国外早在古罗马时期就对建筑的自然通风问题有所研究，维特鲁威（Vitruvius）在他的著作《建筑十书》中对建筑设计中的自然通风问题以及解决这些问题的手法有详细的阐述[38]。19世纪末诞生了第一份关于城市气候的调查，Benedik Pater和Albert Kratze在《城市气候》一书中集中探讨了城市气候与乡村气候的差异性[39]。国外关于城市规划和建设中的通风问题的研究主要分为三个阶段。
1.起始阶段（20世纪50—70年代）
（1）确定气候分析基本原则
在这个阶段，学者们开始关注如何使城市气候研究能够引导城市规划，如何使以规划为导向的气象数据能够得以直观展示，主要围绕关键气象参数的选取以及客观地分析评估两个方面展开。许多学者针对气象参数的选取展开研究，如Böer[40]、Cehak和Schwarz[41]分别采用表格形式罗列了建筑、规划、建设与使用等每个阶段可能需要的气象参数。而针对气象数据的评估方法则缺乏客观性，大多依据主观感受进行评价，通常简单划分为从很差到很好的5或6个等级。如Eriksen在1964年的现状城市气候评价中，选取了温度、湿度、空气、风、辐射状况五个气象要素，划分为很差、差、中等、好、很好六个大类，并在评估的基础上针对新建居住区的选址、气候敏感功能的选址、重度污染工业的选址、滨河港湾区的开发利用以及老城的更新策略等提出规划建议[42]。因此，关于气象要素的选取和评价虽然在概念上已经清晰明了，但在实践操作中仍有失偏颇。这个问题直到通过Leser和Kress两位学者的研究才得以解决。Leser在平面图上利用图例和边界线描绘了各类气象因素的分布状况，从而制作完成了对城市规划具有引导作用的气候调查图[43]。Kress等人以法兰克福陶努斯港区以及鲁尔区为例研究了城市气候现状的评价方法，并指出城市气候研究无论在综合规划层面还是专业规划层面都存在引导的可能性[44]。至此，城市气候分析基本原则得以基本确定。
（2）提出城市环境气候图概念
在这个阶段，学者们还提出了城市环境气候图的概念雏形。德国是这方面的先驱，是世界上其他国家城市环境气候图绘制的参照样本。早在20世纪50年代初，德国学者Knoch教授在对德国黑森和巴伐利亚州研究的基础上，首次提出了城市环境气候图的概念雏形，即绘制不同尺度的、以规划应用为导向的气候图[45]，从此拉开了城市环境气候图绘制发展的序幕。20世纪60年代末，德国各个城市开始广泛接受城市环境气候图的分析思路和绘制方法，城市环境气候图逐渐成为城市规划、城市气候调查以及气候变化措施过程中必不可少的步骤。20世纪70年代，联邦德国一直致力于强化地理科学的图示化研究，并开展以城市规划为导向的地图学研究。斯图加特为了缓解弱风环境下的城市气候污染问题，将气候学知识应用于实际的土地利用规划和环境规划中，成为首个正式开展城市环境气候研究与应用的城市[46]。
城市环境气候图包括城市环境分析图和城市气候规划建议图，是在综合各类气象要素、地形地貌数据以及城市规划要素的基础上整理出来的。其中城市环境分析图由气候学家和地理学家共同完成，主要是将各类气象要素和评估信息直观地表达在地图上；而城市气候规划建议图则需气候学家、地理学家以及规划师合作完成，主要是在气候评估和分析的基础上，将其转化为建筑师和规划师都能读懂的语言，风速、风向分布以及通风廊道都能被直观地图化表现，有利于对规划工作的引导。
2.发展阶段（20世纪80年代—90年代初）
（1）确定城市规划中气候要素的整合步骤
1979年，R.Kress等人在当时的城市规划法律和气候学研究成果的基础上，提出了整合城市规划与空气卫生要求的构想，引起了学界对城市规划中整合气候要素的关注和探讨。1987年，建筑师乔安娜·施玛茨提出了在建筑和城市规划中整合气候因素的可能性，并确定了在城市规划中整合气候要素的步骤：1）选取对城市规划具有重要影响的气候要素；2）通过气象局或者观测站等获取该气象要素的数值；3）评估城市气候环境现状；4）确定可能影响城市建设的气候要素；5）获得城市建设对气候要素产生的具体影响；6）再评估未来的城市气候环境状况；7）改变能改变的城市建设要素。该构想确定了评估—规划—检测—改进的顺序，对以规划为导向的城市气候环境的发展具有重要意义。
（2）城市环境气候图在城市建设中的作用日渐提升(www.xing528.com)
二战后，鲁尔工业区是德国经济复苏的发动机，是当时全球重要的制造业基地，也是德国空气污染的重灾区，雾霾天气严重到“伸手不见五指”。20世纪80年代，为了缓解工业区的空气污染问题，鲁尔区超过25个城市参加了当地政府提出的空气质量分级改善方案，利用城市气候分析图，按照不同的气候特性和功能划分出不同的空气质量区域，有区别地实施空气清洁和管理工作[47]。这是首个将城市环境气候图运用于城市规划研究的项目，随后各种将城市气候与城市规划建设相结合的研究如雨后春笋般冒出，城市环境气候图对城市建设的作用也日渐提升。例如1980年，斯图加特的土地利用规划根据气候功能图及规划建议对建设用地进行了削减和限制的改动[48]。1987年，Albreehtv Stülpnagel根据柏林气候功能图，建议柏林西区的土地应依据气候环境受建设开发程度的影响划分为5个等级，便于闷热天气高发区和鲜发区的识别[49]。1997年，德国为了更规范地指导国内城市环境气候的分析与研究，专门制定了有关指导方针《VDI3787》和评估标准，统一绘制了城市环境气候图所需的图例和标识，对风环境的评估、地方空气质量的监测以及城市风道的设置等方面也给出了指导性意见。此后，斯图加特利用地理信息系统（GIS）开展了以气候问题为中心的“斯图加特21”项目，进一步完善城市环境气候图系统，制作多种适于不同尺度的城市环境气候图集，全面拓展斯图加特在21世纪的可持续发展计划。许多欧洲国家在德国的影响下也相继开展了城市环境气候图的研究。
（3）发展仿真数值模拟模型
从20世纪70年代开始，国外就开始研究仿真数值模拟，相关气候数据的梳理和量化评价模型也得以发展。1986年，德国气象局就已经研究出能清晰模拟并呈现土地利用变化给城市气候环境带来的影响，有助于气象数据的整理分析和城市规划的决策。20世纪80年代中期，学者们不仅研究大尺度的城市气候模型，也逐渐开始研究小尺度的建筑气候模型，以数值模型模拟建筑物表面的风压和周边风环境。到20世纪90年代初，不同风向下建筑表面的风荷载模拟模型也初见端倪。例如Ping等就曾深入探讨过建筑物四周的气流情况对居住小区空气环境的影响[50]；Assimakopoulos等利用小尺度的CFD模型研究了两幢独立建筑之间的大气污染物的分布情况[51]。随着计算机技术的发展和数值模拟的不断完善，数值模拟模型将会越来越普遍。
3.成熟阶段（20世纪90年代后期至今）
（1）以规划为导向的城市气候分析在世界范围内大规模兴起
在以规划为导向的城市气候分析方面走在世界前列的德国从20世纪90年代起，研究范围逐渐扩大，研究成果日益优化，应用程度不断深化。一方面，具备研究基础或已绘制城市环境气候图的城市（如鲁尔工业区的大城市斯图加特等）更新再版气候功能图，研究基础薄弱或未绘制过城市环境气候图的城市（如魏玛、德累斯顿等）开始重视研究并编制气候功能图；另一方面，城市气候环境分析成果在城市规划中的应用范围日渐扩大，在用地结构、可建设用地范围、土地使用方式及开发强度等内容的决策中所起的作用越来越大。例如，亚琛通过城市气候环境的分析在土地利用规划中确定两条城市通风廊道，明确通风廊道两侧的建筑边界，并在通风廊道内采取保护措施禁止城市开发建设[52]。斯图加特利用流体力学原理和计算机模型模拟了山区冷空气的流动状况并确定了冷空气流动的通风廊道。当地政府根据此研究成果颁布了《山坡地带规划框架指引》，在城市建成区和周边郊区建立起通风廊道以保证空气的有效流动[53]。
在全球变暖气温上升的背景下，世界上其他国家也纷纷加入城市气候环境研究的队列。欧洲因受到2003年和2006年数万人死于高温热浪事件的影响，许多国家也意识到城市风道的重要性，在城市气候环境研究的框架上强化其对城市空间规划的作用。日本早在20世纪90年代就开展了城市气候环境与城市规划应用的研究。第一期主要偏重于城市热环境的评估研究；2000年着手研究的第二期则侧重于城市风环境的评估，提倡利用“水、风、绿”来缓解城市热岛效应[54]。日本2002年公布了第一批以规划为导向的城市环境气候图，2005年公布了东京23区的热环境图及相关的气候控制条例[55]，2007年编制了东京湾内八个主要都县的《“风之道”研究》，2008年针对《“风之道”研究》为海滨城市的建设管理推荐了三种风道形式，分别为利用街道河道引海风、利用建筑的高差引海风以及利用高层建筑背面的下沉风。此外，南美洲的部分地区和国家也逐渐引用和发展城市气候环境分析研究，为城市规划的弹性和可持续性提供依据。
（2）城市气候环境的专门化研究为气候与城市规划的结合创造条件
随着城市气候环境研究的大规模兴起，负责城市气候研究的部门也随之专门化和精细化。大概有三种机构专门负责城市气候环境现状的研究与预测：1）环境保护局下属的城市气候环境研究机构，该机构能通过相关气候研究分析绘制城市环境气候图，为城市建设规划与区域规划提供指导意见，直接参与规划管理；2）高校的气象学研究所，此类研究所主要为应用气象学或者景观生态学专业的学生或老师针对城市气候展开探索性、前瞻性的研究；3）专门从事城市气候环境分析的公司，这类公司或者工作室主要以盈利为目的，工作熟练但也流程化，如GEO-NET环境咨询有限公司就曾为柏林、汉诺威、特里尔等城市编制过城市环境气候图。
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