城市气候对建筑设计的影响

一、城市气候

城市气候是指大都市特有且与周围郊区有异的各种气候条件。城市气候相对郊区农村气候来说是个气候岛。例如，城市热岛、干岛、雨岛、烟霾岛、雾岛等。

城市环境对城市气候的影响很大，城市气候是人类活动影响小气候的明显表现。城市面积虽小，但人口密集，工业集中，是人们生活的重要舞台。由于这种高度集中（小区域），造成空气污染，大量人为热量的释放和特殊的下垫面条件（大规模），使城市和农村的气候产生了明显的差异，形成了独具特点的城市小气候（由量变到质变，人力影响气候）：

首先，城市气候的形成原因主要是：

1、现代城市以钢铁、水泥、砖瓦、土石、玻璃为材料的各种建筑物下垫面的刚性、弹性、比热等物理特性与自然地表不同，从而改变了气候反射表面和辐射表面的特性，也改变了表面附近热交换和表面气体动力粗糙度。

2、工业生产、交通运输、取暖降温、家庭生活等活动释放出的热量、废气和尘埃，是城市内部形成了一个不同于自然气候的人工气候环境。

3、由于巨量气体和固体污染物排入空气中，明显地改变了城市上空的大气组成。

其次，城市气候不同于周围地区主要表现是：年平均气温和最低温度普遍较高(形成城市热岛)；年平均相对湿度和冬、夏季相对湿度都较低；多尘埃和云雾；辐射较少；风速较低，多静风；降水量较多等。具体分析如下：

1、总辐射减弱，日照减少。由于空气污染，尘块增多，大气混浊度增加，于是使到达地面的太阳辐射大为减少。据对比观测发现，市区的总辐射约比郊区少10-20%。冬季太阳高度角较小时减弱尤甚，有时甚至可减少到50%。同时，日照时数也逐渐减少。一般，城市和农村环境相比，日照要少5-15%。据观测，近50年里东京年日照时数已下降约70-80小时左右。

2、市内呈现高温，存在热岛效应，城市好象一个温暖的岛屿。以沥青、水泥和砖石等为主的下垫面具有较大导热率和热容量，房屋建筑物又增大受热面积，使城市白天吸收和积蓄更多的太阳辐射能；城市中排水迅速，下垫面大都不吸水，不透水，使耗于蒸发的热量大为减少，而耗于湍流交换的热量增加；城市生产和生活活动释放热量；城市上空由于尘粒、水汽和二氧化碳气体等的被覆作用使夜间长波辐射减少，下垫面冷却速度减慢。这些都使城市气温提高。而市区温度高，郊区温度低，等温线呈圆形分布，这种现象就叫做热岛效应。据观测，城市热岛效应一般可使市区的年平均温度比郊区高0.5-1.0℃。但不同季节、不同的天气条件下，市区与郊区的气温差的大小也不同。如1979年冬季一次晴朗天气条件下，在上海的对比观测发现市中心温度比郊区高6℃。热岛效应的形成，与城市上空污染物质的保温作用、地面蒸发耗热量的减少、风速小、减少热量水平输送、人为热量的释放和与生物体的热交换等因素有关。

3、出现热岛环流伴随着热岛效应，产生热岛环流，尤其是夏季，城市中心气流上升，到一定高度则向四周流散，而地面则是郊区空气流向城市中心。

4、低湿、多雾、降水增加。市区由于排水良好，地面较干燥，蒸发很少，所以绝对湿度较郊外低，差值一般在1毫巴以下。相对湿度则因市区温度高，以致偏低更多一些。据欧洲观测，年平均相对湿度城市与郊区相差4-6%。另外，城市上空因凝结核多，雾日显著增加。从19世纪末到20世纪初，东京年雾日数平均增加20-30天，上海则增加了15天左右。城市与郊区相比，冬季市区雾日数可比郊区多100%，夏季多30%。城市降水也有增加。观测表明，城市年降水量

比郊区多5-10%。另外，微雨日数(0.1-1.0毫米/日)也有显著增加。据东京观测，市中心比郊区多20日左右。

再次，城市气候在形成以后，因为受到人为活动的影响会产生变异，影响城市气候变异的因素主要是：

1、人造建筑因素：城市众多的砖石、钢骨水泥建筑物及沥青和水泥道路取代了天然的植被与土壤，影响了城市的气温、湿度等气候条件。某些建筑物取代了自然地形，影响了城市局部地区的风向、风速、热量等，例如大厦、沥青及水泥路；有些类型的建筑物则影响了雨水的径流。例如停车场、沥青及水泥路等。

2、人口因素：城市居民大量增多，其日常生活及生产活动会增添大量热源。比如某城市举办奥运会期间，因为人口在短时间内的大量聚集导致城市内局部地区温度升高。

3、污染物因素：城市上空的一个特点是污染物浓度高，其中有一氧化碳、硫和氮的氧化物、多种碳氢化物、氧化剂和粉尘物质之类。其中微粒和烟尘粒等污染物对城市气候条件如气温、能见度和降雨量等甚有影响。污染物的来源主要是工业生产过程产生的废料，例如炼油厂的化合物废气排放；以及燃料的燃烧，例如交通工具的运行；住家和办公室的取暖等。城市空气污染的浓度取决于污染物放射源的大小和该城市的通风情况，即该城市的风速和其上空大气层的高度。若出现了污染物数日聚集在市区上空的情况，会出现一种叫逆温的天气现像，即“温度随高度增高而增大”。这种天气现像会防碍大气的混合，严重者会令城市居民有急遽的痛苦，甚至死亡。例如1952年12月，伦敦烟雾事件中，大气逆温使得逾8000人死於呼吸道疾病。

总之，城市气候的形成和变异是因为人类集中进行社会性活动而造成的。 二、自然与人类的互动

自然界中的一切事物以及事物之间的互动关系一直都保持着平衡，这种平衡是一种动态平衡，它多以循环形式出现，如大气圈，水圈，岩石圈，生物圈，以及有机物与无机物之间的循环。

而人类这种社会性动物的存在，则因为其社会性活动而对自然界的这种动态平衡的稳定产生影响。

这里要明确是影响而不是破坏，因为人的活动，是一种中性的行为，它不存在对与错的判断问题，人类的一切活动都是为了一个根本性的目的，更好的生存，这个目标与自然界中的其他动物的本能目的是完全一样的，所以即便人类在为了生存而不择手段的过程中，某些做法很不妥当，例如焚林开耕，但在更大的层面来说人类活动对自然界的平衡是一种影响不是破坏。换个角度，人类的另一些做法对于自然界的旧的平衡则是有稳定作用的，如退耕还林，所以人的活动不能绝对的定义为不好。

之所以是旧的平衡，是因为之前说过这种平衡是一种动态平衡，他会因为平衡式中的某一个因素的变化而产生变化，这种变化是自然界的自动调节功能的作用，就好比把一盆水搅乱，也会最终平静下来一样，自然界的平衡就是这盆水（或者说这盆水是因为在这个自然界中因为符合这个世界的物理法则而会平静下来）。人的行为使自然界的平衡不再稳定，而自然界的自我调节则会使这种失稳逐渐恢复到原来状态，但是就如上文所说，这已经是一种新的平衡。就好像在1+1=2中加入了一个+1，原来的等式自然要变成新的东西（1+1+1=3）。

自然界的自我调节与人类的活动可以看做是A与B之间的互相交流，因此自然界并不是被动的接受人类的改造，而是通过不段改变等式的函数关系来适应

人类的影响，当然这种适应也有一定的被动性，但这是因为人类当今的活动规模已经相当庞大，足以由量变引起质变，而在最初要知道人类为了更好的在自然界中生存又对自身做出了多么巨大的改变来被动的适应自然界的强大与严酷，甚至今天，人类对自身的改变仍未停止，这种自我改变更像一种进化，一直伴随人类社会发展的始终。人类对自然界的影响，自然界对人的影响，这种互动关系仍会存在下去，直到一方对另一方做出的自我改变或者说让步达到极限，恒等式才会最终破坏。

介于此，人类活动所造成的所谓城市气候，也只不过是人类与自然界之间互相妥协后的产物之一。

三、城市气候对建筑设计的影响

在充分了解了以上这些信息后，我们才能对城市气候对于建筑设计的影响，有一个大概的印象。

正如上文大自然与人类的互动过程所表现的一样，人类在适应大自然以更好生存的过程中不断进化自身，建筑与城市建筑就是这种进化中的一个产物，也是人类适应自然的一个手段。

现存的建筑，城市建筑，城市都是人类实践所总结出的经验不断累积的结果，人类在累积经验教训的过程中不断更新或者维护旧有的建筑结构，这样建筑实际上是在不断新陈代谢的过程中生长着。

当然，建筑不一定都适应自然界，不一定都是好的设计，但这也像自然界中的优胜劣汰一样，不好的建筑是不会经得起自然界的检验的，而由上文中我们知道，自然界在不断对人类活动的妥协中，也会有小反弹，而正是这些小反弹将会淘汰那些不合时宜的建筑。同时，自然界也会因人类的活动产生变化，这些变化也会对建筑设计造成新的影响，产生新的变化，有的是促进作用，有的则抑制了某些建筑风格的发展。

另外，地球上可生存的面积还是十分广大的，因此不同地区自然气候的不同势必会对当地人类的人居设计产生不同的影响。而某些这种当地气候的独特性实在过于有个性，而使人类建筑产生了革命性的变化，如陕西的窑洞、云南的台楼、威尼斯的水城、日本的填海造陆等等。

上述的人类自身的因素，自然界中空间上（区域性自然环境的独特性）与时间上（自然界在与人类互动过程中不断变化产生随时间而改变的现象）的因素，都对人类的建筑设计进行着综合的作用。 四、我们在建筑设计中的重点考量

鉴于自然界的影响，城市气候的特殊性，我们在城市建筑的设计中应当遵循这样的原则：

那就是尽可能的减少建筑及城市对自然界原有生态环境与平衡的稳定的干扰程度（如果人类妥协多些，自然界的反弹就会小些，我们的日子也就过得舒服些），同时我们也需要明确建筑与城市的作用是作为我们人类的一个活动空间，一个集合体，他是我们人类社会性的体现。

这就是说我们不能一味的坚持自然影响最小化而不发展城市，那无异于因噎废食，也不能不关注自然界的变化，那更像杀鸡取卵。

那么这也就是我们要重点考虑的： 如何在建筑设计以满足人类生存需要、人类活动与自然和谐共存这二者间寻求一个平衡（恒等式自然最好，动态平衡也不错）。

平衡是永远不变的真理

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