熱帶地區(qū)傳統(tǒng)聚落夏季室外微氣候環(huán)境測(cè)試分析
——以保平村為例

陳文術(shù)，吳耀華，王勝男

（三亞學(xué)院國(guó)際設(shè)計(jì)學(xué)院，海南三亞 572000）

隨著全球氣候問(wèn)題的日益嚴(yán)重，人們開始關(guān)注、研究如何在可持續(xù)發(fā)展前提下應(yīng)對(duì)氣候的變化。傳統(tǒng)聚落是古人生存的空間，是古人智慧的結(jié)晶。目前對(duì)傳統(tǒng)聚落的研究主要集中在三個(gè)大方面：一是對(duì)各個(gè)地區(qū)典型聚落的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。例如何峰[1]對(duì)湘南漢族傳統(tǒng)村落空間形態(tài)的演變機(jī)制及適應(yīng)性進(jìn)行研究；朱瑩等[2]對(duì)達(dá)斡爾族傳統(tǒng)聚落從3 個(gè)層級(jí)、不同尺度出發(fā)研究其空間結(jié)構(gòu)，以期為“原生性”保護(hù)和“活態(tài)性”更新提供依據(jù)。二是采用不同的研究方法對(duì)傳統(tǒng)聚落進(jìn)行研究。例如韓靜怡等[3]采用“層模型”研究方法，對(duì)浙江松陽(yáng)傳統(tǒng)聚落進(jìn)行研究，得出在鄉(xiāng)村建設(shè)過(guò)程中如何平衡保護(hù)與發(fā)展，為傳統(tǒng)聚落未來(lái)保護(hù)與發(fā)展提供建議；孟凡錦等[4]采用GIS 技術(shù)、參數(shù)化分析技術(shù)和圖表可視化分析技術(shù)等綜合技術(shù)對(duì)重慶聚落空間要素進(jìn)行可視化研究，使得重慶聚落地理分布、聚落類型、聚落肌理等內(nèi)在規(guī)律可以數(shù)字化，便于今后更加精確地研究。三是對(duì)傳統(tǒng)聚落的微氣候進(jìn)行研究。小氣候也稱微氣候，是指在大氣候環(huán)境相同的范圍內(nèi)，受下墊面結(jié)構(gòu)、空間布局、景觀要素等因素的影響而在近地面空間形成的氣候條件[5]。杜春蘭等[6]對(duì)云南彝族傳統(tǒng)聚落的微氣候進(jìn)行研究，實(shí)測(cè)風(fēng)速、溫度、濕度和太陽(yáng)輻射等，研究傳統(tǒng)聚落的結(jié)構(gòu)與微氣候之間的關(guān)系；薛俊杰[7]對(duì)徽州屏山、西遞、盧村和西溪南4 個(gè)傳統(tǒng)聚落在夏季高溫條件下戶外熱環(huán)境下的主要?dú)庀髤?shù)進(jìn)行實(shí)地監(jiān)測(cè)，結(jié)合氣候舒適度進(jìn)行定量評(píng)估?，F(xiàn)有對(duì)傳統(tǒng)聚落微氣候的研究主要集中在西南、東南、華北地區(qū)，對(duì)海南地區(qū)傳統(tǒng)聚落的微氣候研究相對(duì)較少。

海南地處熱帶地區(qū)，夏季氣候炎熱。古代，因科技水平限制，沒有電風(fēng)扇、空調(diào)等現(xiàn)代降溫設(shè)備，如何應(yīng)對(duì)炎熱天氣呢？古人是充滿智慧的，在長(zhǎng)期觀察和總結(jié)下，古人建設(shè)的傳統(tǒng)村落冬暖夏涼，從舒適性及環(huán)保的角度出發(fā)，絕對(duì)優(yōu)于現(xiàn)代電器。因此，對(duì)蘊(yùn)含著微氣候設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)價(jià)值的傳統(tǒng)村落及其公共空間小氣候進(jìn)行研究，對(duì)傳統(tǒng)聚落的保護(hù)與發(fā)展，以及當(dāng)前極端氣候應(yīng)對(duì)思路等方面有著重要的啟發(fā)意義。因此，以保平村為對(duì)象，基于人體對(duì)外界環(huán)境溫度和風(fēng)速感知最敏感，對(duì)氣候因子中的溫度和風(fēng)速進(jìn)行比較研究，以探究環(huán)境溫度與風(fēng)速人體感知最適宜。

1 研究區(qū)域概況與研究目的

保平村位于海南省三亞市崖城鎮(zhèn)，東經(jīng)109°，北緯19°。屬于熱帶海洋性季風(fēng)氣候，全年平均溫度25℃，全年最高溫度集中在每年的6 月中下旬。保平村古稱畢蘭村，是古崖州的邊關(guān)重鎮(zhèn)、海防門戶。始建于唐代，已有1100 多年的歷史。2010 年，獲住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國(guó)家文物局授予第五批“中國(guó)歷史文化名村”榮譽(yù)稱號(hào)。

2 研究方法與監(jiān)測(cè)

2021 年6 月25 日，在三亞市保平村戶外選擇7個(gè)有代表性的測(cè)試點(diǎn)，分別用A、B、C、D、E、F、G 字母表示（如圖1）。A 測(cè)點(diǎn)位于某建筑的檐廊處，朝西界面敞開；B 測(cè)點(diǎn)與A 測(cè)點(diǎn)在同一建筑檐廊處，不同之處在于B 測(cè)點(diǎn)有木質(zhì)柵欄遮擋；C 測(cè)點(diǎn)位于門廊處，前面有建筑遮擋；D 測(cè)點(diǎn)位于巷道圍墻處；E 測(cè)點(diǎn)位于門廊處，前方無(wú)遮擋；F 測(cè)點(diǎn)位于庭院樹蔭下；G 測(cè)點(diǎn)位于庭院大門口（圖1）。利用精創(chuàng)溫濕度記錄儀（型號(hào)RC-4）及標(biāo)智風(fēng)速儀，采用固定點(diǎn)觀測(cè)方法，測(cè)量距地1.5m 處的小氣候數(shù)據(jù)。測(cè)試時(shí)間段是 8:00～17:00，并每隔1h 逐時(shí)記錄。

圖1 各測(cè)點(diǎn)位置示意圖

3 結(jié)果與分析

3.1 各測(cè)試點(diǎn)空氣溫度測(cè)試情況

3.1.1 各測(cè)點(diǎn)溫度比較分析。由圖2 可知，7 個(gè)測(cè)點(diǎn)中，基本所有的測(cè)點(diǎn)溫度都是從8:00-14:00 呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，但各測(cè)點(diǎn)溫度上升幅度大小不一。到14:00各個(gè)測(cè)點(diǎn)達(dá)到最高溫度，其后溫度開始下降。其中，D測(cè)點(diǎn)變幅最大，最高溫度與最低溫度相差2.7℃。E 測(cè)點(diǎn)變幅最小，最高溫度與最低溫度相差1.2℃。且D 測(cè)點(diǎn)的溫度一直高于其他測(cè)點(diǎn)，在14:00，D 測(cè)點(diǎn)與A 測(cè)點(diǎn)有約2℃的溫差，其它時(shí)間點(diǎn)也有明顯的溫度差別。上述結(jié)果產(chǎn)生的原因主要是D 測(cè)點(diǎn)位于街巷中，且測(cè)點(diǎn)在圍墻處。圍墻是硬質(zhì)石頭材質(zhì)，在太陽(yáng)直射下大量吸熱，且無(wú)任何遮擋。而E 測(cè)點(diǎn)位于廊檐下，建筑朝南，建筑前面沒有遮擋，通風(fēng)良好，因而溫度變化幅度較小。

圖2 各測(cè)點(diǎn)空氣溫度曲線

3.1.2 廊檐處測(cè)點(diǎn)溫度比較分析。7 個(gè)測(cè)點(diǎn)中，廊檐下設(shè)有4 處測(cè)點(diǎn)，分別是A、B、C、E。其中，A 測(cè)點(diǎn)朝西，界面開敞，前面沒有遮擋；B 測(cè)點(diǎn)與A 測(cè)點(diǎn)位置一致，區(qū)別在于其西界面有木質(zhì)柵欄遮擋；C 測(cè)點(diǎn)處于廊檐下，朝南，但前面有建筑遮擋；E 測(cè)點(diǎn)處于廊檐下，朝南，無(wú)遮擋。4 個(gè)測(cè)點(diǎn)中，C 測(cè)點(diǎn)的溫度高于其他3 個(gè)測(cè)點(diǎn)，主要原因是太陽(yáng)輻射大，加上前面空間狹小，且其中2 個(gè)面有建筑遮擋，沒有良好的通風(fēng)，造成局部溫度高。A、B 2 個(gè)測(cè)點(diǎn)，位置基本一致，都朝西界面敞開，受太陽(yáng)輻射強(qiáng)度基本一致。上午時(shí)段，2 個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度基本一致，到13:00 時(shí)起，A 測(cè)點(diǎn)的溫度略高于B 測(cè)點(diǎn)，主要是因?yàn)锽 測(cè)點(diǎn)有木柵欄遮擋。由此可見，建筑的朝向?qū)囟鹊挠绊懫鹬匾饔?。同時(shí)，建筑前面有無(wú)遮擋物也會(huì)對(duì)廊檐的溫度起到影響作用。

3.1.3 不同頂層介質(zhì)溫度比較分析。7 個(gè)測(cè)點(diǎn)中，頂層的介質(zhì)可大致分為三類：一類無(wú)介質(zhì)，如D 測(cè)點(diǎn)；第二類硬質(zhì)介質(zhì)，如G 測(cè)點(diǎn)；第三類植物介質(zhì)，如F 測(cè)點(diǎn)。無(wú)遮擋的D 測(cè)點(diǎn)溫度明顯高于G 和F 測(cè)點(diǎn)。同等條件下，硬質(zhì)介質(zhì)下的溫度比植物介質(zhì)溫度高，主要原因是樹木的蒸騰作用、光合作用、土壤蓄熱與水分蒸發(fā)，以及遮陽(yáng)效應(yīng)等多方面因素的綜合作用，遮擋或消耗掉大量的太陽(yáng)輻射熱，也減少了地面長(zhǎng)波輻射的影響。對(duì)于硬質(zhì)鋪裝材料，綠化可在一定程度上緩解熱島效應(yīng)。

3.2 各測(cè)試點(diǎn)風(fēng)速測(cè)試情況

在夏季的一日內(nèi)，各測(cè)點(diǎn)在8:00-17:00 的風(fēng)速變化情況（圖3）。

圖3 各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速變化曲線

3.2.1 各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速比較分析。各測(cè)點(diǎn)處均出現(xiàn)風(fēng)速頻繁急速增減的現(xiàn)象，其中風(fēng)速數(shù)值變化幅度最大的為D號(hào)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)C 風(fēng)速比較平穩(wěn)。D 測(cè)點(diǎn)風(fēng)速變化幅度最大，是因?yàn)槠淝昂鬅o(wú)遮擋且處于巷道中，且巷道走向?yàn)闁|南方向，因三亞夏季常年吹東南風(fēng)向，其位置正好順應(yīng)風(fēng)勢(shì)。C 測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速變化最小，主要是因?yàn)槠渌闹芏加薪ㄖ趽?，空氣不流通。從整體來(lái)看，上午時(shí)間段各測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速變化幅度相對(duì)較小，從13:00 開始，各測(cè)點(diǎn)之間風(fēng)速的差異變大。其主要原因是，風(fēng)速與溫度及太陽(yáng)輻射強(qiáng)度有關(guān)，上午溫度差異較小，下午開始太陽(yáng)輻射強(qiáng)度累計(jì)增強(qiáng)，各點(diǎn)之間的溫差變大，溫差變大后，風(fēng)速也會(huì)受影響，產(chǎn)生較大差異。

3.2.2 廊檐處測(cè)點(diǎn)風(fēng)速比較分析。測(cè)點(diǎn)A、B、C、E 都位于廊檐處，測(cè)點(diǎn)A 風(fēng)速相對(duì)平穩(wěn)，只是在11:00 有明顯的風(fēng)速增加。測(cè)點(diǎn)C 與測(cè)點(diǎn)E 的朝向基本相同，但是風(fēng)速的變化及最大風(fēng)速值相差很大。A 測(cè)點(diǎn)的峰值為0.6m/s，出現(xiàn)在11:00；B 測(cè)點(diǎn)峰值為0.6m/s，出現(xiàn)在8:00；C 測(cè)點(diǎn)峰值為0.17m/s，出現(xiàn)在16:00；E 測(cè)點(diǎn)峰值為0.35m/s，出現(xiàn)在13:00。從4 個(gè)測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速峰值來(lái)看，E測(cè)點(diǎn)風(fēng)速最高，主要是因?yàn)镋 點(diǎn)前面沒有建筑物遮擋，只有2 棵大樹，大樹可以降低局部溫度，使得產(chǎn)生溫度差、氣壓差，加速風(fēng)的流動(dòng)。

3.2.3 不同頂層介質(zhì)風(fēng)速比較分析。同為廊檐下且朝向相同的C 測(cè)點(diǎn)與E 測(cè)點(diǎn)，C 測(cè)點(diǎn)平均風(fēng)速為0.11m/s，E測(cè)點(diǎn)平均風(fēng)速為0.23m/s，兩者有著較為明顯的差異。同為建筑頂層的E 測(cè)點(diǎn)與G 測(cè)點(diǎn)，G 測(cè)點(diǎn)的平均風(fēng)速為1.08m/s，與E 測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速差異非常明顯。D 測(cè)點(diǎn)頂層無(wú)介質(zhì)，與有建筑介質(zhì)的G 和E 測(cè)點(diǎn)和有植物頂層的F 測(cè)點(diǎn)進(jìn)行比較，D 測(cè)點(diǎn)的平均風(fēng)速為0.96m/s，F(xiàn) 測(cè)點(diǎn)的平均風(fēng)速為0.47m/s，E 測(cè)點(diǎn)的平均風(fēng)速為0.23m/s，G 測(cè)點(diǎn)平均風(fēng)速為1.08m/s。通過(guò)比較可知，即使有建筑頂層遮擋，但是如果前后無(wú)建筑遮擋，其風(fēng)速較大；無(wú)建筑遮擋，但處于夏季迎風(fēng)向，風(fēng)速也較大；相對(duì)于建筑遮擋，樹蔭下有風(fēng)。

3.3 各測(cè)點(diǎn)處人的活動(dòng)情況

據(jù)觀察，人們夏季白天的行為活動(dòng)與各測(cè)點(diǎn)處風(fēng)速與溫度有密切的聯(lián)系。沒有遮擋的圍墻邊，即使白天風(fēng)速較大，由于沒有遮擋，溫度較高，人們經(jīng)過(guò)此處時(shí)也是匆匆而過(guò)。同樣有檐廊的建筑門口，朝向不同，決定了人們使用時(shí)間和使用頻率。朝南的建筑且周圍無(wú)遮擋，人們一天中使用時(shí)間較長(zhǎng)，因有風(fēng)速，人體舒適度較高。朝西的建筑，人們上午使用，下午幾乎不在期間逗留；即使有木柵欄遮擋、有風(fēng)，但是溫度從中午到下午持續(xù)上升，人體舒適度不佳，使用效率低。樹蔭下，即使樹下溫度比室內(nèi)高，但由于有風(fēng)且無(wú)太陽(yáng)直射，人體舒適度較好；一天中使用的時(shí)間較長(zhǎng)，除了12:00-14:00 以外，其余時(shí)間段幾乎都有人在樹下長(zhǎng)時(shí)間活動(dòng)，如聊天、打牌等。

通過(guò)測(cè)試分析，以下結(jié)論可以作為熱帶地區(qū)傳統(tǒng)聚落夏季戶外活動(dòng)空間設(shè)計(jì)提供決策指導(dǎo)：①有綠化的頂層比有構(gòu)筑物的頂層在通風(fēng)方面更具有優(yōu)勢(shì)；②建筑外部有無(wú)遮擋對(duì)建筑物內(nèi)部的溫度和風(fēng)速影響較大，且遮擋物宜為導(dǎo)熱性差的物體；③建筑物朝向?qū)ㄖ飪?nèi)部溫度和風(fēng)速影響較大，建筑物朝南，人體舒適度較高；④綠化具有降溫增濕功效，要盡可能將傳統(tǒng)聚落中的“冷源”如水體與風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)等結(jié)合起來(lái)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，才能有效降低夏季溫度，提高環(huán)境濕度和人體舒適度。

4 結(jié)論與討論

運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，可對(duì)同一季節(jié)、同一時(shí)刻，以及全年不同季節(jié)風(fēng)環(huán)境與陽(yáng)光的空間分布狀態(tài)進(jìn)行疊加分析，并在此基礎(chǔ)上可以將戶外活動(dòng)空間細(xì)分為陽(yáng)光靜風(fēng)、陽(yáng)光有風(fēng)、遮陰?kù)o風(fēng)和遮陰有風(fēng)這4 種微氣候疊加分布狀態(tài)[8]。在熱帶地區(qū)，夏季4 種與溫度和風(fēng)有關(guān)的微氣候中，陽(yáng)光靜風(fēng)的人體舒適度最差，而陽(yáng)光有風(fēng)和遮陰?kù)o風(fēng)則在一天中不同時(shí)間段舒適度不一定相同。熱帶地區(qū)夏季氣候炎熱，遮陽(yáng)與通風(fēng)的需求較大，只有兩者結(jié)合，才能給人帶來(lái)舒適度較高的生活環(huán)境。海南的傳統(tǒng)聚落通過(guò)朝向與建筑布局、設(shè)置建筑廊檐、布置與夏季風(fēng)向一致的街巷，以及通過(guò)在屋前種植常綠濃蔭的大樹等，將夏季自然風(fēng)引入到聚落內(nèi)部和建筑內(nèi)部，使得居住環(huán)境和生存環(huán)境變得舒適宜人。目前，海南地區(qū)新農(nóng)村建設(shè)中對(duì)傳統(tǒng)聚落進(jìn)行保護(hù)和修繕，應(yīng)該充分挖掘古人在環(huán)境營(yíng)造方面的智慧，在設(shè)計(jì)時(shí)把古人的智慧與經(jīng)驗(yàn)加入到我們的設(shè)計(jì)思維中，這樣才能將古人留給我們有形和無(wú)形的生存智慧保存下來(lái)。