黔东传统聚落空间要素识别与气候因子的关联性研究

李鹏程，展长虹，靳泽明

(1.哈尔滨工业大学 建筑学院，黑龙江 哈尔滨 150001；2.大连民族大学 建筑学院，辽宁 大连 116650)

传统聚落空间是中国传统文化的重要载体，是各族人民在漫长的历史长河中，用实践逐渐积累、进化而形成的人类智慧，它所包含的顺应自然、尊重自然、利用自然、保护自然以及与自然和谐共处的生态观。其中，气候因素作为聚落空间选址布局的重要考量，蕴含丰富的生态智慧。关于传统聚落空间与气候因子的研究，国外学者R Cantin[1]、Nicola Cardinale[2]、A S Dili[3]等分别对法国、意大利、印度等地区的典型传统聚落建筑进行气候因子数据分析，并得出聚落建筑适应当地气候条件的建筑形式、材料、构造等方面，并进行量化分析。国内学者刘加平[4]、林荣波[5-6]分别对西北地区传统窑洞、皖南传统建筑进行实测及模型分析，得出传统建筑气候适应性特征。董靓[7-8]对气候热舒适度评价方面做了大量工作，提出了适应温度、湿度、风、日照等气候因子的评价策略。肖毅强[9-10]首先提出了“气候空间”概念，并在气候空间的研究中聚焦空间尺度问题，在定性认知的基础上，通过实测和模拟分析，对气候空间尺度进行定量分析。总体而言，国内外相关研究都是从传统建筑逐渐向聚落进行转变，研究尺度也多是微中观层面，而总结分析传统聚落选址、空间布局与气候因素的生态智慧研究比较少。本文运用类比归纳等方法，分析黔东传统聚落选址布局的总体特征与气候因子的关联性，挖掘传统聚落中蕴含的生态智慧，为传统聚落的保护、传承和新农村建设提供理论依据。

1 研究对象与研究方法

1.1 研究对象

1.1.1 研究概况

黔东地区地处云贵高原向湘西丘陵过度斜坡地带，主要指具有“黔东门户”美誉的贵州铜仁地区，介于东经107°45'～109°30'、北纬27°07'～29°05'之间，西北高、东南低，境内山地占67.8%为主要地貌，丘陵占28.3%，其他占3.9%，海波在300～1200 m之间。其中包括2区4县以及4个自治县，区域面积18 003 km2，气候属于中亚热带季风湿润气候区，季风气候明显，主导风向为偏北风和东北风，年平均气温7.6 ℃～17.6 ℃，年平均湿度76%～88%，年平均降水量1100～1400 mm，年平均风速0.8～2.3 m·s-1，无霜期275～317 d，光照适宜、热量丰富、降水充沛。大部分地区温和湿润，山间、河谷等立体气候显著，有“山高一丈，大不一样”、“一山有四季，十里不同天”的气候特征。

1.1.2 研究来源

自2012起，国家住房和城乡建设部等七部委联合组织申报、审核，入选“中国传统村落名录”，截止2019年6月，全国已公布五批次入选村落共计6 819个，其中，铜仁地区入选聚落110个，占全国入选村落1.6%，占贵州入选聚落15.2%。在全国地级市中名列前茅。本文研究黔东传统聚落空间特征与气候因素关联性，是以铜仁地区入选名录的110个传统聚落为研究来源。黔东110个典型传统聚落分布如图1。

图1 黔东110个典型传统聚落分布(作者自绘)

1.2 研究方法

根据黔东地区的地形特征和聚落分布特点，通过omap三维地球卫星影像图对黔东110个典型传统聚落地形特征、布局形态、海拔、坡向、坡度、建筑朝向进行类比归纳分析，发掘空间布局的潜在规律，为气候因素的分析提供空间数据和前提条件；对黔东不同地域地势特征进行气候数据收集，且从风环境、降水、温度等气象条件进行区域量化数据比较分析；建立黔东传统聚落空间与气候因子及时空条件的“耦合关联性模式”，试图探索“全尺度、全时空”的分析方法；分析黔东山地类型空间与气候因子的关联性，对110个传统聚落空间的微气候因子评价及微气候的适应性进行归纳阐释。

2 黔东传统聚落空间要素识别

分析黔东传统聚落的地形地貌，并结合110个传统聚落空间环境特征，把该地区传统聚落的物理空间要素分为6大类和35小类，并逐一进行空间要素识别和类比归纳，挖掘传统聚落空间布局的生态智慧，为后续气候视角的空间环境研究提供可靠数据支撑。本文数据统计来源依据omap地球卫星影像，对黔东110个典型传统聚落空间要素识别如图2。

图2 黔东110个典型传统聚落空间要素识别(作者自绘)

2.1 地形特征

根据黔东地形地貌特征，将聚落按地处地形分为5类，经过逐一鉴别，类比归纳，据统计结果显示如图3。聚落地处山腰、山脚、山谷分别是30个、31个和16个，共占比70%；地处聚落丘陵25个，占比23%；地势平坦是由台地或山脚下较大面积平坦地貌组成有8个聚落，占比7%。在地形特征归纳中，没有发现在山顶的聚落。

2.2 布局形态类型

根据对黔东聚落布局形态类型归纳，将布局形态类型分为4种如图4。经统计山地聚落布局91%都是沿等高线布局，其中，集中型聚落70个，分散组团型聚落30个。当地形特征趋于平坦或处于谷底时，9%聚落布局形态按非等高线布局。

图3 聚落地形特征统计

图4 聚落布局形态统计

2.3 聚落海拔

根据对110个黔东聚落海拔特征归纳，海拔在239～1199 m之间，平均海拔700 m左右。据统计结果显示如图5。传统聚落主要集中在300～1000 m的海拔范围内，占比92.7%。其中，占比最大是500～700 m共有聚落43个。海拔大于1000 m的聚落有7个，坪所村为最高1 189 m，小于300 m的聚落有1个，克兰寨村为最低255m，根据黔东山地分布情况分析，传统聚落海波分布完全符合地域海拔特征，以及基本符合地域海拔分布。

2.4 聚落坡度变化

以110个黔东聚落为典型代表的研究对象，据统计结果显示如图6，坡度在0°～28°之间。大部分聚落分布在0°～20°范围内，占比97.2%，处于20°以上3个传统聚落分别是漆树坪村、茶园村、岩阡头村，其中，茶树园坡度最大28°。

2.5 聚落坡向

由于黔东地处山地向丘陵过度地带，地貌复杂多样，山脉丘陵纷繁交错，坡向规律性不明显。据统计结果显示如图7。坡向单一的聚落86个，占比78.2%，2及以上坡向聚落24个，占比21.8%，其中东南坡向最多16个，东北坡向只有渠沟村1个。

2.6 聚落建筑朝向

山地地形中坡向是决定建筑朝向最重要的依据，“适应地势，依山而建，背山面水”就是对聚落建筑朝向界定，根据对建筑朝向统计结果显示如图8。聚落建筑2个及以上朝向有24个，占比21.8%。聚落建筑超出80%以上界定为单一朝向，其中，东南朝向最多，有25个，北朝向最少，有3个。

图5 坡度分布统计

图6 海拔分布统计

图7 坡向分布统计

图8 建筑朝向统计

3 黔东山地气候特征

3.1 黔东山区风环境分析

首先，黔东地处东亚季风区内，具有明显的季节变换，季风气候明显，冬季盛行偏北风和东北风，夏季盛行南风和西南风，春秋两季不如冬夏风向稳定规律，但偏北风和东北风天数最多。由于黔东山区海拔变化比较大，下垫层比较复杂，由于太阳辐射照射不均匀和高程差形成温度不同，从而引起压力差产生的风。热循环系统、伯努利效应、绕流效应、哑口效应、峡谷风效应等，使得黔东山地风环境变得格外复杂多变。其次，黔东地区以梵净山为主峰的武陵山脉，自北向南贯穿铜仁中部，位于印江、松桃、江口三县交汇处，东西两侧形成不同的风环境，从而带来不同的温度差和降水量。

3.2 黔东山区降水分析

黔东地区降水受中亚热带季风湿热气候和武陵山脉影响，年降水量相对稳定，以武陵山脉为例，结合气象数据及文献资料，分析不同坡向对降水的影响。东侧为松桃县、江口县年平均降水1 300 mm，西侧为沿河县、思南县、印江县年降水1 100 mm，由此可见，山体两侧降水差异显著，东坡和东北坡处于南来暖风湿润气流迎风面，庞大的山体对北上气流起阻挡作用，从而上升成云，最终形成降水。当部分气流翻过山脉，下沉增温，形成降水，且水量逐渐减少，且东坡比西坡降水量多平均15%左右。通过对单坡向降水分析，迎风坡降水山脚逐渐增多，越到山顶减少趋势，背风坡随着海拔降低逐渐增多，但山区山脉纵横，地势复杂，成雨原因众多，理论情况常常被打破。黔东地区武陵山脉不同坡向降水量见表1。

表1 黔东地区武陵山脉不同坡向降水量(数据来中国气象网) mm

3.3 黔东山区温度分析

黔东山地温度变化从两方面进行分析，一是海拔高度影响，二是坡向影响。根据该地区气象数据分析和文献资料分析，武陵山脉东侧常受到北方气流影响，山脉又起到阻隔作用，根据数据分析显示，东侧迎风坡年平均温度低于西侧背风坡平均1.5 ℃。根据海拔数据分析，该地区海波每升高100 m，温度平均降低0.53 ℃。黔东地区武陵山脉不同坡向温度和主峰不同海拔、温度变化情况分别见表2～3。

表2 黔东地区武陵山脉不同坡向温度(数据来中国气象网) ℃

表3 黔东地区武陵山脉主峰梵净山不同海波与季节温度(数据来中国气象网汇总)

3.4 黔东山区日照分析

黔东地区受山地及中亚热带季风湿润气候类型影响，阴雨天气较多，年日照时数在1 084.7～1 323.6 h之间，日平均日照在2.9～3.6 h之间，年总辐射为329～370 kJ·cm-2之间，明显低于华北平原、长江中下游，以及贵州其他地区，均处于贵州省日照和年辐射量较低区间。

4 空间要素识别与气候特征关联性分析

传统聚落空间特征受众多因素的影响，气候因素是重要方面之一，本文将聚落空间分为聚落选址、聚落布局、建筑形式、材料构造，与气候主要影响因子温度、日照、风、湿度进行关联分析如图9。同时，建立“耦合关联性模型”，试图用“全尺度、全时空”的模型探索聚落空间与气候因子的适应关联。

图9 传统聚落气候适应性示意图

4.1 建立“耦合关联性模式”分析方法

黔东山地传统聚落空间微气候因素分析为：宏观聚落空间尺度、中观建筑空间尺度、微观材料构造尺度。不同空间尺度的气候因素形成相对客观的微气候适应环境。以聚落空间的气候适应性为X向量，材料构造的气候适应性为Y向量，建筑空间的适应性为Z向量，MXY、MXZ、MYZ点分别代表不同尺度空间气候适应性的耦合关联，从而建立全尺度空间气候适应性耦合关联NXYZ如图10。其中，对角线0N向量为全尺度空间气候适应性的集合如图11。不同地形特征的气候适应性分别用NXYZ-1、NXYZ-2、NXYZ-3……，并且相同地形特征的不同季节，即，春、夏、秋、冬、气候适应性情况也表现差异如图12。

传统聚落气候适应性应该充分考虑四季的气候条件，人体热舒适度作为过程评价的重要指标，进而影响聚落的空间特征。并且空间特征表现出来的是全季节人体热舒适度综合评价，因此，传统聚落在选址过程中考虑往往是一个季节的气候优化空间条件，可能会忽略其他季节，但在聚落组织布局、建筑形式、材料构造发展过程中，全尺度空间逐渐适应气候环境，形成相对优化的人体热舒适性，因此，传统聚落气候适宜性是全尺度、多因素等较为复杂的耦合结果。

图11 传统聚落不同空间尺度气候适应性关联

图12 不同空间要素识别的微气候适应性优化示意图

4.2 黔东传统聚落微气候适应性分析

黔东山地传统聚落空间特征与主要微气候因素(温度、湿度、日照、风环境)关系。介于黔东山地特征复杂多变，不同地势存在高、中、低位。因而将地势与主要气候因素进行分析见表4。同时，根据地形特征与气候因子关联，对黔东山地110个传统聚落空间的进行类比归纳，将聚落空间分为：平地开敞型、山腰依靠型、山脚坡地型、山谷谷底型、丘陵多变型，且与气候因子及微气候特征关联分析见表5。

表4 黔东地区山地微气候特征分析

5 结 论

通过对黔东典型传统聚落空间要素识别，气候环境特征分析，以及气候视角的生态智慧挖掘，研究结果显示：(1)不同空间地形特征的气候环境差异性较大，聚落空间适应气候特征是对温度、湿度、日照、风等气候因子的综合评价。(2)同一聚落不同尺度空间对气候适应性反映出的优化程度也不尽相同，传统聚落空间气候适应性是全尺度综合分析后的相对优化适应性的体现。(3)传统聚落空间气候适应性在不同季节的适应程度不同，有的传统聚落空间更适应黔东地区冬季湿冷气候特征，例如，背风坡山谷。有的聚落空间更适应黔东地区夏季闷热气候特征，例如，迎风坡山腰。因此，评价该地区传统聚落空间气候适应性应从不同季节热舒适度环境综合考量。

在课题研究过程中，也存在一些问题：(1)不同空间尺度上的气候适应性不同，传统聚落空间气候适应性是全尺度综合评价，目前研究中全尺度综合评价体系还没有健全。(2)同一聚落空间不同季节的气候适应性程度不相同，评价传统聚落空间气候适应性是不同季节的综合反映，在聚落全尺度空间和四季气候适应性的分析模式有待进一步完善。

表5 黔东山地传统聚落空间类型特征的微气候环境