基于场地生境营造的城市风景园林小气候研究

王晶懋 刘 晖 宋菲菲 郭 锋

随着中国城市化水平的不断提高，城市人口剧增造成了城市用地紧张的局面，这就促使更多的近郊农田和林地被城市所吞噬，取而代之的是高大密集的建筑物、纵横交错的混凝土路面和星罗棋布的硬质铺装广场。这种城市建成环境中不均匀的下垫面状况及人类活动排放出的废气和热量，明显改变了城市环境的气流走势与温湿度条件，极易造成城市热岛效应，严重制约了城市小气候环境的自我调节能力，并大大降低了人居环境的舒适度[1]。城市绿地作为城市生态系统的重要组成部分，具有显著的生态综合效益，是促进城市可持续发展的重要载体，并且在改善城市小气候方面发挥着重要的生态调节功能。植物作为城市绿地的核心要素，可以通过遮阴与蒸腾效益改善场地的温湿度状况，其群落垂直结构、水平结构与覆盖度直接决定了风景园林小气候调节的程度[2]。与此同时，特殊的城市小气候条件也会直接影响植物生长状况，例如城市热岛效应会灼伤某些耐热性不佳的植物叶片或枝干，从而限制植物正常的生长发育。因而在进行城市场地空间的植物景观设计时，应该在城市景观单元内建立起“植物-地形-土壤-水文-人类活动”之间的联系，使城市建成环境中的风景园林小气候环境更有利于生物栖息地的营建，发挥绿地冷岛效应，促进城市生物多样性的可持续发展。

1 城市建成环境中的小气候概述

1.1 城市物理环境的小气候特征

城市物理环境包括城市热湿环境、光环境、声环境、风环境和大气环境等[3]。城市物理环境中的小气候一般体现在热湿环境与风环境方面。其中，城市热湿环境是指城市区域空气的温度分布和湿度分布，随着城市化的高速发展，城市区域的温湿度特征也与郊区差别越来越大，因而出现了所谓的城市热岛效应，直接影响城市区域建筑物室内热环境。城市风环境是指城市区域内的风速与风向分布，城市内大量的建筑、构筑物使得城市具有立体化的下垫面层，其内的风速与风向分布已完全不同于大气环境系统，并且在楼间距密集的狭窄地带易形成“城市峡谷效应”。因此，城市小气候受建筑布局、地形、方位、土壤性质、植被覆盖状况等下垫面性质的影响，并在人类活动的影响下形成了有别于郊区的局部气候特征，使得在同一区域范围内的不同地区之间的气候特征也不同，即在小尺度场地范围内与周边环境气候存在较大差异。

城市小气候的环境特征是指受场地土壤、地形、降水、太阳辐射、地下水位、风环境、动植物栖息等变化的影响，在小场地范围内所表现出的气候变化特征[4]，各个气候因子如日照、太阳辐射、温湿度、风速及风向和降水等之间也存在一定的关联性[5]。在生产力水平较为低下的农业文明时期，人类活动对于城市环境的影响还不太明显，城市小气候与大气环境气候基本一致。但是工业文明之后，随着城市建设规模的扩大与工业化的快速发展，城市的下垫面状况与城市空间结构发生变化，加上人为热的释放和大气污染的影响，使得现代城市内部的温湿度、风等方面的特性发生了极大改变。整体表现出气温相对较高，白天湿度低、晚上湿度大，风速小，太阳辐射弱，能见度差，降水多等特征[6]。

1.2 新型城镇化建设背景下的城市风景园林小气候

由于目前我国城镇化是在人口多、资源相对短缺、生态环境比较脆弱、城乡区域发展不平衡的背景下推进的，因此为了遵循城镇化发展规律、促进生态文明建设，我国制定了《国家新型城镇化规划(2014—2020年)》，这顺应了现代城市发展的新理念、新趋势，能够推动城市绿色发展，加快绿色城市建设步伐。在新型城镇化建设背景下，城镇发展面临着巨大的环境压力，而气候要比其他任何自然要素在自然和人类活动的涵盖范围方面都要广，气候能够影响城市生物栖息地的水文条件、生物多样性、生物群落的演替等，它是塑造城市绿地空间格局的决定因素，也是形成场地不同生境条件的根本原因[7]。风景园林作为城市建设不可或缺的角色，不再仅是追求视觉审美的艺术效果，而是要以气候学为理论基础，使风景园林设计成为一种调节气候变化和营造适宜的户外活动空间的有效途径，充分发挥其在改善城市生态环境方面的重要作用。

图1 城市小气候与城市风景园林小气候的形成

城市建成环境中由不同的建筑群体和城市外部空间构成了不同的城市空间形态[8]，并影响着城市物理环境的日照、风等小气候因子。在建筑物、道路、广场等所构成的城市空间形态中，植物、地形、水体、铺装、构筑物等风景园林设计要素共同影响了这一特定环境下的小气候特征，形成了有别于广义风景园林小气候特征的，但在风景园林小气候范畴之内的城市风景园林小气候(图1)。风景园林小气候与城市风景园林小气候具有一定的差别，首先，二者所涉及的范围不同。风景园林涉及的范围更为广泛，不仅涵盖城市中的小庭院、公园景观和城市绿地系统，而且包括城郊及乡村的自然景观，因此风景园林小气候不仅存在于城市的人工建成环境中，而且也可见于城郊乡村的自然环境；城市风景园林所涉及的区域以城市建成环境为主，因此城市风景园林小气候是伴随着建筑物、道路、广场、绿地、河道等的建设应运而生的。其次，二者所研究目标的评价主体不同。风景园林小气候的改善与否，一般是以人为研究主体，将人所处的小尺度范围的气候环境中感到的舒适度作为评价依据[9]；而城市风景园林小气候则更多地关注城市建成环境中建筑物、构筑物、地形、铺装、植物、水体等共同作用下所形成的场地空间对于生物多样性的影响，以是否适宜作为动植物栖息地为评价依据。最后，二者的影响因素不同，多数学者认为城市小气候主要受建筑物布局、下垫面性质、绿地空间格局等城市外部开放空间设计的影响，在这一背景下，风景园林小气候主要受场地内风景园林要素配置、植物群落构建、建筑空间布局等影响，宏观尺度上的城市绿地系统布局和微观尺度上的风景园林设计要素都会影响风景园林小气候；城市风景园林小气候与场地生境条件的联系较为紧密，不同生境条件下的动植物种类也不尽相同，同时场地生境类型也受日照、降水、风环境等气象因子影响，因此适宜的城市风景园林小气候条件可以在一定程度上改善场地的生物多样性状况。反过来，采取符合生态设计理念的构筑物设计、植物种植设计、水体设计、土壤优化设计等生境营造手法也可以影响城市风景园林小气候。

1.3 植物群落斑块及格局对城市风景园林小气候的影响

在全球变暖的气候背景下，城市小气候的变化趋势是气温升高，降水增加，蒸发量增大，这种城市气候变化所带来的不利影响日益成为人类关心的热点问题。因此，需要针对城市的这种生态特点，研究如何通过人工营造城市风景园林小气候来改善城市小气候，并提升城市附属绿地的生态服务功能。城市发展过程中在考虑人的同时，要兼顾生物多样性空间，城市化的过程中一定有自然过程，如果群落生态学以各种形式、各种尺度介入城市中，使城市具有自己的生物多样性，势必会改善城市风景园林小气候条件。

在城市环境中，植物群落设计能够直接影响降温增湿效应。植物可以通过蒸腾作用改善其周边的小气候条件，并且不同的灌层结构会产生不同的温湿度状况，在城市生态环境中起着重要作用[10]。植被通过植物蒸腾作用降低了叶片表面温度从而降低了空气温度，植物群落还可以降低来自墙壁、屋顶、窗户等反射的太阳辐射。植物减少了建筑的长波辐射交换，降低了建筑物表面的温度，减少了建筑能耗，最有效的冷岛效应策略是：在干旱地区将地被植物与树荫相组合，形成植物群落，可使气温降低2℃[11-12]。研究证明，公园的冷岛效应强度主要受其内部的植被结构影响[13]。因此，基于风景园林要素营建形成的植物群落斑块与格局有利于缓解城市热岛效应[14]，利用植物的降温增湿作用可以改善与调节城市小气候(图2)。

图2 城市小气候与城市风景园林小气候的关系

2 城市风景园林小气候与生境营造的融合

2.1 场地生境营造会影响城市风景园林小气候

城市中的生境条件与自然环境不尽相同，且小气候和场地立地条件受人工干扰较大，因此要在城市建成环境中为动植物群落营造适宜的栖息环境，有必要通过人工干预的手段改善城市风景园林小气候，为动植物群落提供更好的栖息场所。适宜的城市风景园林小气候可以使更多适生群落形成多样化的城市绿地空间，形成人工干预下的城市生态过程，提高城市绿地的生物多样性水平[15]。这种对场地环境进行人工干预或营建的方式，可以看作是“生境营造”，具体是指通过人为实体空间设计，改变植物生长的水、光、热、养分等生态因子，创造适合植物及群落生长演替的环境条件，营造展示自然内在秩序的空间组织，为物种提供适宜的生长演替空间[16]。因此，在分散于城市各个角落的绿地斑块上开展场地生境营造势必会影响城市风景园林小气候。

基于场地生境营造的城市风景园林小气候研究将群落生态理论与场地设计相结合，根据场地生境因子构成，从场地设计的角度划分不同类型的生境单元，最终实现通过人工营建的方式改善适宜生物群落自然演替的生境条件[17]，改变且改善该生境条件下的风景园林小气候。因此，基于场地生境营造的基本理论和方法，场地生境单元可以作为城市风景园林小气候研究的“有形”单元，通过观测与分析生境单元内的小气候状况及变化特征，研究如何通过生境营造的手段改善城市绿地斑块的小气候条件。

2.2 基于场地生境营造的城市风景园林小气候特点

基于场地生境营造的城市风景园林小气候更专注为动植物群落营造适宜的小气候环境，具体特点包括以下几点。

1)城市风景园林小气候的基本单元是在生境单元划分的基础上确立的，通过空间形态结构、生物群落、立地条件等构建不同生境类型下的城市风景园林小气候。

2)营造适宜的城市风景园林小气候需要结合场地设计手法，运用生境营造的理论与方法改变或改善场地生境因子，从而创造新的城市宜居环境与生物多样性。

3)基于场地生境营造的城市风景园林小气候原理补充并完善了城市绿地的规划设计方法，是应对全球气候变化、城市热岛效应、雾霾天气等气候灾害的重要途径。

2.3 通过场地生境营造改善城市风景园林小气候的途径

以往的风景园林小气候适宜性设计更侧重于如何为人提供宜居的环境，而基于场地生境营造的城市风景园林小气候更侧重于如何为动植物群落提供适宜的栖息场所，是以城市绿地斑块中不同类型的生境单元为研究对象，建立与风景园林学科相交叉的基本理论模型，进而探索生境营造理念下改善城市风景园林小气候的途径。

在城市建成环境中采取生境营造的设计手法可以改善生物群落的栖息地环境，一方面可以改善场地内的小气候条件，另一方面也能够促进提升城市生物多样性水平。因此，城市人居环境的改善应当以适当的人工干预方式对影响城市小气候的因素进行优化[18]，通过运用多学科交叉的设计方法，结合风景园林学、气象学、生态学和工程技术等学科专业知识，从场地生境营造入手，在改善场地生境因子的同时，促进形成具有生态多样性的、可持续发展的场地空间[19]，并在地域气候条件的基础上建立符合城市风景园林小气候特征的生境类型。在场地生境营造的基础上改善城市风景园林小气候，有利于从场地设计本身出发，结合场地空间形态、立地条件、原生植被等构建不同生境类型下的小气候空间单元，通过人工干预场地小气候因子的方式，营造有益于动植物生活的小气候条件，为动植物群落演替提供适宜的场地环境[20]，从而提高城市绿地斑块的生物多样性(图3)。

图3 在场地生境营造的基础上改善风景园林小气候的途径

3 城市风景园林小气候与植物种植设计的关系

3.1 城市风景园林小气候与植物种类选择

城市绿地的生态效益不仅会受到绿地面积、植物群落结构的影响，而且植物种类组成也是重要的影响因素之一。植物种类选择作为场地生境营造的一项重要内容，其核心原则就是适地适树。适地适树不是单纯只重视乡土植物，而是需要认清场地生境条件最适合什么样的植物生长，也就是说植物的选择并不一定要选择场地原有的植物。在进行场地生境营造过程中，任何一项人工干预都可能会不可避免地改变场地原有的地形、土壤、水文、小气候、光照、风环境等生境条件[21]，因此在进行植物种类选择时，应充分了解和收集场地最初的基址条件，并对生境营造后的城市风景园林小气候条件进行模拟分析，然后将二者进行对照分析，以便最终选择更符合场地生境条件的植物种。为了实现适地适树的建设原则，这就需要设计师具有在项目场地附近甄选参考场地的能力，以参考场地的植物群落和小气候条件为参考来选择合适的植物种类，并对其生长状况做出评价。

3.2 植物群落结构对城市风景园林小气候的影响

目前我国城市植被大多是由人工绿化构建的，很少是在植被自然演替过程中形成的，这也是导致城市绿化植物种类贫乏、单调，生物多样性低的症结所在[22]，许多城市的绿化建设都面临这一问题。城市绿地斑块的生物种类少且生物链单一极易造成城市生态系统的不稳定，并引发一系列城市问题，其中就可能会包含对城市小气候的影响。相关研究结果表明[23-25]，裸地的小气候状况相对于植物群落内的小气候要差很多，植物群落结构丰富的生境比植被类型单一的生境具有更好的小气候条件。因此，在将来的城市绿化中要注重增加植物多样性，在维持城市生态系统稳定的基础上调节城市风景园林小气候条件。

另外，一些学者还对不同演替阶段植物群落的小气候特征进行了研究[26-27]，结果表明，随着植物群落演替的进行，场地内气温、湿度、光照强度等小气候因子以及土壤温度及湿度的波动性减弱且稳定性增强，生境条件更有利于植物的生长发育，同时也推动了植物群落演替的顺畅进行。由此可以推断在新建的城市绿地斑块中，采用生境营造手法所构建的地被植物群落组构比传统的植物种植模式具有更强的自然演替能力，所形成的城市风景园林小气候具有更好的温湿度状况。

3.3 基于场地设计的植物种植设计策略

城市风景园林小气候的因子包括风、日照、降水等，这些因子直接或间接受到场地设计要素的影响，因此可以通过对地形、铺装、水体、建筑物、构筑物等要素的合理设计与应用，为动植物群落营造适宜的小气候环境[28]。在进行场地植物种植设计时，可以采取人工整地的方式改变土壤水分、地形等，通过建筑物及构筑物布局改变日照时长及风环境[29-30]。因此，结合场地风景园林要素的合理设计，能够优化生境营造下城市风景园林小气候的各项因子，从而为动植物群落营造适宜的生长环境(图4)。

图4 场地风景园林要素对城市风景园林小气候的影响

表1 场地设计要素影响下不同气候区的植物种植设计策略

由于在不同的气候区，日照、风、水等小气候因子对植物生长的影响程度也不同，因此需要合理利用场地设计要素对小气候因子的影响来指导植物种植设计策略(表1)，以保障在各种场地生境条件下所种植的植物都能正常生长。

4 结语

城市发展过程中在考虑人的同时，要兼顾具有生物多样性的空间，城市化的过程中一定有自然过程，如果群落生态学以各种形式、各种尺度介入城市中，城市具有自己的生物多样性，势必会改善城市风景园林小气候条件。基于场地生境营造的城市风景园林小气候研究从小尺度场地空间入手，将场地生境营造与城市风景园林小气候建立起联系，通过采取人工干预的方式优化场地空间环境，在满足可持续景观设计的前提下，为植物群落生长营造一个能够更好地应对场地气候变化风险且符合植物生长需求的小气候条件。从场地的生态设计入手，在考虑场地尺度、地域特点以及生物多样性等方面的前提下，通过合理利用场地设计要素，使日照、风、水等小气候因子更加有利于营造多样的植物群落模式，并以此来指导植物种植设计，这也能够为生物群落营造适宜的场地小气候条件。将生态学以生物群落的方式介入适宜的场地中，进而改善了周边的生态环境。

注：文中图片均由作者绘制。