吕鸣杨，金荷仙，王亚男

（浙江农林大学，浙江杭州 311300）

我国的城市规模随着不断加快的城市化进程不断扩大，在全球变暖的大背景下城市气候问题日益突出，人们对健康、舒适的户外环境的追求与恶劣城市气候的矛盾逐渐凸显。因此城市气候问题引起人们的广泛关注，大气科学、环境科学以及风景园林等专业相继对城市气候、城市小气候展开研究。水体作为生态系统中的重要组成部分对气候环境有重要影响作用，是各学科的研究重点之一。对小气候的影响主要表现在热环境、湿环境以及风环境，因自身特征的不同表现出的小气候效应可能会有很大差异，这些自身特征包括水体形态、水面形状、体量、深度、流速，而类似的水体在不同环境下，受大气候背景、海拔、周边地形、植物等因素影响表现出的小气候效应也会有所不同，小气候效应的差异主要体现在影响效果、影响范围及影响强度。目前国内对水体的小气候效应已经有了一定的研究，也存在一些不足，因此需要对已有研究进行梳理，对探明的不同水体的影响规律、效果进行总结，以便于为后续研究提供借鉴。

1 不同形式水体的小气候效应研究

1.1 湖泊小气候效应

大量对湖泊气候特征的实测研究表明，湖泊对周边气候有显著的影响作用，影响效果受各种因素影响差异较大[1-7]。崔丽娟等对北京8个典型湿地进行研究，发现湖泊湿地对局部环境的降温能力明显高于河流，增湿效果平均在8%～14%之间，强于河流的3%～9%，整体小气候效应较河流更显著[8]。彭小芳等研究了广州5处湿地发现，位于市郊的湿地较市区内的平均气温可低约2.7℃，相对湿度年平均值可高10%；而湿地边缘的气温较距水边200m处可低1.1～1.3℃，相对湿度可高4%[9]。陆鸿宾分析了太湖气温效应，结果表明湖岸平均气温比远湖区低0.3～1.0℃，湖面最低温较远湖区高3～5℃；下风岸气温较上风岸高0.2～0.6℃，当气流通过水面时，对温度升降、温率随通过水面的距离增加而降低[3]。有研究表明湖泊面积越大、湖水越深、蓄水量越大，对气候调节作用越明显[10]。朱春阳研究了武汉地区14块湖泊湿地，发现湖泊的气候效应受其面积、形状、位置及环境的影响，其中面积的影响最大[11]。张伟对西湖小气候的研究发现湖泊的小气候有明显季节性差异及昼夜差异[12]。此外，研究表明湖泊的降水效应不明显[4,12]。

1.2 河流小气候效应

城市河流指流经城区的河流或河段，也包括人工开挖但经多年演化已具自然河流特点的水系，是生态环境功能的重要部分[13]。齐静静对松花江及其周边区域气候进行研究，结果表明夏季时河流在晴天作为城市冷源，起降温作用，阴雨天则作为城市热源，可一定程度上减缓降温；同时对周边气候的降温增湿作用与主导风向及下垫面类型、建筑区密度、人工排热等密切相关，水域两岸温度分布变化差异明显[14,15]。纪鹏对北京7条不同宽度河流的研究发现，河流在春、夏、秋季均有降温增湿作用，并且随着河流宽度增加而增强，冬季同样有降温增湿作用，但是降温幅度随河流宽度而不断减弱直至消失、逆转，而增湿作用随宽度增加而增强[16]。同时河流宽度对岸旁绿地温湿效应影响显著，当河流8m宽时，绿地有增湿效应，降温效应不明显；14～33m时降温增湿效果明显，但不稳定；大于40m时效果显著且稳定[17]。宋晓程通过实测及数值模拟发现，河道越宽影响范围越大，可达250m左右，河流附近气温根据河道宽度不同可下降0.6～1.0℃；另一方面由于水面较宽且上方风速低，对于周边高温空气的影响较河道上空小[18,19]。

1.3 其他水体小气候效应

目前对河流、湖泊以外的水体的研究主要是城市公共空间的喷泉、水池。杨凯的研究表明，喷泉有利于增强绿地水体对小气候的降温增湿作用[20]。曹丹对上海开放空间的研究表明喷泉对小气候的调节作用主要与距离及风环境有关：距离越近，地面温度越低，相对湿度越高；周围风速越高，调节作用越明显[21,22]。陈茗针对西安公共空间小型水体进行研究，结果表明夏季时不同水体形式调节程度有差异，水池喷泉对温湿度调节效果最好，冬季时涌泉、人工湖较深的水体保温效果较好，旱喷增湿效果最弱；而涌泉和旱喷在冬夏均对地表温度有较好调节效果[23]。另外，水体与适宜的风场相结合、水体的流动可以通过加快水面蒸发，促进与环境的热传递，从而提高降温能力[24]。

2 不同水体特征对水体小气候效应的影响

2.1 水体面积的影响

大量研究表明，水体面积对其小气候效应有显著影响。杨凯对上海6个水体的观测显示，面积较大的湖泊温湿效应较其他水体更显著[20]。张丛通过软件模拟广场水体发现，水体尺度越大，降温增湿提高风速越明显，夏季热舒适好，冬季差[25]。傅抱璞的研究表明，水上气象要素的变化是随着通过水域路程的增加而变大的，因此水域面积越大气候效应越大[26]。王浩通过数值模拟发现，水体的影响幅度会随面积减小而减弱，宽度5km、1km的水体影响幅度分别为10km的90%～95%、50%[27]。另一方面，也有研究表明，水体的气候效应并不完全随面积增加而增强。水体的降温效应的增强与面积的关系可能存在一个阈值[28]。李书严的研究表明，当湖泊面积增加到一定值时其降温增湿作用趋于稳定，不再显著增强，此时适当增加其形状指数可有效提高整体环境效应，同时面积小于0.25km2的单块水体影响不显著[29,30]。薛思寒对湿热地区园林的研究发现，园林中水面过大会导致上方湿度增加，使蒸发变慢对庭院散热产生不利影响，因此庭院水体并非越大越好[31]。

2.2 水体形状的影响

研究表明不同形状的水体其影响效果也会有差异。吴昊研究了南京市15块水体发现水体面积与周边地表温度的降低无明显相关性，而与水体形状紧密相关[28]。纪鹏等研究了大庆市5种不同形状的城市湿地小气候发现不规则形状湿地降温增湿效果最强，其次是规则形状（近圆形、近矩形），最后是长条形湿地[32]。崔丽娟的研究也表明圆环形水体比条形河道影响范围广[8]。张丛认为广场水体形态越紧凑降温增湿越明显，而相较于面积、位置、离散度，水体形态影响最小[25]。

2.3 水体深度的影响

水体面积和形状主要影响小气候效应强度，但深度会影响水体对气候的调节效果。王浩对不同深度水体的研究表明水体较深时主要是较大的热容量起作用，在白天和暖季起降温作用，夜间有升温作用；而深度仅0.1m的浅水体主要是水陆的反射率差异起作用，无论白天还是夜间都起增温作用；深度在0.1～1m间的水体增温作用变化最强[33]。傅抱璞指出深水域在冬季和全年平均效果都有增温作用，在夏季一般起减温作用（高原仍为增温）；浅水除在干旱地区夏季起减温作用外一般全年有增温作用[34]。陈茗的研究表明夏季同面积浅水的降温增湿作用比深水强，冬季同面积深水的保温增湿作用比浅水强[23]。

2.4 与水体不同距离的影响

研究表明水体的小气候效应会随距离增大而逐渐减弱[8,9]。一般在下风岸影响距离要长[27]，城市水体在夏季对环境的影响主要在上风岸2km以内和下风岸9km以内，2.5km以内最为明显[29,30]。小型水体中心位置的小气候效应也比边界位置显著，人工湖两者之间可差4℃，旱喷可相差0.3℃[23]。风速的最大变化在10～20km高度以下，变化随距离增大而迅速减小[35]。

2.5 水体占地比例与布局的影响

城市绿地中水体所占面积比例以及水体的的布局都会对水体的小气候效应产生影响。肖捷颖等研究表明，城市绿地中水体所占面积比例不低于19%，不透水地面低于50%即可有效降低环境气温[36]。轩春怡等通过软件模拟与实测，认为水体面积占比由4%增加到12%时，其影响增幅最大，之后增幅不显著[37]。张丛认为广场水体越聚集对水体周边降温增湿越强烈，但是就整个广场区域来讲，水体适度分散会有利于整体的温度调节，缩小广场各处气候要素差异[25]。吴昊研究表明，城市中心水体降温效果较其他位置的更为显著，可有效降低热岛效应，而相同面积湿地，分散的多个小面积水体整体效应好于一个大水体[28]。李书严与轩春怡的研究结果类似，也认为多块、密集分布的小面积水体降温增湿更显著[29,30,37,38]。

3 与其他景观因素的结合作用

建筑布局与水体小气候效应发挥有密切关系[9]。杨凯认为密集的大型建筑会通过遮阴及改变风环境对水体小气候效应产生影响[20]。杨召等通过对北方滨河住区的研究发现，当沿河建筑布局有利于形成冷湿廊道时有利于改善热环境，综合来看建筑与河流呈45°夹角较好，越接近平行越不利[39]。宋晓程研究表明，临河住区建筑布局宜为点板式、容积率为1.5[40]。

同时水体与植物的配合可更有效地改善室外热环境[31]。“水绿”复合生态系统有利于河流及水体环境效应的发挥[20]。刘滨谊等对苏州河滨水带的研究认为，乔——草类植被结构在降温增湿和导风方面都有较好效果，有利改善夏季小气候[41]。陈茗认为夏季乔木与水体组合的小气候效应好于灌木与水体组合，冬季则相反[23]。

除了建筑与植物，大气候背景、驳岸形式、周边环境下垫面等也会影响水体小气候效应。傅抱璞指出气候越干燥、天气越晴朗，水陆气候差异越大；而随着陆地粗糙度的增加，水、陆上风速差异也会变大；而在潮湿、干旱地区水体小气候也会有所差异[26]。宋晓程研究发现，水体对湿热环境的调节作用随堤岸高度增加而迅速下降，高于9m时已无明显调节作用[42]。水岸坡面形式也会产生不同影响，台阶降温增湿效果最好，台地与坡地类似；而台地引导风最有效，台阶与坡道效果接近[41]。

4 总结与展望

经过多年、多学科的研究，对水体的小气候效应已有了较为全面的研究，积累了大量的实测数据，也发展出丰富的研究方法。大气科学依托深厚的理论基础对水体小气候的影响机制及原理进行了深入研究，对其他学科的研究提供了理论基础，而其丰富的数据获取、分析处理方法也有较大借鉴意义；环境科学的研究主要集中在水体生态气候效益、热气候效应以及其他自然元素对水体气候效应的影响，其研究方法偏重于实地观测[43]。风景园林学科对小气候的研究主要是探索各种不同气候区域背景、用地类型的小气候以及景观要素对小气候与人体舒适度的影响，以营造更为舒适宜人的空间。研究方法多以现场实测、软件模拟为主，遥感监测相对较少，对单一景观要素的研究主要集中在植物方面，而针对水体的研究相对较少。对已有研究进行总结发现，目前的研究多是城市尺度的大型水体，而对于城市中更为常见的公园绿地中的小型水体研究较少；另一方面，水体流速差异的影响研究也非常匮乏，未来的研究可以着眼于这两方面，完善对水体小气候的研究，为城市水体设计提供指导。