杭州西湖飞来峰基于“避暑”特征的山林地造园传统智慧研究

宋恬恬 张敏霞 鲍沁星

世界遗产“杭州西湖文化景观”以湖山胜，其山林地造园以“第一山林”飞来峰最为突出，因东晋印僧慧理的“此是中天竺灵鹫山之小岭，不知何年飞来”[1]而得名，众多历史园林选址其中，逐步发展成为杭州夏季的避暑胜地。本文在前辈学者对飞来峰(石刻佛像雕刻艺术[2-3]、佛教文化[4]、石质文物保护技术[5-6]、岩石欣赏[7]、历史演变[8])相关的已有研究以及笔者前期对西湖飞来峰的风景遗产、历史源流、造园写仿等研究的基础上(2012—2017年)[9-13]，依托当代科学技术如卫星热红外遥感[14-17]、热环境实测[18]、地面气象观测[19]、数据统计评价等关键技术，“定量辅助定性”[20]地评价“西湖第一山林”飞来峰以“避暑”为核心的风景园林文化遗产特征，提炼和发掘古代山林地造园传统智慧的科学内涵，为快速城市化背景下杭州西湖山林文化景观遗产的价值传承和可持续发展提供科学借鉴。

1 避暑特征量化意义

中国传统造园自唐宋以来效仿东晋陶渊明归隐山林，在长期山林地造园实践中留下了许多传统智慧，明代造园专著《园冶》就指出“山林地最胜”，为造园选址最佳之处。高度仅100余米的小石山飞来峰位于西湖山林①的北部，其由石灰岩构成的山体在地下水长期的溶蚀作用下，形成大大小小的岩洞(包括著名的龙泓洞、玉乳洞、青林洞)和突出的园林避暑环境。杭州古时夏季气候炎热[21]，而飞来峰却十分凉爽，古人对飞来峰夏季的避暑特征有非常深刻的体验。白居易对这里的夏天最爱，“夏之夜，吾爱其泉渟渟，风泠泠，可以以蠲烦析酲，起人幽情”[22]；宋人潘阆在“冷泉亭上几行游”，赞这里夏日“三伏似清秋”[23]；明代文人张岱也用“一泓泠然，凄清入耳”来描述这里避暑的感受[24]；明朝夏正时在《湖山胜概记》中描写这里“树林阴翳，九夏而暑无侵”[25]；清代江元文感慨“莫道炎威可炙手”，不必惧怕炎热的夏天，杭州乘凉避暑的去处是“云林尚有冷泉亭”[25]。笔者考察《武林灵隐志》中收录的200余首诗词中有40篇(约占1/5)描写了灵隐景区环境清凉，其中21篇(约占1/10)与避暑主题直接相关(图1)。

图1 《武林灵隐志》中与飞来峰避暑相关的诗句整理

关于古代人居环境传统避暑智慧，明代高濂笔下《四时调摄笺·夏》[26]中的描述尤为精彩，有“避暑凉棚”“读随树荫”“招凉避暑”“七井生凉”等，其中描写“飞来洞避暑”体验为“初入体凉，再入心凉，深入毛骨俱凉哉”。在唐代白居易的千古名篇《冷泉亭记》中，也界定飞来峰冷泉亭前“山树为盖、岩石为屏”的避暑空间[22]。在历史文献《西湖消夏录》《惠山记》《武林旧事》等的记载中，“避暑”是江南造园的常见主题，其中提到的南宋临安禁中大内御花园、德寿宫，就有应对夏季热浪仿飞来峰、冷泉而做的避暑园林景点[11]。由此可见传统园林中的避暑智慧具有相当重要的研究价值。当今诸多重要学者都曾强调自然环境背景与文化脉络及其协调关系事关遗产价值的完整性和真实性[27-29]，对城市历史与既有环境一脉相承的动态保护，是对历史园林遗产完整性和真实性应有的尊重[30]。“历史园林”作为文化遗产中“活的古迹”[31]，其最大的特征就是体验性，飞来峰独特的“气象构景”体验获得于特定的时间、地点和场所[32]，而现今杭州西湖文化景观遗产在面临快速城市化[33]、城市热岛效应加剧[34-35]、区域气候环境变化显著[36-38]、游客接待量逐年增长[39-40]的现实挑战下，在属于静风高密度城市的杭州，我们不禁疑惑飞来峰文化遗产避暑特征是否仍然存在，现状又如何？传统山林造园智慧如何继承与发展？这就需要我们将理论历史研究与现代科学实证研究对接，从感性定性提升为理性定量。当下科技日新月异，高分辨率卫星热红外遥感技术为研究中观尺度下②区域环境变化提供了高效途径，加上气象仪器的精度和智能化程度已经能满足灵敏监测微观尺度热环境变化的需求，因此运用其重新审视历史遗产，不仅可以推进对古代基于“避暑”的山林地造园智慧新认知，更有助于快速城市化背景下的遗产保护与科学发展。笔者认为，杭州西湖飞来峰文化遗产避暑特征的量化研究具有十分重要的现实意义。

2 量化评价研究方案

本文量化研究飞来峰景区的避暑特征主要运用了区域卫星遥感和局部空间热环境实测2种方法。卫星遥感数据主要反映区域尺度下杭州市整体地表温度分布以及各区域之间的联系，为我们建立起中观尺度下飞来峰景区与其周边城市地表热环境格局之间的关系。而通过景区游憩空间热环境实测能如实反映游客停留空间微观层面热环境实况。

1)区域遥感评价方法。

遥感数据选择使用Landsat8(条带号120行编号39分辨率30m)卫星2013年7月19日、2014年7月22日、2015年9月11日、2016年7月27日和Landsat7(条带号119行编号39分辨率60m)2017年7月22日的遥感影像作为基础数据。获取的卫星影像使用ENVI5.3软件将热红外遥感影像数据进行大气校正和热辐射定标，然后使用含各波段数据的遥感图像进行地表温度的反演计算③，导入ArcGIS 10.3软件处理后得到研究范围内2013—2017年夏季晴天的杭州市区地表温度分布图。

2)空间实测评价方法。

实测时间选择杭州连续为晴天的2017年7月22—28日[42]④⑤，实验分为4轮(图2)，实测仪器使用kestrel5400-HEAT热指数仪和Delta HD32.3热指数仪⑥，测点布设于飞来峰景区内的冷泉亭、壑雷亭、春淙亭、翠微亭、玉乳洞和水中央嬉水点(图3)⑦，将平湖秋月的月波亭作为对照组测点(直线距离4km，海拔接近相差仅20m，图4～6)，对比相近遥感地表温度与相似空间类型的停留点在西湖畔和山林条件下的热环境差异。实时气象数据通过软件自动记录杭州市气象局公布的实时数据获得。

3 区域遥感评价研究

根据2013—2017年夏季卫星Landsat7和Landsat8热红外遥感地表温度分布图(图7、8)可知，飞来峰景区符合避暑地理选址的基本条件。西湖景区是杭州主城区地表温度较低的区域，而飞来峰景区又处于西湖景区范围内地表温度较低的山林区域，这在中观尺度下为飞来峰景区的避暑环境的形成提供了基本地理条件。具体表现在以下3点。

1)西湖景区是杭州城区中的低温区块。西湖景区地表温度分布与主城区有明显的边界，夏季杭州城区上午时段地表温度整体高于西湖景区，平均高于西湖景区8℃左右。紧邻西湖湖滨的东北面的主城区、天目山路以南的建设区域和南面的转塘镇将西湖景区从东、北、南面包围，使得西湖景区在温度分布图中呈现明显的低温区块。

2)西湖山林是西湖景区中的低温区域。西湖山林位于西湖景区的西南部[43]，“属于天目山余脉，是因地质构造运动形成的古泻湖周边的褶皱山”[44]。西湖景区内地表温度分布呈现为：“水体＜海拔较高山地和湖滨＜海拔较低的绿地和构筑物集中地”。从近5年演化趋势看，西湖景区内的高温区域覆盖度在西北部和低海拔环湖区域逐年增加，并有向西南蔓延的趋势。随着杭州城市化加快，西湖山林将有可能被高温区全面闭合，成为相对孤立的低温区域。

3)飞来峰景区具有良好的避暑条件。飞来峰景区位于西湖山林的北部，是灵隐景区的一部分。遥感图中，飞来峰景区所在的区域呈现一个低温斑块，景区内游览主路以及入口附近的林荫区域温度较低，飞来峰山体所在区域温度最低，景区附近零星分布的高温点主要是灵隐寺所在的建筑群密集区域以及景区内外少数服务性建筑和商业建筑。景区内最高与最低地表温度差值在3℃左右。因此初步判断飞来峰景区在夏季灵隐景区内属于低温地带，具备相对较好的避暑条件。

4 空间实测评价研究

由实测结果(图9～14)分析如下，飞来峰景区内各停留点避暑效果受到空间类型、地理环境和气象状况的影响。1)相同时段下，不同空间类型停留点避暑效果差异较大，其中山洞避暑效果最佳；同种空间类型避暑效果因空间选址的不同而有所差异，如临水亭下空间优于山腰亭下空间。2)不同时段下(不同气象状况)，特定空间的避暑效果存在差异，一定气温区间内，大环境气温越高，避暑效果倾向于越佳。具体表现在以下3点。

1)空间避暑效果与停留点选址(空间类型)相关。遥感数据反映出飞来峰景区属于灵隐景区内的低温地带，进一步选取飞来峰景区内各代表性空间进行实测，得出不同停留点空间避暑效果差异状况，山洞内与水中央的避暑效果较好，其中山洞的避暑效果最佳，平均低于4个亭下测点4～6℃；位于飞来峰山脚下临水分布的4个亭下测点结果差异不大，而位于山腰的亭下空间避暑效果最差(图9、14)。

2)空间避暑效果与地理环境相关。亭下空间是景区分布最广、游人停留最频繁的空间类型，因此选择红外遥感地表温度(图7、8)相近的飞来峰景区冷泉亭空间(山林环境)与湖滨平湖秋月景区月波亭空间(湖滨环境)进行对比，实测得出，冷泉亭测点的实时气温均低于月波亭测点，且在所测大部分时段下，实时气温呈现“杭州市＞月波亭＞冷泉亭”的关系(图10)。

3)空间避暑效果与大环境气象状况相关。为进一步探究山林环境下的飞来峰冷泉亭测点气温与杭州市平均水平的全天动态关系，笔者团队对冷泉亭测点进行了11h(7：00—18：00)的连续实测，并将实测数据处理后⑧导入Matlab R2014a软件分析得到两组回归结果⑨(图12、13)。由结果可知：(1)飞来峰冷泉亭测点气温比杭州市平均气温整体更低，冷泉亭测点的空气温度同时段低于杭州市气温1.6～4℃，平均低于杭州市2.77℃(图11)；(2)冷泉亭下午时段的避暑效果更加显著，13：00—17：00差值均在3℃以上，其中15：00前后差值最高达到4.01℃(图11)。且一定气温区间内，气温越高，△T绝对值趋向于越大，即冷泉亭与杭州市气温差值越大，反映出在31～39℃气温区间内，冷泉亭的避暑效果随温度升高倾向于更加显著(图12、13)。

图2 微观节点实测日程表

图3 飞来峰景区内测点分布图

图4 飞来峰-平湖秋月区位图(改绘自参考文献[41])

5 传统智慧的科学价值

5.1 山林地造园避暑的科学原因

近年公园绿地降温效应量化研究成为国内外的热点[45]，例如Bowler等[46]通过对47篇有关公园绿地降温效应的研究文献进行综合比较和分析，证实公园白天的降温强度平均可达0.94℃，而灵隐飞来峰实测数据为1.61～4.01℃，显著优于一般城市绿地的平均降温水平。在古代造园著作《园冶》中“相地”被认为是古代匠人营造园林考虑的首要因素，而“山林地”被认为是造园最佳之处。我们基于古人的避暑经验，实验量化证明飞来峰避暑条件优越，夏季温度为“飞来峰景区＜西湖景区＜城区”，也从侧面验证了“森林环境相比非森林环境小气候存在滞后现象，森林环境的温度通常比非森林环境低”[47]的相关研究。山林地园林，正是巧借了这个地理环境小气候的“滞后”现象，在烈日炎炎的杭州夏季，为人们提供了这个在高温中避暑的清凉环境。与此同时，Jaganmohan等[48]对德国莱比锡市夏季的62个城市公园和城市森林实测发现，同等条件下森林绿地的降温效应优于公园绿地。考察灵隐飞来峰景区的山林环境，笔者认为山洞、溪流、泉水等地质特征，也是现今其避暑降温效应优于其他城市园林绿地的重要原因。

图5 飞来峰局部平面图

图6 平湖秋月局部平面图

5.2 传统造园实践经验中的生态智慧

由此笔者基于已有研究和团队初步实测分析，可得到以下初步的科学认识。1)除了山林地升温的滞后现象外，传统园林选址考虑的山洞、溪流、泉水等地质特征很可能起到了重要的降温作用。2)基于以上特定地质环境，传统避暑园林会辅助采取调整植被结构(竹林、高大乔木)、营建水体(瀑布、跌水)、增建遮蔽物(加长加厚屋檐、堆叠地形遮挡)、引风导风(狭长空间、砌墙)等人工措施来营造一个良好的避暑环境。

“杭州西湖文化景观是中国山水美学在景观设计上的杰出典范”[49]，西湖山水美学不仅融入了城市发展的历史脉络，也融入了人们对传统文化景观的审美和体验。近年来传统园林听觉、视觉、嗅觉、触觉等感官共同感受园林环境多元化的体验受到高度重视[50-53]，笔者认为园林的避暑环境属于“触觉(肤觉)”体验，体现了地域气候敏感性和适应性特征[54]。传统避暑园林巧借独特的山水森林环境，“自成天然之趣，不烦人事之工”，蕴含了古代“天人合一”的哲学思想[55]和值得关注的“生态智慧”[56]。

图7 2013—2016年Landsat8卫星遥感地表温度分布图

图8 2017年Landsat7卫星遥感地表温度分布图

图9 7月23日下午和7月24日上午飞来峰测点气温柱状图与数据表格

图10 7月24—27日杭州市、冷泉亭、平湖秋月(月波亭)实测数据折线图与数据表格

5.3 对当下快速城市化的科学启发

杭州属夏热冬冷地区[57]，地形地貌总体格局为“七山一水两分田”，在全市土地面积构成中，山地丘陵占65.6%[58]，且绝大部分城市山地属于生态高度敏感区域[59]，是城市生态健康可持续发展的重要保障。“近年来杭州东部城区大范围土地利用和下垫面的改造割裂了自身与西湖一脉相承的体系”[60]，西湖景区正逐渐被建设区从东、北、南面包围，“绿地覆盖面积的减少与破碎化，使得西湖山林的生态服务价值显著下降”[61]。城市地气之间能量、动量和水分传输的变化，影响了区域尺度下的城市热环境[33、36]，“西湖反而成为杭州夏天傍晚最为闷热的区域之一”[60]。快速城市化建设中的决策周期很短，很难做到像古人一样通过长期的生活体验来选择和判断，这就需要我们在认同城市环境变化的基础上[30]，用更宽广的视角融合多学科方法，定性、定量地辅助城市建设中的生态决策[62]，科学引导城市地气之间能量、动量和水分的传输，以缓解不断增加的土地利用需求与西湖山林生态服务压力之间的矛盾[63-64]，进一步优化园林物理环境、提升西湖景区游览体验、维护西湖山林重要的生态服务价值，探索顺应城市发展与快速环境变化的历史文化景观科学保护策略，促进西湖文化景观与城市协同可持续发展。

6 结语

在当今中国年平均气温和地表温度持续走高[36]⑩、夏季高温天数呈线性增加的趋势下[38]，基于夏季“避暑”的生态智慧的应用是应对气候变化、全球变暖的需求，可以为局地与区域的遗产保护、景观空间绩效评价[65]和其他生态敏感地域的可持续发展提供借鉴。同时“避暑”也是我国诸多流传至今的重要园林文化景观遗产的共性特征，古代基于“避暑”的相关造园实例仍有待继续整理和研究，如颐和园、避暑山庄等的营建都与避暑目的直接相关。本文只是以“西湖飞来峰”为例进行了初步探讨，基于“避暑”风景园林传统智慧的还有很多科学价值值得提炼和传承，进而逐步挖掘此类风景园林遗产的潜在科学价值。

本文的研究和写作涉及历史理论与人居环境多学科交叉领域，需要具有相当多的科学知识储备和史学修养，由于本人学识浅薄，研及深处尤感力不从心，论文中若出现纰漏谬误之处，恳请各位专家学者批评指正。

图11 杭州市、冷泉亭7月28日实测数据折线图与数据表格

图12 瞬时空气温度数据线性回归

图13 平均空气温度数据线性回归

图14 7月22日上午飞来峰各测点气温柱状图与数据表格

注：文中图表除说明外均为笔者研究团队绘制。

致谢：感谢中科院国家天气学重点实验室李钦增博士，北京林业大学王鑫老师，内蒙古工业大学刘玮老师，浙江农林大学包志毅、王欣、金荷仙、张万荣、陈楚文、王美燕、王茜等老师，杭州西湖风景名胜区管委会、杭州市气象局给予的帮助。

感谢浙江农林大学梅丹英、陆嘉娴、叶丹、邱雯婉、张喆鸣、龚书韬、沈喻喻、童彤、周越、费洁、胡真、鲍丽霞、蔡玉婷、朱柳霞、朱钟炜、俞虹佳、巫文笑、张雯婷、陈依妮、陈丹秀、陈汪丹等同学参与场地实测和相关研究工作；感谢武汉大学谭福宏、华南理工大学刘之欣、清华大学林月钗、墨尔本大学章弘、谢菲德大学许函榕等同学在研究过程中给予的帮助。

注释：

①本文中出现的“西湖山林”指马蹄形环布于西湖的南、西、北三面的低缓群山，属于天目山余脉。

②中观尺度适合研究城市范围的地形、植被、下垫面因素、城乡温度差异因素等，多运用于城乡规划和城市设计。

③本文使用大气校正法进行地表温度反演计算，大气辅助参数来自NASA官网(http://atmcorr.gsfc.nasa.gov/)。

④根据杭州市气象局提供的气象数据，2017年7月12日0：00—2017年7月28日18：00，测点所在区域降雨量均为0，能够保证实测数据较少受到气象因素影响，其中7月22日为农历节气大暑(当日杭州气象局发布高温红色预警信号)。

⑤根据杭州市气象局2018年2月27日发布的《2017年杭州市主要气候事件》，“2017年杭州年平均气温18.3℃，较常年偏高1.3℃，其中7月偏高2℃以上，是2000年以来第18个连续偏暖的年份，气候变暖趋势持续”“2017年杭州主城区高温日数(日最高气温≥35℃)46d，较常年偏多19d。其中7月21—25日杭州连续5d最高气温超过40℃，极端最高气温达41.3℃，仅次于2013年的41.6℃，为历史第二高温极值”。

⑥仪器分辨率均为0.1，自动记录数据，实测前均经过校准和设置参数。

⑦以上测点均位于灵隐飞来峰景区内游人停留频率较高的无太阳直射休憩空间，实测标准参照EN ISO 7726：2001 Ergonomics of the thermal environment—Instruments for measuring physical quantities。

⑧取5min一次的冷泉亭实测瞬时气温数据与5min一次的杭州市瞬时气温数据，求两者之差获得第一组数据△T1；取半小时一次的冷泉亭实测平均气温数据与半小时一次的杭州市平均气温数据，求两者之差获得第二组数据△T2。

⑨瞬时温差△T1(y)与杭州市平均气温(x)之间的线性回归方程y=-0.2877x+7.6401(R2=0.3674；P＜0.005)(图12)；平均温差△T2(y)与杭州市平均气温(x)之间的线性回归方程y=-0.2814x+7.3819(R2=0.4676；P＜0.005)(图13)。2组数据回归结果R2都在0.4左右，其原因应至少包括两方面，一方面冷泉亭测点处影响气温变化的环境因子较为复杂，包括太阳辐射、植物蒸腾作用、人流量等；另一方面，杭州市平均温度变化也受到复杂气象环境以及各气象监测站点小气候的影响。

⑩中国近百年来平均升温率明显高于同期全球平均水平，2016年甚至是有气象记录以来最暖的年份，1961—2016年，中国年平均地表温度呈显著上升趋势。