微氣候及影響是研究熱點，城市熱舒適測度指標、城市熱舒適影響因素和緩解措施是主要的研究內容；城市規劃和設計、綠色基礎設施建設、建筑節能、室內環境改善等是緩解城市熱舒適的重要途徑，但相關改善措施缺乏實證檢驗。