基于CiteSpace 的微气候研究进展分析

张 俊

（长江大学园艺园林学院，湖北荆州 425300）

1 研究概述

1.1 研究背景

随着城市的发展，人们越来越注重生活的品质。研究微气候是改善人居环境的重要途径。微气候是小范围内的地区性气候，与人们生活密切相关，而且较易定量化研究。风景园林作为人居环境科学三大学科之一，微气候的研究成为风景园林学科的热点话题之一[1]。它最早由城市规划学科在19 世纪初通过城市形态建设和区域气候条件相结合展开研究，近年来，风景园林学者在微气候的大背景下开始对城市空间和更小尺度下微气候环境进行研究。

1.2 研究方法

CiteSpace 软件是对文献进行量化分析的重要工具，通过量化分析和解读文献内容，并以知识图谱的直观形式展示研究对象的发展过程和结构关系。CiteSpace 主要提供3 种文献计量方法：①合作图谱，以研究某领域的作者、机构、国家间的社会关系来间接评价这三者的学术影响力；②共现图谱，以关键词为核心分析前沿、热点与热点演变；③共引图谱，以文献为核心分析研究领域的代表性文献和相互关系。可视化结果以聚类视图、时间线视图、时区视图3 种途径输出。用CiteSpace 软件对近10 年风景园林方向微气候研究文献进行分析和总结，并以共现图谱和聚类视图及时区视图为可视化表达，研究微气候发展热点，并对其继续发展作一定的预测，经学者研究提供参考[2]。

本研究以近10 年的风景园林方向微气候研究文献为对象，通过共现图谱研究历年研究热点，并以时区视图得出研究热点之间的发展关系，以此为参考，预测该方向接下来的研究趋势。

2 材料与方法

2.1 文献数据来源

在中国知网以“微气候”为关键词，设置范围为基础研究、应用基础研究、技术研究、工程研究、技术开发以及行业技术发展与评论，搜索学科为建筑科学与工程、气象学、环境科学与资源利用、林业、安全科学与灾害防治以及植物保护，得到1021 篇文献。

2.2 文献数据统计

2.2.1 发表年度分析。由图1 可知，文献发表数量自2011 年开始提升，这个时候也是风景园林学科与微气候研究开始结合的时间段。由此也说明，除了检索出的关键词，在论文发表的时间段上，以微气候为搜索关键词，比以小气候为关键词更加贴合风景园林研究方向。文献发表在2016 年之后逐渐稳定，也说明微气候研究已经进入到细化研究阶段，趋势分析对今后学者研究很有必要。

图1 年度发文趋势分析（图片来源：作者自绘）

图2 发文来源统计（图片来源：作者自绘）

2.2.2 文献来源分析。如图2 所示，微气候研究发表的文献，哈尔滨工业大学的数量占据优势，占17.25%，华南理工大学占9.54%，这两所高校在地理上的位置处在中国的南方和北方。所以在文献分析时发现，微气候的研究也随着高校的位置而表现出地区性变化。微气候是一个学科交叉的研究领域，所以文献来源也较为广泛，研究高校主要有西安建筑科技大学（8.26%）、天津大学（4.95%）、重庆大学（4.77%）、西安交通大学（4.59%）、北京林业大学（3.12%）。相关期刊杂志主要有中国园林（4.77%）、建筑科学（2.94%）、风景园林（2.75%）、中外建筑（2.20%）。

2.2.3 机构及作者分析。从研究机构来看，哈尔滨工业大学发表数量最多。但从发表作者来看，同济大学的刘滨谊教授个人最多，侧面说明哈尔滨工业大学的微气候研究已有了坚实的基础，而同济大学的微气候研究以刘滨谊教授为主，其他类似于哈尔滨工业大学的发文数量较多的还有华南理工大学（见图3、图4）。

图3 发文作者统计（图片来源：作者自绘）

图4 发文机构统计（图片来源：作者自绘）

3 相关研究

通过对关键词的共现分析，可以发现在微气候的研究进展中，已经形成了几个研究小类，这是在微气候研究大背景下的组成分析，为微气候的定量分析作出了探索（见图5）。

3.1 气候适应性

图5 聚类分析（来源：作者自绘）

气候适应是指在某地区气候条件下，通过设计方面的改造，使其能够适应气候条件，减少气候对人居环境的影响或者是对生产生活的影响。从本研究搜索文献资料来看，气候适应性自2010 年出现以后，在设计层面对风景园林学科微气候研究有一定的指导性。气候适应与人居环境十分贴切，所以杨树红等[3]学者在2010 年相关研究中，通过气候适应研究了热舒适方面的内容。在人居环境的研究中，2011 年有文章对传统名居的空间形态进行了分析[4]。此类研究较为全面的是关于中国古典园林的空间营造，通过对古典园林叠山理水、房屋朝向、植物配置进行研究，发现古典园林里的空间营造很大程度上适应了当地的气候。由此向外发散，王碧薇[5]对城市广场进行了研究，鉴于城市广场的特殊性，所以设计策略大多为提高遮荫和散热作用。除了城市广场还有其他城市空间，例如街道空间，李静薇等[6]学者对其进行了研究，发现街道朝向和建筑比例及植物搭配均对街道空间的微气候有影响。

3.2 ENVI-met 软件

ENVI-met 是城市微气候模拟工具，通过在软件内搭建模型、设置参数，便可对设计环境的风向、污染物等数据进行检测。通过ENVI-met 软件，可以对设计场地进行模拟和对已建场地的改善策略探讨。在2015年，秦文翠利用ENVI-met 软件研究了地下空间和历史街区的更新设计策略，到2019 年，已经有对城市道路肌理进行的研究。

3.3 风环境

在本研究对象中，风环境作为气候适应性的研究子方向，在2010 年与气候适应性一起出现之后，发展为地区性研究，主要用来改善城市居住区的环境条件。在大多数微气候研究中，温度的降低或者升高是主要策略之一，风环境作为能被人体直观感受的自然条件，在其观念提出之后便有学者对此进行研究，研究成果也相对集中。

3.4 热环境

热环境是指由太阳辐射、气温、周围物体表面温度、相对湿度与气流速度等物理因素组成，影响人的冷热感和环境的健康。热环境的评价与人的主观感受有关，因此关于人体舒适度的研究在热环境概念提出之后便有发表。热环境与人们的生活环境密切相关，表现在居住区[7]的温度研究，地表温度和局部气候的温度变化上。上升到城市方面，体现在城市热岛、下垫面的研究上。

3.5 热舒适

热舒适[8]是人对周围环境所做的主观满意度评价。一般情况下，可以直接采用热舒适测试系统现场测试室内干球温度、相对湿度、风速等热环境参数，再结合以问卷方式和ASHRAE 的7 级热舒适指标，调查记录居民的热感觉，也可以得出热环境分布情况。由于人的个体差异，满足所有个体热舒适要求的热环境是不可能存在的。因此任何室内气候必须尽可能满足大部分人群的舒适要求。人的主观适应性可以被认为是产生实验室研究和实地测试的结果差异的一个主要原因，因为这种适应性包括生理的适应性和行为的适应性。有关文献就曾指出热感觉的评判在很大程度上取决于人员背景和对环境的一种期望。所以，舒适性研究应该既有实验室的实验，又不能忽略实地的测试分析。他们认为建筑形式、气候、种族等因素的差异可能造成世界各地人们在相同的热环境中热感觉不同，对热舒适性的要求也不同。

3.6 数值模拟

在现在的微气候研究中，实地测量虽然所得的数据直观可靠，但是工作量非常巨大，在某些条件下难以满足。所以在现在的研究中，利用计算机技术对场地条件进行模拟，在一定程度上可以代表实际的研究效果。除了对场地的测量外，利用数值模拟对设计场地进行研究也是非常可到的。现在的数值模拟软件分为CTTC（非计算流体力学）和CFD（计算流体力学）。不同的数值模拟软件对小场地（例如城市道路）到城市形态和建筑因子进行模拟研究都提供了可行的研究途径。

3.7 城市微气候

城市是人类文明的重要组成部分，城市环境是居民生活的基础。随着城市化进程不断推进，城市问题激增，人们对生活条件的把控越来越科学化，人们迫切需要一个适宜的生存环境。城市微气候研究的是一个城市的微气候对大气候的影响。由外向内，微气候研究直接与城市居民生活相关，郭立伟等[9]学者对城市环境进行研究，研究内容从大城市形态到城市建筑物。城市微气候的相关研究从城市绿地到城市公园，研究对象越来越具体，从城市形态到城市街区，从研究人体舒适度到研究设计出适合人们生存相关的城市环境。

4 研究方向预测

表1 年度关键词

通过对近10 年的文献进行的共现分析和时区图谱，研究热点之间的联系关系，探讨微气候将来的研究方向（见表1）。

4.1 地区性研究

通过对所选文献的时区视图可以看出，微气候的研究在地区气候上呈现出从北往南的趋势。因为国内微气候研究高校哈尔滨工业大学地处中国北方，所以在严寒地区微气候研究较多（见图6），研究方向为街区尺度下的热舒适相关内容。而后另一所高校华南理工大学地处中国南方，所以研究地区变为湿热地区（见图7），研究关注点为中尺度公园绿地和植物结构上。其他高校也对其校区所处的环境条件有所研究，但没有哈尔滨工业大学和华南理工大学研究得那么具体。除了严寒地区和湿热地区这种代表性地区气候外，张超[10]和许亘昱[11]分别研究了夏热冬冷地区和夏热冬暖地区的微气候研究，研究内容从住宅外部环境到水体布局和绿化结构。到2019 年，研究地区性已经延伸到局部地区（见图8）。例如赖寒等[12]学者通过模拟软件开始研究街区尺度下的微气候和设计方向上的校园外部环境微气候。综上所述，对具有代表性的地区的微气候探讨也是研究的重点之一。

图6 严寒地区时区图（图片来源：作者自绘）

图7 湿热地区时区图（图片来源：作者自绘）

图8 局地气候时区图（图片来源：作者自绘）

4.2 数值模拟

数值模拟方面是微气候研究的重要方面，微气候的研究有时会受到场地自身的限制，不能实地进行改善条件的实践。模拟软件很大程度上缓解了这个问题，由于软件自身的科学性也为学者研究提供了一定的理论支撑。ENVI-met 软件作为数值模拟方向的代表研究软件（见图9）。如图9 所示，ENVI-met 软件成为微气候研究的桥梁之一。数值模拟软件除了ENVI-met 之外，还有CFD 模拟技术（见图10）。CFD 模拟软件在建筑因子模拟方面比ENVI-met 软件更为科学。例如杨扬[13]提供了CFD 模拟探讨优化策略，研究居住区设计的最优方案，在大范围上研究城市空间形态。现有的模拟软件大概有7 种，来自不同的国家和学者，研究环境分为建筑、热环境、光环境和声环境。这些环境模拟软件在一定程度上指导了生态城市建设和建筑设计。在城市形态上模拟建筑朝向，分析城市肌理特征，细化到城市街道的高宽比、建筑物表面、地面材质，以此来探究微气候的最佳设计策略。

已经推行的软件也引起了学者的广泛探讨，如段艳文[14]等学者对模拟软件的科学性存在争议，由于软件开发者的国籍和语言及所处背景环境不同，导致其他地区的学者来应用这些软件有一定的困难。所以对于将来的数值模拟软件来说，软件本身的科学性是一方面，软件本身的兼容性也是软件推广的亮点之一。所以将来如果出现一款本身兼容性高，操作简单，建模计算功能全面，能够协同使用的数值模拟软件，必然会成为推动微气候发展的动力。

4.3 热舒适与城市设计

热舒适是微气候研究的衡量标准之一，热舒适的判断有人的主观因素，受地区，年龄诸多要素影响。现在的热舒适指标判定有2 种方式：一种是经验模型，例如黑球模型，通过测量黑球的温度来判断；另外一种是热平衡模型，通过人体热量平衡原理来测定。在现有文献中，热舒适多采用调查问卷的形式，这样得到的数据直观可靠，但过程繁琐。除了热舒适的判定，与之相对的热环境研究也是微气候研究热点，但是现在研究进入到了细化环境阶段。因为研究者多处于城市环境中，所以对城市环境的研究改善文献占大多数。

在城市绿地的研究中，鲁俊琪[15]发现公园绿地的植物搭配对微气候有显著影响，这些已经发表的研究成果可以指导新绿地的建设。在已建成绿地中，吴云霄等[16]学者发现郁闭度大于0.6 的植物群里能明显改善微气候环境，同时在植物的选择上，叶面积大、冠幅大的植物效果更好（见图11）。

图9 ENVI-met 时区图（图片来源：作者自绘）

图10 cfd 模拟时区图（图片来源：作者自绘）

图11 城市微气候时区图（图片来源作者自绘）

图12 热环境时区图（图片来源:：作者自绘）

在广场的设计中，因为广场是人为设置的开放环境，改善微气候环境，以保/增温、避风、增湿为目的的设计策略为主。

街区方面，现有文献的改善途径有：通过分析空间内热量传递的过程和特征进行人为调节，或者改善街区界面材质，降低空间的蓄热能力，相关的还有优化街区的空间形态，增加空间的散热能力。在这个方向上还有对减少人工热排放和增加街区内水体和绿地的空间分布的研究。

居住区的微气候研究的重点方向。居住区的树种选择参考城市绿地的微气候研究，在此基础上，改善居住区内遮荫条件也是策略之一（在向阳一侧布置植物水体用以降温）。此外，刘之欣等[17]学者研究不同植物的搭配效果，乔木和草地搭配效果大于灌木和草地。同济大学的刘滨谊教授通过研究上海的住宅区，得出了微气候与人群活动的关系（见图12）。

5 结论

综上所述，本研究认为微气候的研究在将来会表现在以下3 个方向上：更加多样性的地区微气候研究，新型微气候模拟软件的开发，城市环境的热舒适研究。在改善环境条件以取得微气候效果的文献中，大多是以降温增湿、遮阳植树为目的的设计策略，这在微气候的大背景下是非常具体的研究成果，但仍存在其他细化条件有待发掘，如景观元素与微气候之间的相互作用机制研究等。