基于微氣候適應(yīng)性設(shè)計的天津市薊州區(qū)西井峪村山水格局分析

2018-07-19 03:08:50馬梓烜郭雨萌劉加根宋志生

中國園林 2018年2期

齊羚馬梓烜郭雨萌劉加根宋志生

1 研究背景

1.1 研究意義與課題緣起

傳統(tǒng)村落保護的一項工作重點是村落最基本的天人合一的山水格局。對村落環(huán)境質(zhì)量控制的最基本策略是擇址和傳統(tǒng)風水模式所形成的山水格局。目前傳統(tǒng)村落的開發(fā)與保護研究，主要集中在定性的價值研究、評價體系、旅游開發(fā)、村落空間形態(tài)與布局，以及以建筑單體為對象的定性與定量結(jié)合的研究[1-2]。近年國內(nèi)外對于微氣候適應(yīng)性的研究工作成果顯著[3-13]，且多集中在城市，而運用數(shù)值模擬、數(shù)據(jù)比較和模型建構(gòu)等定性、定量結(jié)合的分析方法，對傳統(tǒng)村落中觀層面的山水格局與微氣候適應(yīng)性分析和設(shè)計策略進行的研究較少。

針對京津冀協(xié)同發(fā)展中城鄉(xiāng)統(tǒng)籌工作面臨的生態(tài)特性保護和改善微氣候的迫切需求、傳統(tǒng)村落的過度開發(fā)和保護誤區(qū)所帶來的理想山水格局破壞的問題以及傳統(tǒng)村落微氣候多因子和山水營造特性耦合關(guān)系及預(yù)測控制方法的研究欠缺的問題，本論文于2017年開展了基礎(chǔ)調(diào)查研究工作。

1.2 研究目標與研究內(nèi)容

1.2.1 課題研究目標與內(nèi)容

本課題以傳統(tǒng)村落山水格局的微氣候適應(yīng)性設(shè)計機理研究為核心，以微氣候指標體系的建立、計算機數(shù)值模擬和微氣候綜合分析方法為基礎(chǔ)，系統(tǒng)研究京津冀傳統(tǒng)村落的山水格局特征類型、山水格局和微氣候的耦合關(guān)系及適應(yīng)性設(shè)計機理、控制性的形態(tài)參數(shù)、形態(tài)參數(shù)的圖譜表達技術(shù)和設(shè)計新流程以及基于微氣候適應(yīng)性的山水格局優(yōu)化方案等關(guān)鍵科學問題，并以京津冀傳統(tǒng)村落典型案例進行了理論驗證和應(yīng)用，從而提出一套基于微氣候適應(yīng)性設(shè)計的綜合分析和設(shè)計優(yōu)化方案，成果具有廣泛應(yīng)用性，為京津冀地區(qū)人居環(huán)境改善提供理論和技術(shù)支撐，最終達到人居環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的目的。對長期以來理想景觀格局的主觀感受和設(shè)計經(jīng)驗進行定量性的科學驗證(圖1)。

1.2.2 本文研究目標與內(nèi)容

本階段研究目標是研究山水格局的“形”與微氣候的“數(shù)”之間的“理”，即兩者之間的規(guī)律。以京津冀3個典型村落為對象，通過實地觀測和數(shù)值模擬相結(jié)合的實驗方法，研究層次包括2個方面：將村落與城市作外部比較的村落選址理想格局驗證，及村落內(nèi)部微觀布局差異比較。研究工作包括三大板塊，A模塊的山水格局形態(tài)研究和環(huán)境特征分析和類型研究，B模塊的風熱分析(實測與模擬相結(jié)合)，基于B模塊分析基礎(chǔ)上的C模塊舒適度評價，最后研究總結(jié)A模塊與C模塊之間的規(guī)律(圖2)。

本文重點是對已完成的西井峪村春季和夏季數(shù)據(jù)采集和春季、夏季、冬季數(shù)值模擬的初步研究成果總結(jié)和討論。

現(xiàn)階段正在開展的工作內(nèi)容包括兩部分：1)編制京津冀4批中國傳統(tǒng)村落共計169個村落(其中北京21個，天津3個，河北145個)的山水格局特征分類圖譜。對其山水特征[14-15]從選址、功能、規(guī)模、形態(tài)、山水比例關(guān)系、山水組合方式、空間布局及圍合形式、坡度坡向等方面進行分類研究并總結(jié)特征類型，建立山水格局檔案，有利于研究的系統(tǒng)性；2)北京房山區(qū)水峪村、天津薊州區(qū)西井峪村、河北井陘縣呂家村3個重點典型案例村落的氣象站安裝和典型季節(jié)微氣候調(diào)研與數(shù)值模擬及研究分析工作。

圖1 課題技術(shù)路線圖

圖2-1 研究目標分析

圖2-2 研究層次分析

圖2-3 工作板塊分析

2 研究對象

2.1 研究對象范圍界定

對傳統(tǒng)村落微氣候系統(tǒng)的研究層次性較強。地形形態(tài)、人為空間等對村落微氣候都有影響。山體地形對氣流采光的影響帶來溫度、濕度、風速、風向的變化。村落環(huán)境包括村落外部環(huán)境的山、水、林的組合空間；內(nèi)部環(huán)境的巷道、節(jié)點空間；單體民居的庭院3個層次[16]。本文研究對象為西井峪村外部環(huán)境空間和部分與山水相關(guān)的內(nèi)部環(huán)境節(jié)點。

2.2 西井峪村概況

西井峪村位于天津市北部，地處薊州區(qū)漁陽鎮(zhèn)君府山背后，距薊州城區(qū)2.5km。此區(qū)域?qū)儆谖覈谝粋€國家級地質(zhì)剖面自然保護區(qū)——中上元古界地質(zhì)剖面自然保護區(qū)。西井峪村核心村落面積約13.4hm2，是一處典型的北方塞內(nèi)山村。

2.3 西井峪村氣候環(huán)境

西井峪村平均海拔約220m，屬于北方干燥交替性氣候，夏季高溫多雨，冬季低溫干燥。春秋時間較短，全年降水集中于夏季。春秋兩季時間較短，冬季雨雪稀少，多大風天氣。參照天津市氣候分析圖可得知，西井峪地區(qū)需要采暖的總時間可達全年的65%，冬季12月至來年2月需要依靠傳統(tǒng)采暖或者主動式太陽能結(jié)合以解決被動式太陽能采暖不能解決的室內(nèi)采暖問題。被動式太陽能采暖集中于4、5月和10月。夏季6—8月份可通過自然通風、建筑蓄熱方法解決夏季降溫的需求。

2.4 西井峪村山水環(huán)境

西井峪村的井字形地貌十分突出，村落東、西、南、北各有一條溝谷，其中北側(cè)、西側(cè)溝谷為斷崖，是西井村與外界的天然邊界。整體村落坐北朝南，沿等高線布局，基本符合環(huán)山聚氣的傳統(tǒng)山水理論，前有府君山次峰(案山)，后有餑餑山(祖山)及北部山體，東側(cè)有府君山主峰(青龍)，西有小嶺子(白虎)，體現(xiàn)了藏風聚氣、負陰抱陽的風水觀。村落整體位于山坡上，地勢較高，有利于防洪排澇，體現(xiàn)了古人對村落選址的科學性(圖3)。

3 研究方法

課題研究方法包括文獻研究方法、觀測分析方法、數(shù)據(jù)分析方法、模擬分析方法和模型分析方法。本文主要從實地觀測法和數(shù)值模擬法2個實驗手段進行闡述。

3.1 實地觀測法

實地觀測法通過在近地面(距地面約1.5m)對實際研究對象進行觀測，由測點獲得直接的局地氣候數(shù)據(jù)，能夠直觀地反映局地風、熱、濕環(huán)境狀況。對實驗測點的空氣溫度、風速風向、相對濕度、輻射溫度等氣候數(shù)據(jù)進行分析。整理總結(jié)了固定式小型氣象站的全年24h測量數(shù)據(jù)和3個季節(jié)單日測點的測量數(shù)據(jù)。

3.1.1 測試儀器

實驗選取儀器有：移動氣象站(中科正奇ZK-YD6A，6個傳感器，太陽能供電)、手持式熱敏感風速儀(德國TESTO405-V1)、溫濕度自記儀(北京天建華儀WSZY-1)、黑球溫度自記儀(北京天建華儀HQZY-1)。據(jù)以上儀器實測數(shù)據(jù)并參考中國氣象網(wǎng)天津區(qū)數(shù)據(jù)和小型氣象站數(shù)據(jù)，作為后期模型的輸入?yún)?shù)。春季測量日期為2017年5月13日，夏季測量日期為2017年7月5日(因?qū)嶒灄l件所限，每個季節(jié)只選取一日進行10個測點觀測，結(jié)合小型氣象站固定點24h全年觀測，與數(shù)值模擬進行比對驗證)。

3.1.2 測試點布置

在西井峪村內(nèi)，根據(jù)實驗條件、山水環(huán)境特征、高度坡向及均勻布點的原則，同時考慮不同下墊面性質(zhì)，在研究區(qū)內(nèi)布置測點10個(圖4)。具體來說測點選擇包括了4種地形類型：山頂、山坡、山谷、平地，其中也包含了形成西井峪村井字形山水格局的3條溝谷、4個地形最高點、1處平地、2處不同方向懸崖，充分考慮了整體的山水格局、建筑物、植被等影響因素。場地環(huán)境信息來自實地調(diào)研，并在上午、下午各選取4個點觀測黑球溫度(表1)。

3.1.3 測試方法

2017年5月12—13日，課題組完成了小型氣象站安裝工作，并進行固定點24h觀測，通過信息平臺進行監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。目前已采集5—11月的數(shù)據(jù)與天津市標準氣象站所測數(shù)據(jù)進行對比，并和實測資料一起，通過采用國內(nèi)外較為常用的誤差平方根值RMSE和平均絕對百分比誤差MAPE兩種指標對數(shù)值模型進行模擬精度評價，驗證了數(shù)值模擬的可靠性(因篇幅所限，在此文中不作過程闡述)。2次實測數(shù)據(jù)記錄頻率為：風速儀風速風向10min/次，溫濕度自記儀和黑球自記儀5min/次，移動氣象站10min/次。風速儀設(shè)置在距離地面約1.6m高度處，采取旋轉(zhuǎn)360度對最大值進行讀數(shù)，并采用手機羅盤確定風向。為避免陽光直射，溫濕度儀探頭以錫箔紙包裹，放置在距離地面約1.2m高度處。

3.2 數(shù)值模擬法

數(shù)值模擬是通過建立對象的數(shù)字模型、計算模型，將理論分析應(yīng)用于模型計算，并以此探究計算區(qū)域內(nèi)動力學、熱力學情況的方法。在結(jié)合實地觀測法對數(shù)值模擬可靠性進行比對評價后，采用數(shù)值模擬法進行進一步分析，可以解決測點數(shù)量的局限性，在人力、財力及時間資源上有極大程度的節(jié)約，從而提高工作效率。在構(gòu)建軟件模型后，可以對同一模型進行多次模擬計算、核對校準，從而獲得大量參數(shù)數(shù)據(jù)，對后續(xù)的參數(shù)化模型建構(gòu)和規(guī)劃設(shè)計方法研究有極大幫助。課題組通過CAD、Sketch up建立西井峪村三維模型，經(jīng)Rhino修改后導(dǎo)入Phoenics和Ecotect軟件平臺進行模擬計算，在模型建立過程中，盡可能保留了模型的地形細節(jié)。

4 實驗結(jié)果與分析

4.1 實測結(jié)果與評價(圖5)

4.1.1 西井峪村與天津市微氣候?qū)Ρ?/p>

通過小型氣象站收集的數(shù)據(jù)比對分析，將村落與城市作外部比較以驗證村落選址的理想格局，良好的外部山水環(huán)境為西井峪村微氣候環(huán)境更加宜人的主要原因(表2)。

圖3 西井峪村山水格局示意圖

圖4 西井峪測點定位圖

4.1.2 溫度

1)在春季溫度測量結(jié)果中，在個別點經(jīng)歷了8：50前的短暫降溫后，西井峪村各測點在8：30—13：00基本均處于升溫狀態(tài)，在11：30左右達到最高溫度，D點上升速度最慢平均溫度也最低。

2)各測點平均溫度情況為：B＜D＜C＜5＜1≈4＜E＜3＜2＜A。在春季，空間開合度、空間布局對溫度有較大影響，1號、4號兩點的溫度變化曲線與平均溫度都十分接近,兩點均在東西向封閉狀態(tài)南北向開敞，且具有接近的開敞尺度，可見相近的山水格局可能造成地區(qū)內(nèi)熱環(huán)境的接近。溝谷類型的1、2號點，1號點位于南北向溝谷中，2號點位于東西向溝谷中。由于春秋兩季的測量時段均集中于14：00之前，主要測得的結(jié)果為上午日照升溫區(qū)間，因此南北向溝谷的1號點在春秋兩季平均溫度均低于2號點?？梢娚襟w遮擋除影響區(qū)位總體輻射得熱之外，對氣溫變化情況也有巨大的影響。南北向的溝谷，上午受到山體遮擋將減慢溫度上升速率；東西向溝谷內(nèi)則溫度上升較快。2號點位于東西向溝谷中；3號點位于村落東西坡向最高點，兩點在、東側(cè)均為開敞空地，建筑、植物對其影響較小，因而兩點受太陽輻射情況較為類似，此兩點平均溫度接近，溫度變化曲線相似，在夏季此兩點也出現(xiàn)了類似的溫度變化趨勢。但3號點由于位于村落西側(cè)的溝谷處懸崖處，受峽谷風等因素影響，造成溫度多數(shù)情況下比2號點更低。

3)2、3 、5號測點數(shù)據(jù)溫差、方差表明，在測點東側(cè)有較高山體或南側(cè)有較高山體的情況下，測點溫度變化幅度較大，以5號點為例，在9：00之前由于山體遮擋，造成了日照不足，溫度上升緩慢的情況；在10：00后，溫度升高較快，因此溫度方差、溫差較大。

4)在夏季的測量結(jié)果中，各點在經(jīng)歷了短暫的升溫過程后，基本處于相對穩(wěn)定的溫度范圍，在12：20之后，各點出現(xiàn)了陡崖式的升溫，這與夏季正午日照十分強烈有很密切的關(guān)系。從平均溫度來看，各點平均溫度排序為：5＜D＜1＜E＜C＜3＜2＜A＜B＜4。5、1、E三點在測點東側(cè)均有山體阻擋上午日照，使得此三點上午至中午溫度較低。下墊面對溫度的影響也十分強烈。

5)小結(jié)。

(1)夏季西井峪村內(nèi)氣溫略低于天津市區(qū)，是更為宜居的小氣候環(huán)境。

(2)通過2、3，1、4兩組測點比對，驗證了空間開合度與空間開敞方向共同對測點的溫度產(chǎn)生影響。

(3)溝谷方向影響日照進而影響谷內(nèi)各點的溫度變化趨勢，在上午主要體現(xiàn)為南北向溝谷谷內(nèi)溫度較慢，東西向溝谷內(nèi)溫度上升較快。

(4)南側(cè)山體影響某一時段日照，進而造成局部溫度波動較大，出現(xiàn)陡崖式升降溫。

4.1.3 濕度

1)春季測量中，各測點在8：30—13：00基本為下降趨勢，其中5號點下降最快，B點下降最慢。其余各點的下降速度和最低濕度均基本相近。各點當日平均濕度情況為：A＜5＜3＜E＜2＜4＜1＜C＜D＜B。春季各點濕度較均勻。

2)1號點在東側(cè)有山體，遮擋8：00—10：00日照，10：00前濕度較高，10：00后濕度陡降。測點南側(cè)的山體在早晨不遮擋陽光，在臨近中午時測點產(chǎn)生陰影，使測點濕度先降后升(2號點)。

3)測點在不受山體遮擋影響時，其濕度會出現(xiàn)先降后升的趨勢，A、B、C、D四點均位于山頂，都出現(xiàn)了這一現(xiàn)象。筆者認為出現(xiàn)這種趨勢的原因在于日照對濕度影響存在2個階段。第一個階段中，受日照影響，空氣、植被中的水蒸氣快速逸散，造成各點位濕度的陡然下降；第二個階段，隨日照逐步加強，溫度升高，土壤中的水分開始蒸發(fā)，造成第二階段濕度的上升。

表1 實驗測點信息表及山水格局分類

表2 西井峪村和天津市區(qū)對比

4)夏季測量結(jié)果中，各點的濕度變化情況更為分散，可看出各點在夏季受到山水格局影響更為明顯。夏季各測點平均濕度情況為4＜B＜A＜C＜3＜E＜1＜D＜2＜5。對比1、4兩點可發(fā)現(xiàn)，在近似空間格局的前提下，周邊植被情況可能對濕度產(chǎn)生較大影響。1號點周邊存在較多灌木；4號點周邊植被較少。1號點比4號點平均濕度高8.5%，可見周遭植被越多，測點濕度越大。春季的平均濕度情況也支持這一結(jié)論。

5)小結(jié)。

(1)在不受山體影響的山頂會出現(xiàn)濕度先降后升的趨勢，這是由于日照對濕度影響存在2個階段，原因如上文所述。

(2)山水格局影響日照從而影響濕度，海拔越高影響時間越長。

(3)植被具有保持水汽的作用，植被較豐富的區(qū)域，一般濕度也較高。4.1.4 風環(huán)境

1)通過對春季各測點風速與地形的對應(yīng)關(guān)系研究，發(fā)現(xiàn)各測點的風速情況波動較大，但受地形影響明顯。特別是溝谷對風速的影響尤為強烈。在西側(cè)溝谷附近的3號點和E點，由于海拔差異，使得處于高處的3號點平均風速是低處E點的2倍以上，最大風速是E點的3倍以上?？芍L速受到海拔高度的影響明顯。此外3號點位于南側(cè)橫向溝谷與西側(cè)溝谷入口交匯處，受2個谷風影響。

2)春夏季實測風向基本與春夏季的主導(dǎo)風向相近，但各點風向受到地形影響，各不相同。在東西向的谷地類型中，2、3兩點的主導(dǎo)風向均為西風，其他各點則主要為北風或西北風。2、3號點位于東西向溝谷中，因而西北風在山谷的影響下轉(zhuǎn)為了西風，3號點位于西北風進風口，受到峽谷風影響風速大大增強。但在夏季由于主導(dǎo)風向轉(zhuǎn)為南風，使得垂直于風向的3號點風速銳減。

3)對比各點平均風速，D點、3號點的風速最高，因此兩點所處環(huán)境均在西側(cè)完全開敞，且無植被、建筑物等增加地表摩擦系數(shù)。但結(jié)合3號點、D點的風速曲線、各時段風向分析，發(fā)現(xiàn)3號點在西風條件下風速更高，D點在各風向條件下均有較大風速。對比3、D兩點的風速差、方差，出現(xiàn)了對風速差、方差的放大效應(yīng)，使得風速的波動程度較大。

4)夏季測量結(jié)果各點風速相對穩(wěn)定。從整體來看，山頂各點(A、B、C、D)風速相對較高。村落內(nèi)部各點風速相對較低(3、4、5)，2號點位于平行于主導(dǎo)風向的溝谷中，風速較大且波動明顯。

便捷成熟的版權(quán)交易系統(tǒng)，應(yīng)涵蓋展示定價、協(xié)商簽約、交付完成等各環(huán)節(jié)。這樣的系統(tǒng)將大幅縮減交易環(huán)節(jié)、減低交易成本、提升交易效率，并將交易物及協(xié)議標準化和規(guī)范化，同時這種新型的技術(shù)融合必能反向刺激整個行業(yè)，催生相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)革新。

5)從平均風速來分析，A點平均風速最高值與B點平均風速接近。對山頂各點進行分析發(fā)現(xiàn)，在主導(dǎo)風向(東風)來風區(qū)域的A、B兩點比C、D兩點風速更高。說明在經(jīng)過A、B兩點的山峰后，風力被削弱，可見在宏觀層面上風速也受到地形的影響。

6)對比春夏兩季4號點與1號點，兩點空間構(gòu)成基本相同，但4號點周邊為單層建筑，1號點周邊為較高山體，1號點平均風速比4號點低50%左右，在空間構(gòu)成相近時，遮擋物高度對風速的影響較大，且遮擋物越高，對風速的降低越明顯。

7)通過對各點風速、風向及山水格局進行對比發(fā)現(xiàn)，風向與山水格局相互作用影響測點風速。春季天津地區(qū)主導(dǎo)風向為西北風，受到村落內(nèi)地形影響后，風向在1、2兩點分別轉(zhuǎn)為西風、北風，同時1號點風速顯著小于2號點。

8)小結(jié)。

溝谷對風速的影響較大，且平行風向的溝谷會顯著的放大風速，但垂直向溝谷則會削弱風向。溝谷與山頂?shù)娘L速接近，但山頂風速、風向分布更加均勻。風速受海拔高度和空間開合度影響顯著(表3)。

4.2 數(shù)據(jù)模擬分析

在對村落進行微氣候研究的過程中，我們采用了Phoenics與Ecotect軟件平臺對村落進行風環(huán)境模擬和太陽輻射模擬，作為對實測數(shù)據(jù)難以覆蓋全年、全時段問題的補充，并彌補測點數(shù)量的局限性，使得評價分析更具普遍性。

4.2.1 風環(huán)境模擬

本次入流邊界條件采用距西井峪村僅3.1km的薊州文昌路氣象站的數(shù)據(jù)，參考小型氣象站數(shù)據(jù)，選取2017年立春至立夏，立夏至秋分，2016年立冬至立春3個時段的平均風速為邊界條件(圖6、7)。

西井峪村在春季有一定防風的需要，東南部小范圍開敞的情況保證了2～3m/s的自然通風，也阻擋了過大風速。村外的區(qū)域中，入村公路處形成了較明顯的峽谷風區(qū)域，府君山西北側(cè)形成了一處不利于疏散內(nèi)部空氣污染的靜風區(qū)，餑餑山背后形成了一處風速較高的區(qū)域，以上3處區(qū)域被排除出村落范圍。

在夏季，東南向的溝谷將東南風引入村落，在村落中營造了3～4m/s的舒適風區(qū)，西井峪村的選址基本上避開了夏季較為悶熱的府君山南部山腳，院落多集中于餑餑山周邊的迎風區(qū)。西井峪村在夏季的通風、排污降溫均依賴于府君山主次峰溝谷。村落西部的開敞區(qū)域也與村落內(nèi)部自東向西的坡地共同對村落內(nèi)部的風環(huán)境產(chǎn)生了較好的影響。

冬季村落主要需要適度降低風速，以降低村落的采暖成本，但仍需要一定量的微風形成自然通風，將采暖、生活等產(chǎn)生的廢氣排走，西井峪村整體位于2～3m/s的微風區(qū)。西部、北部的高地與東南方位的溝谷使得村落在居住保暖和廢氣疏散方面實現(xiàn)了較好的平衡。

圖5-1 西井峪村春季溫度曲線圖

圖5-2 西井峪村春季溫度分析圖

圖5-3 西井峪村夏季溫度曲線圖

圖5-4 西井峪村夏季溫度分析圖

圖5-5 西井峪村春季濕度曲線圖

圖5-6 西井峪村春季濕度分析圖

圖5-7 西井峪村夏季濕度曲線圖

圖5-8 西井峪村夏季濕度分析圖

圖5-9 西井峪村春季風速曲線圖

圖5-10 西井峪村春季風速分析圖

圖5-11 西井峪村夏季風速曲線圖

圖5-12 西井峪村夏季風速分析圖

村落范圍內(nèi)的5、4、Q三點位于村落范圍內(nèi)，此三點具有風速相對穩(wěn)定、風速夏高冬低、無靜風區(qū)域三大特征，可見在村落范圍內(nèi)的風環(huán)境較好。同時由于村落處于井字形的特殊地理環(huán)境中心，春夏兩季風向發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，由東南風轉(zhuǎn)為東風。風向改變后與村落街巷的布局基本平行，依據(jù)實測結(jié)果所得的結(jié)論，平行于風向的建筑、山體可增大風速。因此夏季村落內(nèi)的風環(huán)境應(yīng)相對宜人。冬季風向基本未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，仍為西北風，進入村落范圍后會因村落內(nèi)下墊面粗糙程度增加風速逐步降低，進一步起到防風、保溫的作用。

1、2兩點的山谷方向不同，1號點垂直于春、夏、冬三季的主導(dǎo)風向，2號點垂直于三季的主導(dǎo)風向，因而在3個季節(jié)中，2號點風速均小于1號點。山谷方向?qū)︼L速的影響較大。垂直于主導(dǎo)風向的山谷中甚至可能形成靜風區(qū)，不利于村落廢氣的排出。但此現(xiàn)象受到風向的影響較大，在特殊情況下可能出現(xiàn)與模擬情況相悖的情況。

3、5、E三點均為東向緩坡依靠型山水格局，但此三點的具體位置各有不同。在春夏兩季5、E兩點均為山坡坡腳，山體阻擋了東南方向的主導(dǎo)風向，風速較低。冬季此兩點風速不受山體影響，均處于較高水平。3號點位于山坡坡頂，3個季節(jié)的風速特征與5、E兩點的規(guī)律略有不同，此點的風速特點與村落內(nèi)部的風速特點相近，春季風速適中，夏季風速較大，冬季風速較低。

數(shù)值模擬驗證了西井峪村的村落布局不僅降低了村落在夏季降溫、冬季保溫的成本，同時也兼顧了通風、排污、采光、防撈等因素，體現(xiàn)了我國古人環(huán)境營造的智慧。

4.2.2 日照模擬

通過對輻射得熱進行模擬并加以分析可以發(fā)現(xiàn)：總體為向陽面溫度較高，背陰面溫度較低，且受到坡度影響較大。當背陰處坡度小于模擬時間段太陽最低高度時，輻射得熱會略低于向陽面。當背陰處坡度大于太陽最低高度時，則輻射得熱差值將更為明顯。結(jié)合前文實測評價，太陽輻射不僅改變了區(qū)域內(nèi)各點的溫度，也對濕度有較大影響(圖7、8)。

此外，山頂與陡崖分別為日照得熱的極高點與極低點。山頂無遮蔽物影響，且往往有較平坦的平臺，利于接受太陽輻射，陡崖特別是西側(cè)、北側(cè)陡崖會形成日照極低的區(qū)域。山谷的西側(cè)、北側(cè)往往日照較低，在山谷地形處尤為明顯。過于陡峭的向陽面(南、東南、西南)也會因日光入射角度形成日照不足區(qū)域。

4.3 總結(jié)

對比各點的風環(huán)境模擬結(jié)果，山水格局會對風產(chǎn)生較大影響。在溝谷區(qū)域易形成峽谷風，風速過強；在山體背風處風速較弱，甚至可能形成少量靜風區(qū)，兩者都不利于作為居住點。因此通過模擬西井峪村的村落布局對風環(huán)境的影響，發(fā)現(xiàn)合適的山水格局和村落布局可使得村落有更好的微氣候特別是較好的風環(huán)境。

通過對輻射得熱進行模擬并加以分析可以發(fā)現(xiàn)：總體為向陽面溫度較高，背陰面溫度較低。此情況受到坡度影響較大。當背陰處坡度小于模擬時間段太陽最低高度時，輻射得熱會略低于向陽面。當背陰處坡度大于太陽最低高度時，則輻射得熱差值將更為明顯。結(jié)合實地調(diào)研結(jié)果，太陽輻射不僅改變了區(qū)域內(nèi)各點的溫度，也對濕度有較大影響。

氣溫作為人體感知外界環(huán)境的最重要因素，同時受到風速、太陽輻射2個方面的共同影響。通過對太陽輻射和風環(huán)境綜合分析可以得知，無論是南北向溝谷還是東西向溝谷均不利于溫度的保持，因此溝谷實際上并不利于人類居??；山頂也因夏季暴曬，冬季多風，不適于定居；南向緩坡最為理想。

5 結(jié)論

古人通過對自然地形的實地勘探和分析，觀察山的走勢與高低變化、主從關(guān)系，尋求陰陽五行之中生發(fā)之氣的凝聚點。這個凝聚區(qū)域就是人們所希冀的理想居住環(huán)環(huán)境。本文通過微氣候環(huán)境實測和數(shù)值模擬分析，驗證了西井峪村理想山水格局的選址和村落內(nèi)部不同山水格局類型區(qū)域的微氣候特點。環(huán)山型的山水地形格局能夠阻擋隔離大氣候系統(tǒng)的不利氣候因素(如過大的風速)的進入，并保證了村落的通風換氣，形成了小氣候系統(tǒng)自循環(huán)的地形空間形態(tài)(表4)。

本文是對西井峪村目前實測和模擬成果的初步總結(jié)，主要是A、B板塊研究內(nèi)容，其他研究將在后續(xù)工作中進一步深入完善，包括山水格局類型與微氣候舒適度綜合評價及兩者之間的規(guī)律。作為大課題的第一階段工作，后續(xù)還將在此基礎(chǔ)上進行控制性的形態(tài)參數(shù)、形態(tài)參數(shù)的圖譜表達技術(shù)和設(shè)計新流程以及基于微氣候適應(yīng)性的山水格局優(yōu)化方案等關(guān)鍵科學問題研究，從定量與定性雙重角度，探求基于微氣候適應(yīng)性設(shè)計的京津冀傳統(tǒng)村落山水格局生態(tài)智慧的規(guī)律、理論、方法與技術(shù)。

注：文中圖片均由作者繪制。

項目負責人：齊羚

主要參與人：馬梓烜、劉加根、宋志生、李敏

參與課題基礎(chǔ)調(diào)查的成員：郭雨萌、張雨洋、崔岳晨、徐博偉、謝卓城、劉冉倩、劉靜羽、唐璇、張君宇、崔星雨、韋佳星、李子璇、馬景、秦嘉岳、王雨婷、趙越