导语
作者长春市规划编制研究中心(长春市城乡规划设计研究院)助理工程师赵欣，长春市规划编制研究中心(长春市城乡规划设计研究院)工程师缴中山，长春市规划编制研究中心(长春市城乡规划设计研究院)第二城区规划研究所所长程英男在《规划师》年增刊撰文，通过气候适应性设计手段提升寒地城市老旧小区户外空间微气候舒适度，对于优化寒地城市空间品质、改善居民公共生活环境质量具有重要意义。文章针对寒地城市过渡季节的气候特征，以长春市吉柴小区为例，通过实地观测和ENVImet模拟，对区域微气候环境进行分析，总结空间内各测点区域微气候环境的差异化特点，探究导致其差异的空间物质要素特征，并从空间位置、绿化布局、下垫面材质和设施小品4个方面提出寒地城市老旧小区户外空间环境改造策略，以期为寒地城市老旧小区改造提供参考。
[关键词]微气候舒适性；寒地城市；老旧小区；过渡季节；环境改造策略
[文章编号]-()S1--06
[中图分类号]TU.12
[文献标识码]B
[引文格式]赵欣，缴中山，程英男．寒地城市老旧小区户外空间环境质量提升策略——以长春市吉柴小区为例[J]．规划师，(增刊2)：58-63．
0引言
微气候是影响城市户外空间环境质量的重要因素，尤其在寒地城市的冬季及过渡季节，气候的舒适程度决定着人居环境的舒适与否，也是评价城市宜居性的标准之一。许多学者认为应当通过积极有效的规划措施来改善寒地城市户外空间的微气候环境。对于我国的寒地城市来说，由于受到西伯利亚冷空气的影响，冬季漫长而寒冷，且相比同纬度国家，我国寒地城市冬季的温度更低，仅通过城市规划手段来改善寒地城市冬季微气候环境的效果是十分有限的。LiShaogang通过大量研究首次提出了“过渡季节”的概念，他认为应该通过微气候设计改善寒地城市过渡季节的户外开放空间微气候环境，而我国寒地城市春季和秋季过渡季节的温度升降变化快，人体对冷热环境的感受明显，且微气候环境受客观空间环境影响大，因此通过城市规划手段改善寒地城市过渡季节户外空间微气候环境是有效且十分必要的。大量研究表明，微气候环境的舒适性是评价公共空间环境质量的标准之一，住区公共空间微气候环境是影响人们户外活动的关键因素，微气候环境的好坏直接影响人们对户外空间的使用，尤其是老年人户外活动受微气候环境影响很大。因此，通过规划设计手段来优化寒地城市过渡季节住区户外空间微气候环境对于提高住区户外空间环境舒适度具有重要意义。
近年来，*中央、国务院对城镇老旧小区改造工作高度重视。习近平总书记指出，要加快老旧小区改造，不断完善城市管理和服务，改善人居环境，让人民群众在城市生活得更方便、更舒心、更美好。年以来，住建部会同发展改革委、财*部印发了《关于做好年老旧小区改造工作的通知》，全面推进城镇老旧小区改造，以此为契机切实改善老旧小区居民的居住环境，全面提高城市品质。为更好践行以人民为中心的发展思想，实现优化城市人居环境、提供居住品质的目标，应大力改善和提升老旧小区户外公共空间的环境质量，这也是城镇老旧小区改造工作的重点之一。因此，通过对老旧小区实例进行分析，探究其微气候特点和影响因素，探讨微气候视角下的老旧小区改造提升策略，对于优化老旧小区居住环境、提升城镇空间品质具有重要的理论和现实意义。
1研究区域与方法
1.1研究区域
寒地城市是分布在北半球的特殊城市群体，是因冬季漫长、气候严酷而给人们生活带来不利影响的城市，其1月平均气温在-18℃以下。长春市作为寒地城市，由于受西伯利亚极地大陆气团的影响，每年从11月至次年的4月，城市都会面临严寒、冰雪和冷风的侵袭，春季干旱多风，秋季晴朗且温差大。地域气候特征对住区环境宜居性的影响是不可低估的。寒地城市老旧小区数量较多且居民人数较多，老龄化程度较高，这对户外环境的舒适度提出了更高的要求。
本次研究以寒地城市长春市年第一批试点老旧小区——吉柴小区为研究对象，以过渡季节(借鉴哈尔滨市的过渡季节范围，将每年的4月4日～4月24日和10月2日～10月24日确定为春季过渡季节及秋季过渡季节)作为时间研究范围，在对实地户外空间微气候环境进行调研的基础上，利用ENVI-met进行户外微气候环境模拟，分析老旧小区微气候环境特点，探讨基于微气候舒适度的寒地城市老旧小区环境质量提升策略。
1.2数据来源及方法
利用年遥感影像，采用ArcGIS软件对影像数据进行图像提取，采用Photoshop对图像格式进行转化，生成可被ENVI-met软件识别的BMP格式底图，进而建立研究区模拟模型(图1)。实测数据采用便携式气象仪(Kestrel)测定，并参考气象站数据，作为模型的输入参数。根据均匀布点的原则，同时考虑不同空间形态情况下，在研究区内选取10个不同空间位置的测点进行观测，测试点位置如图2所示，于年4月5日9：00～18：00每隔1小时记录一次空气温度、相对湿度和风速数据。
图1研究区域遥感影像图
图2ENVI-met模型示意图
1.3ENVI-met模拟
本次研究是在现场测量评估的基础上利用ENVI-met软件对住区户外微气候环境进行模拟实验，即将住区现状建筑、植物和下垫面材质等信息通过ENVI-met软件建模，进行住区现状微气候环境模拟，在校验模型的同时，了解住区现状微气候环境。本次研究的核心区域为不规则形状，面积约为m2，为使模型更接近于实际情况，将建立模型的范围扩大到m×m，水平方向设置为×个网格，分辨率为2m；同时，将m×m建模范围的地形图以BMP格式导入软件中作为参照，建立模型。
ENVI-met模拟的另一个主要步骤是设置参数，主要输入量要基于当地实际地理和气候条件，包括地理信息、气象条件、土壤条件和模拟控制参数。具体如下：地名为长春/中国，经纬度为.38°E、43.89°N，时区为东八区(北京时间)；10m高风速为0.48m/s，风向为°；初始空气温度和1.5m高相对湿度采用年4月5日9：30的实测数据，其他相关气象数据来源于中国气象数据网。建筑属性参数(包括建筑墙体、建筑屋顶的材质、厚度和传热系数等参数)参考《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》设置，其余未列出的项目均采用软件默认参数。
1.4模型评估
本次研究采用国内外常用的误差平方根值(RootMeanSquareError，简称“RMSE”)和平均绝对百分比误差(MeanAbsolutePercentageError，简称“MAPE”)两个指标对模型的有效性进行评价。根据距地面1.5m高的模拟值和实测值进行计算，空气温度、风速、相对湿度的日均RMSE分别为0.37℃、0.31m/s、7.1%，日均MAPE值分别为6.4%、18.2%、8.6%，除了风速的日均MAPE值大于10%以外，空气温度、相对湿度的日均MAPE值均小于10%。空气温度的模拟有效性最高，相对湿度的模拟精度次之，风速的模拟有效性相对较差。
综上所述，ENVI-met微气候环境模拟值与实测值总体上较为一致，能够较好地模拟城市的微气候环境，下文主要是对空气温度、风速和相对湿度进行分析。
2寒地城市老旧小区微气候分析
2.1实测与模拟结果比较分析
本次研究选取寒地城市过渡季节日间段为9：00～18：00，主要对研究区域内1.5m高的实测微气候环境与其模拟微气候环境值进行比较。由图3可知，空气温度、风速、相对湿度的实测值与模拟值均比较吻合。线性吻合情况最好的是空气温度，各时间段实测值均高于模拟值，误差在允许范围内，两值最接近点出现在12：00，整体上呈先升高后下降的变化趋势，全天最高温度出现在14：00；其次为风速，实测值与模拟值吻合情况最好的时间段在9：00～11：00，相比模拟值，实测风速的波动起伏较大，最大风速在16：00；相比空气温度和风速，相对湿度的实测值与模拟值吻合程度相对较低，但在允许误差内，整体趋势为先下降后升高，14：00的实测相对湿度最低。
图3实测值与模拟值比较分析图
2.2各测点微气候模拟分析
由上述分析可知，空气温度模拟值和实测值最高值均在14：00，因而以14：00为例对各测点进行ENVI-met微气候模拟比较分析(图4)。由图5可知，各测点的整体变化趋势较为一致。各测点的空气温度均呈波峰形态，先升高后下降，温度最高值均出现在13：00～15：00的时间段；由于通常存在高温低湿和低温高湿现象，本次研究的相对湿度曲线走势与空气温度恰恰相反，呈波谷形态，空气温度和相对湿度各时间段内各测点差值先增大后减小，9：00和18：00各测点的差值最小且比较接近。与空气温度和相对湿度相比，各测点的风速变化较平稳。由上述分析可知，日间各测点的微气候参数呈现出差异化特点，可见微气候环境受物质空间环境的影响较大。
图：00距地面1.5m的ENVI-met微气候模拟分析图
图5各测点模拟值日间变化分析图
首先，从各测点的空间布局情况和物质空间要素分布情况看，测点1和测点9位于小区街道空间内，街道两侧布置有灌木和乔木，而测点9的植物密度较高；测点2、3、4、5、6、7、8均位于宅间空间内，其中测点2和测点7为纵向半围合空间，其余测点位于横向半围合空间。其次，从绿化布局情况看，测点2、3、6、10位于绿化布局空间内，测点6仅布置有草坪，其他测点布置有灌木和乔木；测点4、5、7、8的宅间区域内无绿化布置。最后，从下垫面材质看，各测点的下垫面材质存在差异，其中测点5的下垫面为混凝土，测点4、7、9的下垫面为沥青，测点1、2、3、6、8、10的下垫面为方砖。
以各测点日均微气候参数模拟为例，通过分析发现，空气温度、风速和相对湿度3个微气候参数中各测点的空气温度差值较小，风速和相对湿度的差值变化较大。由各测点的空气温度分析可知，测点1、2、3、7、8、9的温度相对较高，而测点4、5的温度较低，其中测点7的空气温度(6.91℃)最高，测点5的空气温度(5.59℃)最低，可见绿化环境布置较好的区域空气温度较高，而测点7由于空间开敞性较好，南向无遮挡，能够接受较好的太阳辐射，因此温度较高。同样的，由于高温低湿和低温高湿现象，测点7的相对湿度最低，测点5的相对湿度仅次于测点2，可见小区内绿化布局和风道位置也是影响各测点相对湿度的重要因素。各测点风速较高的区域位于测点8、5、7，测点2、3的风速较低；由于小区内建筑的组合排布会形成街谷风和内部空间涡流风，空间的开敞性也会对风环境产生影响(图6)。
图6各测点日均模拟值分析图
综合各测点的空间布局情况和微气候环境看，空间形态和物质要素布局情况将对小区内部空间的微气候环境产生直接影响，是造成各测点微气候参数差异的重要原因，其中空气温度和风速受空间物质要素的影响较大，对相对湿度的影响较弱。
3寒地城市老旧小区户外空间环境质量提升策略
在既往研究中发现，寒地城市过渡季节户外空间微气候环境的好坏对空间活动人数、活动持续时间、活动频率产生直接影响，而空气温度和风速是影响活动人群舒适度的主要微气候参数；不同活动类型对空间微气候环境的敏感程度不同，如相比动态活动人群，静态活动人群更敏感，如老年人比中年人对空间环境的冷热程度有更强的敏感性，这对老旧小区的改造提出了新的要求。
可见，通过老旧小区改造提升户外空间微气候环境舒适度是可行且十分必要的，应通过规划设计手段提高户外活动空间温度、降低风速，以提升老旧小区户外空间微气候的环境舒适度。通过以上分析可知，老旧小区户外空间的物质要素布局(包括空间形态、绿地空间分布及下垫面材质等)是影响其微气候环境的重要因素。
因此，本次研究从以下几个方面提出寒地城市老旧小区户外空间微气候环境优化策略。
3.1活动空间位置优化
由于吉柴小区现状大多活动空间没有明确的界限和位置，且多为宅间院落空间，在老旧小区改造中要结合绿化布局和边界限定对户外活动空间的位置进行选择与优化。在现状无绿化设施等空间限制的情况下，基于微气候环境的优化，应将户外空间的太阳辐射和风环境作为活动空间位置选择的主要参考因素，尤其要避免长期阴影区。由于本次研究季节为春季和秋季过渡季节，以长春市立春和立秋正午12：00的44°太阳高度角为例，根据住宅建筑高度和宅间院落空间高宽比，吉柴小区现状院落空间主要包括3层和6层两种宅间院落类型，活动空间的位置应尽量避免布置在立春和立秋正午12：00吉柴小区院落空间的阴影区，以保证活动人群的微气候环境舒适度，其中休憩空间对太阳辐射要求尤其高，建议将停车场等公用设施用地布置在阴影区，在满足活动空间微气候环境优化需求的同时，提升小区户外空间的利用效率。
3.2绿化布局优化
在老旧小区改造中，增加绿化空间是提升环境的重要内容，同时绿化空间的布局也是影响微气候环境的主要因素之一。通过上述研究发现，绿化空间的布局将对小区内户外空间的温度和风环境产生一定的影响，有利于提升微气候环境的舒适度。因此，在老旧小区的绿化环境改造中既要满足不同活动的需求，又要在植物布局上起到优化微气候环境的作用。吉柴小区的绿化空间优化应包括街道空间绿化优化和宅间院落空间绿化优化两个方面。
现状小区内道路空间的绿化环境较差，建议进行行道树补植，在空间允许的条件下适当补植绿篱。在模拟分析中发现，道路空间绿化对削弱街谷风具有较明显的效果。吉柴小区的宅间院落空间形式有两种：一种是纯绿化景观空间，除简单的散步、休憩功能外无法容纳其他活动；另一种是开敞的户外空间，大多数没有任何绿化布局和遮挡。由风向模拟可知，吉柴小区户外空间的主导风向为西南风，为阻挡寒风，建议在植物布局和配植时采取围合式布局，在活动空间周围布置绿化，将空间开口方向布置在北向或者东向。同时，在植物选植和配植时既要考虑夏季能遮阴，又要考虑冬季及过渡季节能增加太阳辐射时间及面积。因此，应对空间南向的植物配植进行精细化设计，绿化配植采取大型落叶乔木与常绿灌木相结合的方式，因为夏季茂密的乔木树冠可以起到较好的遮光效果，在冬季及过渡季节树叶凋落又能通过枝干渗透太阳辐射，增加太阳辐射时间及面积。
3.3下垫面材质优化
小区内户外空间的地面铺装材质是影响其微气候环境的一个重要因素，不同的地面铺装材质对微气候环境的影响有所不同。地面铺装材质不同，其透水性、反射率和吸热率等属性指标也不同，将直接影响空间的相对湿度和空气温度。不同类型的活动空间影响铺装材质的选择，因此选择适当的铺装材质可以调节活动空间内的微气候，提高活动人群的热舒适度。吉柴小区现状下垫面材质主要有沥青、混凝土和红色方砖，模拟分析中显示混凝土下垫面测点温度明显低于其他下垫面测点温度。高吸热率、低反射率的铺装材质更适合作为寒地城市户外空间的下垫面，同时铺装材质应具有较好的透水性，因为透水地面有利于提高周围环境的相对湿度。因为寒地城市冬季降雪的天气状况，地面容易被冰雪覆盖，所以应选择防滑材料，以保证行人安全。
3.4设施小品优化
设施小品的合理配置有利于提高空间的使用效率和活动频率。吉柴小区户外空间的设施小品主要包括健身设施、环卫设施和休息设施等，各类设施的选择和空间布置不仅要考虑使用者的心理需求，还要考虑空间微气候环境状况。首先，在健身设施和休息设施的布局上要充分考虑户外空间的太阳辐射和风环境要素，在空间的位置选择上既要满足冬季及过渡季节的日照和防风要求，又要兼顾夏季的防晒需求，因此应结合绿化空间进行综合布局。其次，在设施小品材质和颜色的选择上，要考虑寒地城市的气候条件，既要满足使用的舒适度，又要考虑心理需求，故建议选择吸热率高、反射率低的材质。这是因为对于寒地城市的户外空间设施来说，反射率低、吸热率高的材质有利于提高使用者的舒适度；而设施的颜色不仅影响材质的反射率和吸热率，还会降低寒地城市冬季户外活动人群的心理负面效应。
4寒地城市老旧小区户外空间环境优化评价
根据上述老旧小区户外空间微气候环境质量提升策略，先对吉柴小区户外空间环境进行方案优化，再结合优化后的方案进行微气候环境模拟。通过对方案优化后14：00距地面1.5m的ENVImet微气候模拟分析发现，方案优化策略对改善微气候环境具有比较明显的效果，其中效果最明显的微气候参数为风速，最大风速由4.79m/s下降到4.38m/s；其次为空气温度，由最大值6.36上升到6.65；相对湿度受方案优化的影响比较微弱，这与上文研究中的相对湿度对空间物质要素影响较小的结论是一致的(图7)。
图7方案优化后14：00距地面1.5m的ENVI-met微气候模拟分析图
从各测点的空气温度优化前后比较分析情况看，个别测点优化后稍有下降，但在允许波动幅度内，其中测点5、6、10的升温幅度比较明显，主要优化手段为改善下垫面材质和增加绿化空间。相比空气温度，各测点的风速均有所下降，且下降幅度比较显著，其原因在于对绿化环境的植物配植优化大大阻挡了寒风的侵袭。空气温度的升高和风速的下降，将在很大程度上提高吉柴小区户外空间微气候环境的舒适性，改善居民户外活动环境质量(图8)。
图8方案优化前后微气候参数比较图
综上所述，通过对老旧小区现状微气候环境的模拟和分析，探讨引起各空间区域的微气候环境差异的空间物质环境要素特征，有针对性地提出优化策略，对于提升寒地城市过渡季节老旧小区的微气候环境是行之有效的。
5结语
本次研究旨在通过分析过渡季节寒地城市老旧小区户外空间微气候环境的特点和空间影响因素，探讨基于微气候舒适度的老旧小区环境质量提升策略。研究表明，户外空间物质要素的布局将导致空间区域内微气候环境的差异性，而户外空间微气候环境可通过优化空间物质要素布局进行优化，并以此从空间位置、绿化布局、下垫面材质和设施小品4个方面提出老旧小区环境质量提升策略。经过吉柴小区的优化方案模拟分析证明，上述寒地城市老旧小区户外空间微气候环境优化策略是十分有效且可行的。在目前国家全面推进城镇老旧小区改造的形势下，本次研究内容能够提高过渡季节老旧小区户外空间微气候舒适度，改善居民公共生活环境质量，对寒地城市老旧小区的改造有一定的借鉴和参考。
新媒体编辑：苏子语
审读：王青
终审：杨一虹
文章全文详见《规划师》年增刊
《寒地城市老旧小区户外空间环境质量提升策略——以长春市吉柴小区为例》
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