吐鲁番塔格托维村气候适应性评价——基于规划设计的角度

冶建明，相万年，贺明阳，朱现伟

（石河子大学 农学院，新疆石河子 832000）

0 引言

随着城镇化的推进，城市建设如火如荼，传统村落模式已经不能顺应如今社会经济的快速发展，人口的转移、劳动力的缺失都已造成部分传统聚落的萧条甚至消失。现今，针对传统聚落的相关研究，多数学者把目光聚焦于南方聚落，而对西北地区研究甚少。吐鲁番塔格托维村由于其特殊的地理位置及山势特点，成为我国降水最少、最干旱的聚落之一。如今，人们高耗能的生活以及能源日益紧张成为了主要问题，在居住建筑中夏季降温与冬季取暖占据了建筑耗能的一半以上。本文利用气象软件分析吐鲁番塔格托维村的自然环境，有助于遏制其人居环境的不利发展，对于指导未来乡村聚落的保护与发展具有重要意义[1-3]。

表1 塔格托维村聚落空间组团

1 研究区概况

塔格托维村位于新疆吐鲁番西南侧的亚尔乡。东临新城东门村，南接色依提迪汗村，西有黑山，北与托万克亚尔村相接。南面有202省道、010乡道，交通便利，地理位置优势明显。塔格托维村居住用地为组团式，各组团之间通过道路及地形作为分隔，有明显界限，呈现出不同的平面形式。由于各个组团用地情况不同，本文将其划分为五个不同的组团（表1）。

2 数字化模型构建及气象数据获取

ENVI-met是由德国Michael Bruse开发的一种三维动态微气候模型，该模型可以综合考虑风速、风向、空气温度、湿度、湍流、辐射量、生物气候等变量因子，进而建立典型的城市栅格模型，计算模拟城市环境中实体表面、植被、空气的相互作用。本文通过中国天气数据网站获取模拟地点2019年气象天气数据资料，分析过程中将气象数据中的温度、湿度、风速、风向等参数导入ENVI-met软件中进行模拟[4-5]。

采用不同尺度进行建模，以塔格托维村整体为对象，大尺度分析塔格托维村整体热舒适性，小尺度分析塔格托维村各个组团热舒适性（表2）。

表2 仿真模型示意

3 塔格托维村不同尺度下仿真模拟结果分析

3.1 塔格托维村微气候模拟分析

塔格托维村温度模拟分布显示，黑山周围温度比大气温度低。黑山可以抵挡部分太阳辐射，使其周围温度相对较低，但温度变化并不明显。农作物的蒸腾作用使周围环境温度降低，与模拟温度相差3℃左右。湿度模拟分布显示，在最小相对湿度为10%的情况下，农田作物的湿度最高达到17%，显著提高了塔格托维村聚落西南方向的空气湿度。受到黑山下山风的影响，西南作物蒸发到大气中的水分会随风进入塔格托维村，提高塔格托维村内的湿度，湿度可以达到14%左右。风速模拟分布显示，在塔格托维村黑山及周边居住区，风速流动较小。在塔格托维村内部街巷空间中，狭长的街巷促使气体流动，产生窝风，风速增加显著。由模拟风速分布图可以看出，建筑之间的风速为1.3m/s左右，属于人们可以接受的范围。PMV模拟分布图显示，塔格托维村相对舒适区域在黑山下及中心区域附近，PMV值为1左右，此处靠近山脉，同时植物分布密集。由此可见，农作物对改善聚落微气候有着良好的效果，可以营造更加舒适的空间环境（表3）。

表3 塔格托维村微气候模拟分布

3.2 组团微气候模拟分析

温度模拟分析。组团1以北为塔格托维村农业生产用地，由于作物的影响，此处温度较低，在37℃左右。南面温度相对较高，在39℃左右。组团2是塔格托维村新建规划区域，由温度分布云图可以看出，居委会东侧温度比西侧温度低。学校西侧场地开阔，阳光直射时间长，场地温度较高，在40℃左右。组团3周围没有大面积植物，温度变化不明显，在41℃左右。组团4呈带状分布，东西两侧有大面积的葡萄地及部分乔木。植物的蒸腾作用使得周围最低气温在37℃左右，与仿真模拟输入温度相比降低了5℃，组团整体的环境温度在40℃左右。组团5位于黑山之下，民居相对较少。风从黑山向下流动，带走部分热量，温度在40℃左右。

湿度模拟分析。组团1受农作物蒸腾作用影响，湿度在13%左右。组团2因为是新建规划区域，所以相比较其他组团湿度略低，为11%左右。组团3建筑物较多，植被较少。东侧和南侧湿度相对较高，整体湿度在12%左右。组团4西侧有防护林，湿度在17%左右；东侧是农业生产用地，湿度在20%左右；该组团整体湿度高于其他组团，改善了周边小气候，提高了居民的舒适性。组团5受地形的影响，建筑植被稀少，组团整体湿度变化不显著，在12%左右。

风速模拟分析。组团1东面风速较大，在3.8m/s左右；民居周围风速较小，在1.9m/s左右；北面种植作物，阻挡了气体的流动，风速相对较低。组团2受居委会和学校建筑高度的影响，气体在组团内受到阻碍，导致建筑东侧风速较大，在4.3m/s左右，西侧风速在1.5m/s左右。组团3建筑物密集，气体不能很好地流通，风速变化不显著，在2m/s左右。组团4左侧的防护林起到了较好阻挡作用，使得该组团左侧风速在1.6m/s，越往西，风速越大，到4.8m/s左右。组团5中建筑物的间距较大，容易形成窝风，增加了气体的流动速度，建筑物周围的风速大小在3m/s左右。

PMV模拟分析。组团1建筑周围的PMV数值在2.3左右。在组团东、北两个方向，PMV数值为2.9左右；在组团西边，PMV数值在3.4左右，会让人感到燥热、不舒适。组团2整体PMV数值在3.2左右，居委会东侧受行道树的影响，PMV数值略低。组团3以东为农业生产用地，PMV数值接近2.4。组团4中道路把组团划分为东西两个片区，西片区主要受防护林影响，PMV数值在2.5左右；东片区PMV数值在2.1左右，更加接近舒适的数值。组团5受黑山的影响，PMV数值较低，在2.6左右。越靠近黑山，PMV数值增加越大。由于黑山土壤的比热容相对较低，在受到阳光强烈照射后，地表温度迅速升高，且高于周围环境温度，会让人们感到不适（表4）。

表4 组团微气候模拟分布

4 结论

（1）塔格托维村整体分析表明，该聚落气候适应性相对较好。在受到太阳强烈照射下，黑山地表温度迅速升高，且高于周围环境温度。受黑山下山风的影响，黑山周围部分热量随风进入塔格托维村内部，使其内部温度升高，降低了人们的舒适度。建筑之间间距过小，气体不易流动，通风条件有待改善。农作物和防护林在高温环境中有显著的降温增湿效果，可改变周围小气候，提高舒适度。

（2）组团模拟分析表明，由于各组团内部环境不同，使得组团之间存在差异。组团1由于北部受农作物及防护林的影响，降温增湿效果明显，舒适度提高。组团2场地开阔，日照直射时间长，地表温度相对较高。组团3建筑密集，植被稀少，通风不便，微气候环境需要改善。组团4东西两侧受农作物及防护林的影响，舒适度相对较高。风使黑山上的热量向东流动，导致其附近的组团5温度较高。

5 塔格托维村传统聚落气候适应性优化策略

建筑应该因地形而建，密集的建筑布局在夏季有利于遮挡强烈辐射，冬季可以防冷风。建筑互相遮挡可以形成更多的阴影空间，改善周围小环境，增加人们的舒适感。建筑要注重最佳朝向、阳光直射时间的长短。在建筑的南面靠近外墙适当地种植落叶乔木，西面同时种植茂密的乔木和灌木，院落中植物多采用藤蔓植物形成绿墙，比如葡萄、爬山虎等。在主导风向上，配植防护林、植物群、植物带。夏季树冠起遮阳降温作用，冬季落叶后可透射阳光，不影响太阳辐射得热。在设计时，可以通过诱导通风的方式来改善建筑内部环境，比如建筑南北向窗户相对布置，设置合适的大小以及合适的开窗角度，设置通风道，增强室内气流转换。这样，形成的气流不仅能提高室内舒适气温上限，还可以将凉空气引入室内，降低气温，提高舒适度，起双重作用。为了避免形成局部强风，相邻建筑高度变化不宜过大，如果基地内有各种高度的建筑，宜采用逐渐变化的建筑高度来过渡。