基于CiteSpace 的城市户外小气候环境与公众健康关系研究文献综述

■ 左 佑 ZUO You 张 琳 ZHANG Lin

0 引言

城市户外空间营造通过影响环境中的温度、湿度、辐射照度与风速等小气候因素，进而直接或间接地影响着外部活动空间中公众的生理和心理健康状况。随着全球城市化进程加快，环境因子的扰动使得各类气候灾害性事件频发，严重威胁不同公众群体的生命健康安全。然而，国内外现有研究多关注于城市户外空间形式对环境气候因子的微观影响，以及通过测量和软件模拟等手段对小气候热舒适环境进行定量评估和可视化模拟，缺乏对户外空间营造所产生的小气候环境对居民健康状况影响的关注。本研究希望在归纳整理现有文献的基础上，利用CiteSpace 可视化图解，探讨空间环境营造、小气候动态感知与公众健康水平之间的关联性与相互作用机制。

1 相关概念及理论

1.1 城市户外小气候环境概念

城市户外小气候环境的研究尺度从属于城市气候总体范畴之下[1]，其研究对象以城市街区、公园广场、滨水绿地等特定气候环境为主。通常，小气候要素的类型主要有光环境、温度环境、湿度环境、风环境、大气环境等[2]，各小气候因子之间也存在复杂的相互作用关系[3]。

1.2 户外环境使用者健康状况界定

户外小气候环境对空间使用者的热舒适感知产生影响，并刺激各类瞬时生理健康指标，如局部皮肤温度、皮肤电水平、心率变异性等；同时，小气候环境对空间使用者的心理与行为健康状况也有潜在影响[4]。为此，相关研究[5]提出：户外环境小气候人体舒适度包括“动态”与“适应”双重维度，由生理感受、心理感知和行为认知三元耦合共同组成，揭示了户外小气候环境中使用者健康维度的理论范畴。

1.3 户外小气候环境与公众健康状况关系研究

随着全球城市化进程加快，公众健康问题逐渐凸显。户外小气候环境对公众的身心健康具有不可忽视的影响[6]，主要涉及户外气候环境与瞬时生理健康指标（热舒适、热应激）、长期生理健康测度（运动能力、生理功能）和心理健康状态（情绪状况、社交意愿）等相关领域。其中：生理健康领域的基础研究包括室外高温导致体温升高和中暑等热应激反应、湿度与流感等传染病传播的密切关系、城市风环境对于城市居民的呼吸系统健康的间接影响、紫外线辐射暴露过多导致的皮肤系统疾病等[7-10]；心理健康方面的研究则关注高温高湿环境对社区居民的心理负面影响、光污染导致的睡眠质量下降与心理疾病等[11-12]。上述研究大多建立了单一环境气候因素与受众健康状况之间的相关性，且有少部分揭示了户外小气候因子综合作用产生的健康影响。

2 城市户外小气候环境与公众健康研究内容综述

2.1 文献检索

本次研究利用WOS 核心数据库及CNKI 数据库进行基础文献检索与 下 载（2022-09-16—2022-11-30），主要涉及“城市户外空间”“小气候环境”“公众健康”3 组关键词。

（1）城市户外空间的检索词包括： 城市户外环境（urban environment、built environment、urban design）与城市自然环境（urban forest、natural environment、urban greenery）。

（2）小气候环境的检索词包括小气候环境（microclimate environment）、 空 气 污 染（air pollution）、 热 环 境（thermal environment）、 光 环 境（light environment）、 风 环 境（windy environment）、湿度环境（drainage arriagement）等。

（3）公众健康的检索词则主要分为生理健康（physcical health）与心理健康（psycological health）两个层面。其中：生理健康层面在参考其他相关文献综述后，将检索词设定为表征瞬时健康状况的 热 舒 适（thermal comfort）、热应激（heat stress）、风寒效应（wind-chill effect） 等， 表 征 长期健康状况的生理活动如绿色接触（green contact）、 能 量 活 动 如运 动 健 身（sports promotion），以及各类气候相关疾病如呼吸系统疾 病（respiratory diseases） 和 心脑血管疾病（cardiovascular and cerebrovascular diseases）等；心理健康层面则着重关注户外空间使用者的情绪状况（emotional state）、社交意愿（social willingness）、自评健康状况（self rated health status）等指标，同时兼顾对研究对象的性别和年龄分层，并重点关注老年人（the elderly）、儿童（children）和亚健康人群（sub-health people）。

值得注意的是，公众健康概念中的生理和心理健康状况，其内部各类型表征之间存在相互影响，采用CiteSpace 软件进行文献去重工作后，共检索收录城市户外小气候环境与公众健康相关研究文献528 篇。

2.2 CiteSpace 可视化图解

2.2.1 国外相关研究图解

国外户外小气候环境对公众健康状况影响的研究始于20 世纪70 年代，该领域的发文量自21 世纪以来一直保持稳定的增长态势。研究主要集中在建成环境科学、建筑能耗、可持续设计、气象学、公共健康等领域，其中：重点研究国家主要包括美国、加拿大、德国、日本等（图1），且美国、新西兰和瑞典的相关研究发源较早，分别始于20 世纪70 年代、80 年代中期和90 年代；重要研究者包 括Brown、Carmeliet、Allegrini、Chuchkova 等。

图1 WOS 国家统计图

由图2、3 可知，相关研究最初关注环境气候污染导致的负面健康效应，并相继展开与城市热岛效应相关的建成环境热适应性研究、气候热感知评价，以及城市内部街道、住区热环境对健康效应影响的研究；随后在户外小气候热健康领域的带动下，21 世纪初的研究主要着眼于光照辐射、风和湿度环境对特定空间使用者健康状态的影响[13]。与此同时，相关技术领域得到发展，如用于场地气候因子实测的可移动气象站和用于户外小气候环境模拟的Envi-met 软件研发等[14]；生理健康数据测量仪器也常与问卷调研或结构性访谈相结合，用于调查空间使用者健康水平与小气候环境的相关联系。伴随着公众对气候环境与健康相互关系认知的逐渐加深，健康促进视角下的城市户外小气候环境规划设计逐渐成为重要研究领域。

图2 WOS 关键词共现图

图3 WOS 文献共被引时间线分布图

2.2.2 国内相关研究图解

国内关于户外小气候环境与公众健康之间关系的研究稍晚于国外，且主要针对户外热舒适气象因子筛选、人群活动热舒适性评价和基于环境热感知的规划设计策略三大视角（图4～6）。研究过程中，通常将测量、感知和评价融入到户外小气候环境与人群健康测度之中，搭建气候友好型空间规划设计路径[15]。此外，为了解小气候环境在促进人群运动与自然绿色接触方面的积极作用，赵晓龙团队[16]将寒地城市公园春季居民的休闲活动强度与场地小气候热舒适性进行关联。在古典园林小气候研究领域，熊瑶等[17]则剖析传统园林小气候营造的具体理法，对园林设计要素及组合模式的气候健康影响进行有效论证。

图4 CNKI 关键词时间线分布图

图5 CNKI 关键词共现图

图6 CNKI 关键词聚类图

2.3 共被引网络与整体图景

本次研究主要基于WOS 数据库文献检索结果，对城市户外小气候环境与公众健康关系研究进行图景整合、网络梳理和聚类划分；同时，将CNKI 中文期刊检索结果作为各细分话题的内容扩充。研究涵盖了城市热岛效应下的城市整体格局、城市风廊研究，户外开放空间中的街道感知、建筑高宽比和城市绿化结构研究，以及环境可持续营造视角下的绿色基础设施布局、住区气候公平性研究等多个维度聚类（图7～9）。

图8 基于WOS 共被引聚类图

图9 基于WOS 分话题聚类图

3 细分话题聚类与具体分话题

对相同含义聚类进行整合，可大体将现有研究归纳为3 类，即：城市热岛效应背景下城市小气候环境对公众健康影响的研究聚类、户外开放空间规划设计中小气候环境对公众健康影响的研究聚类和可持续适应性营造过程中小气候环境对公众健康影响的研究聚类。

3.1 城市热岛效应背景下城市小气候环境对公众健康影响的研究聚类

降低或加剧城市热岛效应，都会影响公众的热舒适和热健康。现有研究大多聚焦于城市热岛效应对公众热健康的影响，且以城市极端热浪引发人群不良热应激反应的相关研究占据主导，如D'Ippoliti 等[18]在罗马开展的一项研究中，重点关注60 岁以上老人的死亡率与强烈气候事件之间的联系[18]。另一项基于东京马拉松运动员在高温气候环境中热应激风险的研究[19]，则通过对赛程选线的热环境温度和太阳辐射进行量化，为跑步者提供更加科学健康的路线规划。此外，城市规划者也试图验证城市几何结构与环境肌理对城市热岛效应的缓解作用，并重点关注城市形态、街道纵横比、街道朝向、天空视图因子和城市绿化结构的小气候特征。

（1）城市形态研究领域关注城市整体布局和街区形态的气候特性。Barton[21]认为不同的城市布局模式和设施配置会产生不同的区域气候环境；在荷兰的某项研究[22]中，对5 种不同密度的城市形态进行小气候模拟，发现紧凑型城市空间对市区热舒适度有较好影响；而在街区尺度方面，单列、线性和庭院围合式街区住宅形式通过影响热辐射温度和风速来影响区域热舒适性，并作用于街区居民的热健康状况[23]。

（2）城市街道纵横比对气温感知和风环境具有重要影响。在斯里兰卡的一项研究[21]中，不同纵横比城市区域同一时间的温差可高达7℃。较高的街道纵横比往往可通过建筑投影来降低日间的区域气温和直接热辐射水平，进而降低户外市民的生理等效温度（PET）；而夜晚由于高密建筑环境对风的遮挡作用，可导致区域温度抬升10%。

（3）街道朝向直接影响太阳辐射与空气移动。首先是对太阳辐射的影响。在亚热带地区，东西朝向街道可在夏季比南北朝向街道接收到更多的太阳辐射[24]；研究人员在对阿尔及利亚干热气候区域和德国温带气候区域的比较研究[25]中发现，大多数地区东南—西北朝向街道的室外热舒适性较好。其次，街道朝向对区域空气质量也有明显作用，可影响风速带动空气污染物传播。值得注意的是，街道绿化密度的增加可能导致区域气温与空气质量两种气候健康因子之间的矛盾[26]。

（4）天空视图因子（SVF）定义了城市范围内在建筑物和植物围合下朝向天空的视野水平，是表征太阳直接热辐射量的重要参数指标[27]。较低的天空视图因子通常与昼间城市冷岛（局部气温减低）和夜间城市热岛（局部气温升高）效应有关。白天，通过更多的遮荫量降低区域平均辐射温度；夜晚，低SVF 限制来自地表的长波辐射损失和湍流传热[28]，致使区域室外热辐射温度升高，进而影响城市居民的户外热感知。

（5）城市绿化结构包括城市森林、绿色基础设施、城市屋顶绿化、大型城市公园、街区树木种植等。城市中，大量的绿化种植通过中观尺度下的蒸腾冷却效益和微观尺度下的树冠遮荫降温作用，来改变局地气温、风速、湿度等；并通过去除O3等空气污染物，营造相对舒适健康的户外气候环境[29]。有研究通过荟萃分析（即Meta 分析）量化城市公园在500 m 范围内的降温效应，并通过生理热感知投票和心理认识地图，证实大型公园绿地对附近居民的健康效益 [30]。

城市热岛效应对应的城市规划设计视角阐释了不同的城市形态、朝向方位等对公众热舒适的影响，其研究方法多使用小气候软件建模与实地测量，健康评价标准多聚焦于热感知、热舒适性、热应激反应等瞬时健康指标。由于城市结构在奠定之初的气候格局相对稳定，人群长期受到建成环境中各类小气候因子的综合作用。基于此，将城市热岛效应与公众的长时序健康评估及经常性健康行为进行关联，动态观察户外小气候环境，对于公众健康的潜在影响具有重要研究意义。

3.2 户外开放空间规划设计中小气候环境对公众健康影响的研究聚类

户外开放空间主要包括城市公园、广场、滨水绿地和居住区绿地等市民经常到访的户外活动场所，因其规模结构、功能类型和植被覆盖度的不同，表现出不同的小气候环境特征；而空间使用者在其中进行的自然接触、休闲运动等行为，均受到环境小气候因子的影响[31]。研究过程中，通常会对使用者年龄和性别进行分层，并对适用于某一特定群体的气候友好型环境设计手法进行着重考量。

（1）城市公园往往是城市建成环境中的“冷点区域”。Brown 等[32]基于人群热舒适性和健康脆弱性进行相关研究，重点强调了公园内部植被种植对温度、热辐射和风速的降低效益。另外，一项关于寒地城市公园春季休闲体力活动水平与小气候热舒适关联性的研究[16]表明，人群休闲活动时长、强度、代谢量、主观意愿和社交需求与公园内的小气候因子和环境热舒适性存在较强相关性。

（2）城市广场是城市居民大量开展户外活动的场所，也是气候威胁暴露重点区域。在德国慕尼黑的一项研究[33]中，使用Envi-met V4 模型比较矩形广场白昼和夜晚的热舒适值，结果表明：广场树木量及草坪面积可作为气候适应性设计的绿化指标。在广场空间热感知层面，有研究[34]通过各种气候环境变量推导出个体心理因素在舒适感知建模中的重要性，提高了对城市广场热舒适度评估的理解。

（3）城市滨水空间的小气候环境具有生态复合性。环境使用者的舒适度与健康水平受到水体面积和流速、滨水空间开阔度、绿化覆盖度等多方面影响；而接触城市滨水空间，与减少环境伤害、减少压力、促进社会接触和老年居民的心理健康有密切关系。澳大利亚水敏性城市设计目标[35]提出了一种在城市景观中保留水体空间的机制，通过增强蒸散和表面冷却来降低城市气温，以最大限度地实现气候健康效益。

（4）城市住区户外小气候环境对居民的身心健康存在最直接的影响。随着气候环境恶化与公共卫生事件频发，缓解邻里户外空间的公众健康压力受到重点关注。在一项关于广州住区户外小气候健康环境的研究[36]中，利用SF-36 健康量表，找出对居民生理心理和综合健康状况影响最明显的小气候因子，并提出优化建议；卡塞尔地区公共卫生部[37]通过绘制人口特征图与小气候数据图，为缓解居民热应激反应提供有效的规划预防方案。

（5）儿童和老年活动场地以及运动场等其他户外活动场所往往暴露在高温、高辐射率的气候环境下[38]，然而许多热量指数、能量预算模型和健康评估方法未能对这些场所进行充分的参数化考量[39-40]。同时，空气污染暴露（即PM2.5污染浓度）被认为是户外活动的又一重要威胁。例如，对加拿大温莎2 328 名学龄儿童（9～11 岁）呼吸健康状况的研究表明，居住在尾气污染道路半径200 m范围内的儿童，哮喘患病率增加15%[41]。此外，多项老年户外活动空间的热感知研究[42-43]表明，老年人对不良气候所带来的不适反应具有滞后性 ，较好的光照度与较高的环境温度对老年人呼吸系统疾病和心脑血管疾病具有缓解作用。

随着研究区域和尺度的精细微观化，对城市户外开放空间的小气候环境研究更加关注不同气候因子对空间使用者的综合影响，其研究方法包括现场实地测量、问卷调查与气候环境建模等。结合多维度气候环境测量结果，分类整合不同的空间设计手法、设施布局与绿化围合方式，同时针对特定户外空间使用者的生理心理特征，为其制定科学合理的户外能量预算模型与气候安全指标，是未来优化方向[41]。

3.3 可持续适应性营造过程中小气候环境对公众健康影响的研究聚类

此类研究重点关注城市营造过程中户外小气候环境的社会生态效益及其对公众健康的间接影响，如区域生态系统气候调节、户外气候环境的公平性探讨与城市能源环境的气候健康议题等。

（1）在区域生态系统气候调节服务方面，大面积的城市森林与绿色基础设施不仅可调节区域小气候环境，还可缓解过敏原、热暴露、空气污染等公共卫生问题，对城市水、热、碳和污染循环等长时序气候生态过程产生深远影响[44]。有调查显示，大型城市公共绿地的种植结构、维护管理与城市生态系统的气候调节和污染净化能力有关[45]。因此从城市整体规划视角，重视与维护绿地生态系统的气候调节功能，是一项维护长久公众健康与可持续发展的有效路径。

（2）户外气候健康环境的公平性问题关系到整个社区群体的生命健康福祉，也关系到气候视角下的社会价值导向与公众健康意识。极端气候现象往往导致生活在基础设施不完备环境中的群体遭遇重创[46]。美国凤凰城的一项研究[47]表明，较高的居住密度、稀疏的植被和公共空间的缺乏与夏季室外高温和热应激反应显著相关，因此，针对弱势群体聚居区域的气候环境资源公平分配问题值得重点关注。

（3）城市能源环境气候健康议题关注能源消耗与城市热岛效应之间的相互联系。例如，建筑环境散热能耗与交通环境污染能耗等往往会产生过多的热通量（又称热流密度），导致室内外热传导与热交换加剧[48]。现有规划设计手段引入绿色屋顶和室外立体绿化，在减少建筑耗能和碳排放方面的潜力值得肯定，但高效科学的气候友好型城市环境规划依然任重道

远[49]。

聚焦社会生态健康的户外小气候环境研究面向更加长远的社会公众健康领域。其中：气候舒适性环境的不公平性暴露了城市生态系统气候调节功能分配的不当[48]，未来规划者可以从城市绿地结构优化与合理配置层面照顾更加容易受到极端气候侵袭的社会弱势群体；而在建成环境能耗监督层面，建筑内外的气候环境联动是必然趋势，碳排放量的降低同样对缓解室外气候压力，更好地发挥城市生态系统气候调节功能大有裨益[45]。

4 结语

综上所述，本研究通过归纳整理城市户外小气候环境与公众健康关系的现有文献，利用CiteSpace 可视化图解，从城市热岛效应缓解、户外开放空间设计和适应性可持续营造视角，探讨空间环境营造、小气候动态感知与公众健康水平之间的关联性与相互作用机制，为小气候环境感知与公众健康理念融入城市户外空间改造提供参考；揭示了该领域的研究热点由传统气候热舒适感知等生理健康领域逐渐向心理与行为健康及三者融合的领域发展，同时注重户外环境设计、小气候指标测量与公众健康评估间的动态适应性关系。由于兼顾多元城市户外场景与多样小气候环境因子的综合适应性框架尚未搭建，且可持续性营造过程中气候社会生态效益的相关研究相对匮乏，未来研究应更加着眼于城市存量改造中小气候环境宏微观测量指标制定与可持续优化管理，在加强公众健康特征评估精细多元化的同时，强调多维城市空间尺度的智慧化小气候环境建模在户外环境规划设计中的交互模拟应用，为创造气候宜居型的健康城市户外环境提供支持。