城市高温灾害的规划应对研究进展*

韩贵锋 陈明春 曾 卫 蔡 智 HAN Guifeng, CHEN Mingchun, ZENG Wei, CAI Zhi

0 引 言

随着人类建设活动的不断进行，气候变暖与城市化成为当下最重要的全球现象[1]。政府间气候变化专业委员会（IPCC）第四次评估报告指出，自1861年以来，地球平均温度上升了0.74 ℃左右[2]；第五次评估报告预测，至21世纪末，全球温度将上升1.5～2 ℃[3]。随着全球温度不断升高，极端高温屡创新高，高温日数明显增加，城市高温灾害愈加剧烈。人类活动显著改变了城市下垫面类型，导致地表储存更多的热量，加之人为热排放增加，城市热岛效应更加显著，增加了城市高温灾害形成的可能性。城市高温灾害是指城市中气温过高，持续时间长，对生活在城市中的人和生物生理机制产生影响的一种气象灾害。目前还没有统一而明确的标准[4]，多以日最高气温和持续时间来确定。我国的城市高温灾害是指日最高气温超过35 ℃，并持续超过3天的高温天气。

图1 2000—2016年城市高温灾害与城市规划相关文献柱状图Fig.1 researches on urban high temperature disasters and urban planning from 2000 to 2016

图2 2000—2016年城市规划应对高温灾害历年文献变化图Fig.2 literature trends of urban planning respone to urban heat disaster from 2000 to 2016

城市高温灾害对人体健康造成了严重的影响[5]，导致中暑、热疾病发病率与超额死亡率增加[6]，也影响城市的热环境气候、空气质量以及水文条件等，导致城市生物的生存条件和生活方式发生变化[7]。2003年，欧洲及美国城市发生了高温灾害[8]，损失几十亿美元，导致2万多人死亡。在高温灾害的席卷下，有着更好的预警及避暑手段的西方国家损失惨重，对发展中国家而言，损失无法估量[9]。

进入21世纪，在全球气候变化与城市热岛的双重作用下，城市高温灾害成为一种常态[10]。应对气候变化的策略主要是减缓性策略和适应性策略，减缓性策略主要通过减少温室气体的排放来应对气候变化；适应性策略主要靠增加城市弹性等措施来应对气候变化。城市规划是对城市未来的部署，具有前瞻性，在城市规划阶段考虑城市热岛问题，在源头预防城市热岛问题，节省人力、物力及财力。目前，城市规划在区域资源、绿化植被、下垫面以及城市结构等层面已有研究，然而这些措施对城市高温灾害的改善效果有限[11]；而在城市规模、土地利用、空间形态以及开发强度等层面研究较少[12]，迫切需要系统梳理国内外规划应对城市高温灾害的理论和实践，为我国新型城镇化建设提供借鉴和启示。本文采用Meta-analysis分析方法以及CiteSpace工具，对城市高温灾害的规划响应相关文献进行系统整理，尝试梳理21世纪以来城市高温灾害及其城市规划响应的研究脉络，揭示城市规划应对高温灾害的问题，总结主要响应途径和措施，指出未来城市规划应对高温灾害的研究方向。

1 数据与方法

1.1 数据来源

利用Web of Science和知网（CNKI）分别检索英文和中文文献，检索时间范围是2000—2016年。英文检索的关键词是City heat wave and urban planning，City high temperature disaster and urban planning等城市高温灾害与规划应对的相关词汇；中文文献检索关键词是“城市高温热浪和规划”、“城市高温灾害和规划”等相关关键词；共检索17 966篇文献（图1），进一步从城市研究、环境、气候、地理等学科中筛选出与本文关联性较高的文献359篇。其中，研究气候变化与城市热岛与城市规划的关系的文献较多，针对高温灾害的规划应对的研究相对较少。

1.2 研究方法

使用Meta-analysis分析思路，整合与统计文献，对研究数据、模型、方法、内容和结论进行时间上的整合和归纳。首先，将获取的文献按照时间序列归纳整理，梳理21世纪以来城市高温灾害规划应对的变化情况。其次，系统梳理城市高温灾害的规划理论研究和实践应对方面的异同。最后,较全面地归纳统计城市规划应对高温灾害的主要途径和措施。

此外，利用CiteSpace的共现分析功能，将文献中所有的关键词进行分析，揭示城市高温灾害规划应对的学科领域、研究重点和研究主题的相互关联性及其变化，分析国内外主要研究内容。

2 城市高温灾害规划应对研究

2.1 研究变化情况

利用CiteSpace的共现分析功能分析359篇文献，得到规划应对城市高温灾害研究历年文献变化图（图2）。规划应对城市高温灾害相关的论文虽然随年份变化有所波动，但是总体上呈上升趋势，特别是在2007—2010年及2013—2016年间文献量两次稳步上升。2007年以前对城市规划与高温灾害的关系缺乏了解，因此研究较少。在2007年后，特别是在2008年，一系列高温灾害席卷全球，全球气温比过去30年的平均气温高出0.31 ℃，而且全无缓和迹象[13]。在高温灾害的笼罩下，城市高温灾害的规划应对研究不断增加。2013年也发生了全球高温灾害，是有现代记录以来的10个最暖年份之一[14]。随着年代的变化，气候日益变暖，城市人居环境受到侵扰，在此背景下，对城市高温灾害的规划应对研究引起了重视。

2.2 研究渊源

经过全球的工业化和城市化浪潮后，城市热岛问题更加凸显，城市高温灾害的研究随之增加。使用Meta-analysis对文献进行梳理，发现城市高温灾害研究起源于城市热岛，鼎盛于气候变化，最后才转向对城市高温灾害进行研究（图3）。

1833年，霍华德湖（Lake Howard）首次发现伦敦城市与周边郊区在白天存在1.10 ℃的温度差，而晚上则存在2.10 ℃的温度差[15]，这是人类对城市热岛效应的最初认识。随后城市热岛越来越严重，导致中暑、热相关疾病以及超额死亡率的增加[6]，人类开始采取措施应对城市热岛效应。其中城市规划起着至关重要的作用，通过采取水体降温[16]、改变太阳辐射反射降温[17]、增加绿化、构建合理的城市布局、控制城市建筑色彩[18]等规划措施，有效消减了城市热岛强度。随着城市热岛效应的不断加剧，气候变化越来越显著，各国纷纷采取规划措施应对气候变化，主要涉及土地利用规划[19]和空间规划[20]等层面。通过三十多年的努力，气候变化研究内容由宏观政策措施发展到工程技术手段，由节能减排发展到绿色环保，由国际行动发展到国家计划，由国家倡导发展到全民自觉。21世纪初，在城市热岛和气候变化的双重作用下，城市居民生产与生活环境受到严重影响，城市高温逐渐演变成一种自然灾害，人类开始通过规划途径解决城市高温灾害问题。

2.3 识别主要的研究内容

2.3.1 涉及学科领域

图3 高温灾害研究时序图Fig.3 timing diagram of high temperature disaster researches

图4 关键词共现分析图（辐射范围的大小表示文献的频率：同心圆越大，相应关键词出现的频率越高）Fig.4 key words co-occurrence analysis

城市规划应对高温灾害的研究主要涉及科学技术、物理科学、生命生物医学、社会科学、技术以及艺术人文6个领域，主要集中在科学技术和物理科学领域。在六大领域中又包含了环境生物工程、大气气候以及水资源等47个研究方向，在众多研究方向中，环境科学和气象大气科学占据着主导地位。一篇文献往往涉及多个学科，交叉研究已经成为目前的研究主流。

2.3.2 关键词共现分析

使用CiteSpace对文献的关键词进行共现分析（图4）发现，“气候变化”、“城市”以及“城市热岛”是高频词，在所有关键词中均有中心性。高频和中心关键词确定了目前关于高温灾害的研究的内容和方向。主要研究内容包括：一、气候变化下的城市热环境研究；二、城市热岛的形成、演变机制以及减缓措施；三、以城市规划为中心，包括土地利用、绿化、道路交通等方面的减缓措施；四、以高温灾害为中心，围绕成因、特征以及影响方面形成主要研究内容。城市高温灾害的规划应对措施较少，只能从城市热环境（城市热岛效应、气候变化）的减缓和适应策略中提取，以此来分析当下有效的规划应对措施、政策以及技术方法。

2.4 城市规划应对高温灾害的途径

使用Meta-analysis对国内外减缓和适应城市热环境（城市热岛效应、气候变化以及城市高温灾害）的规划对策进行分析整理，归纳出规划对策主要涉及土地利用、空间结构、道路交通、绿化景观以及建筑等五大途径（表1）。

表1 2000-2016年城市规划应对高温灾害情况Tab.1 summary of urban planning response to high temperature disaster

图5 城市高温灾害主要影响因素[39]Fig.5 main influencing factors of urban high temperature disasters

由表1发现，土地利用、空间结构、交通体系、绿化景观以及建筑是规划应对城市高温灾害的途径，这些途径主要通过改变城市高温灾害的影响因素（图5）来缓解城市高温灾害。

2.4.1 土地利用

城市土地利用类型与城市热环境之间有着相互作用，自然下垫面向城市建设用地的转变是产生城市高温灾害的本源[40]。城市化伴随着土地利用类型的变化，硬质铺装覆盖了自然地表，减少了太阳辐射反射，储存了更多热量，增加了城市热岛效应形成的可能性。同时，城市建设面积增大，不利于城市通风散热，也促进了城市高温灾害的形成。城市土地利用变化是高温灾害形成的主要动因之一，也是应对城市高温灾害的主要层面。

具体措施有：一、控制城市规模。城市的无序扩张导致城市通风难，道路交通及其他热源建筑的建设量增加，城市公共基础设施的运营消耗增加，排放更多的温室气体及热量，影响城市及周边区域的热环境[41]，促进了城市高温灾害的形成。二、土地混合使用[42]。将工作、居住、购物、休闲、学校合理布局，减少交通出行，不仅可以减少能量消耗，也能激活地块活力。三、合理规划绿地水体。绿化、水体的降温作用显著[43]，在城市高温灾害严重的区域更改土地利用类型，强化空间管制，还原自然植被及水体能有效缓解城市高温灾害。四、提倡“节约土地、限制土地封盖”，给未来发展留出余地。五、制定合理的开发强度。提高城市开发强度，减少城市周围的土地变化，保护周边自然土地类型，推行保护周边绿地的中高密度开发模式，限制高温区域的增加。

2.4.2 空间结构

便于通风散热的城市空间结构有助于引入郊区冷空气，降低城市温度，同时能吹散城市中的温室气体，改善城市热环境，降低城市高温灾害形成的可能性[44]。城市空间结构是城市通风散热的主要影响因素，城市空间的布局方式、尺度、连通度与朝向等影响着城市的热环境[45-46]。

具体措施有：一、严格控制空间结构相关指标。城市规划的指标是城市建设及发展的控制条件，是规划实施的有力保障。应严格控制城市空间结构相关的指标，如建筑密度、容积率、建筑限高、绿地率等，有意识地通过指标控制城市空间结构，形成通风廊道[47]。二、构建气候自然调节的城市空间结构[47]。城市道路、公园、广场等开敞空间严重影响城市热环境，建立一个利于自然通风的空间结构十分必要。三、以“紧凑、高效”的理念发展城市空间（图6）。对现阶段城市进行“见缝插针”式的填充，提高新建城区的空间利用率，减少出行能耗。四、以多中心—组团式的模式规划城市布局[48]。单中心的城市一般规模较大，难以将自然风引入城市，不利于城市通风散热。多中心的空间结构能有效减少“微热岛效应”，有助于缓解城市高温。五、规划建设生态通风廊道。充分利用植物及水域的降温效应，保证沿水域两岸有足够空间形成生态通风廊道，严格控制夏季主导风的上风向建筑高度和密度，防止建筑阻挡自然风进入城市[49-50]（图6）。

2.4.3 道路交通

城市道路在一定程度上决定了城市空间结构以及形态。道路的宽度、朝向以及几何形态对城市通风起着全局性和结构性的作用。城市机动交通排放的热量是城市主要的热量来源，也是温室气体的主要排放来源，交通碳排放占全球温室气体排放总量的14%[51]。发展公共交通、绿色交通能有效减少交通热量及温室气体的排放，缓解城市高温灾害。道路用地占城市总用地面积的10%～15%，路面材料直接关系到对太阳辐射的反射程度及太阳能的储存情况。

具体措施有：一、构建易于通风的城市道路系统。在满足交通的前提下，城市主要道路的朝向应充分考虑夏季主导风向，其他等级道路作相应修整[52]（图6）。二、控制合理的街道宽度。城市道路太宽不利于街道峡谷的形成，太窄则不利于城市通风，因此必须控制合理的道路宽度。三、建设高效、便捷的城市公共交通体系。形成以公共交通为导向的城市交通发展模式，建设便捷的城市换乘系统，注重公共交通站点与服务设施的衔接，规划建设舒适、人性化的慢行系统，合理规划布局城市静态交通设施，鼓励绿色出行[53]。四、优化道路绿化及材料配置[48]。以道路绿化串联城市绿地，形成完善的绿化系统。路面采用有助于减少道路升温的低热导、低蓄热材料，增加道路的透水性和蒸发率。

2.4.4 绿化景观

绿色植物能通过光合作用吸收太阳光和CO2，同时蒸腾作用能吸收热量，有效降低周围的温度，水体也具有“冷岛效应”[54]。研究表明，城市的绿化面积增加一倍，热相关的死亡率将会降低5%～28%[55]。但是植被的降温效果与其面积大小、覆盖率、种类和长势密切相关。

图6 城市规划应对高温灾害示意图Fig.6 urban planning response to high temperature disasters

图7 建筑对城市高温灾害作用机理Fig.7 the mechanism of building to reduce urban high temperature disasters

具体措施有：一、完善城市绿色网络体系。规划建设“斑块—廊道—基质”的绿化系统（图6）。二、提高城市绿化覆盖率。严格控制规划项目中的绿地指标，采取奖励机制，鼓励城市绿地建设，注重城市绿化立体化建设，增加乔木种植率[56]。三、以公平的原则发展城市绿地[48]。规划建设均衡的绿化斑块，协调控制城市周边绿地，构建城乡绿地系统。四、建设绿色基础设施。通过绿道连接城市开敞空间，形成网络，使其起到游憩、传播文化和保护生态环境的作用[57]。

2.4.5 建筑

建筑是城市的主体，它决定了城市外部空间的形态特征，对城市热环境影响较大。建筑在建设及运营中消耗大量能源，排放大量CO2，在建筑的生命周期里，碳排放约占总排放量的86%[58]。合理的建筑设计能加速城市通风，缓解城市高温灾害[59]，建筑布局、密度、间距、朝向、形体、体量、绿化以及高度等都会对城市高温产生影响（图7）。

具体措施有：一、建立绿色建筑设计标准[60]。制定绿色建筑节能标准，在规划审批中强制要求建筑低能耗。二、严格控制建筑形体、高度、朝向等[60]。通常情况下，建筑体量越小越有利于减少太阳辐射量和热量储蓄。高层建筑有利于自然通风，同时，采用合理组合方式时，能促进低层建筑的通风[61]（图8）。三、规划屋顶绿化[62]。屋顶绿化能起到隔热作用，也能吸收温室气体，降低高温灾害发生的可能性。

图8 合理的建筑形式及组合示意图Fig.8 resonable building forms and combinations

2.5 应对城市高温灾害的相关实践研究

城市规划应对高温灾害的实践分析发现（表1），目前，仅有少数针对高温灾害的规划应对策略，仅在气候变化和城市热岛中涉及减缓和适应策略、措施及技术方法。主要包括国家行动计划和政策,以及实施性强的生态城、环保社区和工业园区等措施，中观层面的专项规划及法定规划尚十分欠缺。

从城市来看，以美国和欧洲城市的实践最多，主要以法律法规和政策文件限制温室气体的排放，减缓城市高温灾害。美国在国家层面上没有采取行动计划，但是地方政府却制定了相应的行动计划来应对城市高温灾害。欧洲国家的行动计划、应对政策以及发展战略较多。国内对城市高温灾害的研究近年来才逐渐兴起，主要集中在低碳城市的打造以及国家行动计划和政策措施方面，中观层面的规划应对措施较少，有少量专项规划应对[63]，仅在其他规划中略有涉及，但未法定化，得不到有效保障。微观层面的研究比较深入，尤其是对绿化景观、公共交通、节能建筑、合理的空间结构以及绿色交通等规划措施的研究。

城市规划应对高温灾害的实践有着许多共同点。一、整体规划，宏观保障。以国家行动计划提出目标方向，进行统筹安排。二、交通减排，绿色出行。重视节能汽车研发，发展公共交通，提倡绿色出行。三、建筑减排，节能入手。对现有建筑进行节能改造，对新建建筑执行节能标准。四、绿地景观，形成体系。对城市进行绿色装点，增加绿化覆盖，形成绿地系统。

3 研究不足与展望

3.1 研究不足

城市规划应对高温灾害的研究成果较为分散，国内外研究侧重点不一致，目前存在三个方面的问题。

3.1.1 与城市规划的衔接不足

一方面，当前对城市高温灾害的研究偏向于宏观、微观层面，中观层面缺乏有效衔接。在宏观层面，各国提出行动计划、减排政策，指出国家应对高温灾害的方向。在微观层面，采取水体降温、通风散热等具体实施策略，方法体系成熟。尽管应对城市高温灾害的专项规划已有武汉、香港规划[64]，但此类专项规划屈指可数，重庆等高温灾害极其严重的城市尚缺乏规划应对。另一方面，尽管城市规划中考虑了高温灾害，但是缺乏和法定规划的有效衔接。北京城市总体规划中开展了气候适应性评估，但并未法定化，也未提出应对之策。

3.1.2 应对规划少且不全面

目前的研究大多停留在气候变化阶段，只是把城市高温灾害作为气候变化的一种表现，没有将应对高温灾害作为规划编制的目的。尽管目前德国斯图加特、中国香港、日本东京等开展了城市通风廊道规划[64]，但规划体系 不成熟，在国内，专项规划则几乎没有。

3.1.3 缺乏热环境评估体系

目前无法评估规划减缓高温灾害的具体效果，大多应对途径停留在定性分析上，无法科学地给出定量的减缓效益。尽管在斯图加特、香港、武汉、北京等城市规划中进行了城市风环境评估，将减缓城市作为规划的依据，但在规划编制中缺乏对方案热环境的模拟优化过程，在规划实施后更加缺少热环境评估。

3.2 展 望

在全球气候变化背景下，城市高温灾害越发严重。针对目前城市规划应对高温灾害的不足，建议未来从以下几个方面进行强化。

3.2.1 完善宏观、中观以及微观层面的规划应对体系

在宏观、中观以及微观层面上分别提出应对之法，构建系统的规划应对体系。在城市总体规划中提出科学的总体目标，制定减缓策略；确定控制性详细规划中合理的指标体系；在城市设计层面上模拟优化方案，确保合理的城市空间结构。

3.2.2 建立完整的规划应对高温灾害评估体系

在复杂的城市中，城市规划减缓高温灾害的效益无法得到准确评估，无法确定城市规划策略减缓高温灾害的程度以及有效范围，不便作出科学、有效的判断。应在城市规划前期进行高温灾害评估，在规划方案中利用模型进行模拟，并对方案进行优化调整，最后在规划实施后对城市高温灾害的减缓效益进行评估，形成一套完整的评估体系。

3.2.3 制定应对城市高温灾害的规划编制标准

城市规划涵盖的内容丰富庞杂，应对高温灾害的途径多种多样。目前仅提出了单层面的规划策略，组合后的规划策略效果难以保证。应制定应对城市高温灾害的规划编制标准，指导规划编制，将各个层面的规划策略融入城市规划体系。

3.2.4 探索气候友好型城市规划设计方法与手段

随着城市化的快速推进，城市面临着环境污染、气候失调的困境，构建气候友好型城市对城市的健康发展具有重要意义。应采取科学有效的规划设计方法，解决城市气候问题，建设气候友好型城市。

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图表来源：

图1-4：作者绘制

图5：段宠. 深圳虚拟大学园下垫面对热环境的影响与优化策略研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2013.

图6：http://www.ms2010.com/proinfo/05121L1H017.html

图7：薛瑾. 城市热岛产生的空间机理与规划缓减对策[D]. 杭州: 浙江大学, 2008.

图8：冷红, 郭恩章, 袁青. 气候城市设计对策研究[J]. 城市规划, 2003, 27(09): 52.

表1：作者整理绘制