一、基础理论
1.生物气候学
生物气候学（Bioclimatology）是生态学和地理气候学的边缘学科，研究气候因子季节（年）变化和生物活动周期性的关联。基于对太阳辐射、大气环流、空气温湿度等不同气候因子的分析，创造出符合人类舒适度的气候环境并降低人工建设的能耗。希波克拉底（Hippocrates）早在2000多年前，在《空气、水和地点》中就曾提到物候概念，维克多·奥戈亚（VictorOlgyay）在1963年出版的《设计结合气候：建筑地方主义的生物气候研究》一书中提出生物气候主义的地域设计理论，以满足人体舒适度为出发点，关注气候和人类生理感受之间的关系，并把建筑设计过程分为四个部分：调研设计地段的各种气候条件；评价每种气候条件对人体舒适度的影响；采取技术手段解决气候与人体舒适感的矛盾；结合地段解决气候与人体舒适感之间的矛盾。
2.生物气候图
生物气候图的绘制类型有维克多奥戈亚（Olgyay）的生物气候图法，B吉沃尼（Givoni）的生物气候图法，沃特森（Waston）法和马霍尼（Mahoney）法等，其中Olgyay的生物气候图法的应用最为广泛。此生物气候图以人体舒适度研究为标准，使用温度——相对湿度指数坐标。横轴表示相对湿度，即空气实际含水量和同温度空气饱和时含水量的比值；纵轴表示空气温度，可反应空气和人体之间热能的流转，坐标点表示空气状态，适用于潮湿地区的人体物理舒适度评价（见图1）。设计原理与人体的舒适度和得失热量以及大气状态相关。
3.国内外建筑学和城市规划学的理论及应用
建筑学领域对生物气候学应用研究主要着手于太阳能的被动式利用，使用日照角度、强度和时间来降低建筑能耗。20世纪二三十年代，建筑师重点关注设计如何适应各气候带的建筑，到20世纪四五十年代，地域气候逐渐成为影响设计的主要因素。继20世纪60年代，维克多·奥戈亚正式提出生物气候学概念，1980年代后，随着可持续发展的深入研究，建筑结合生物气候的研究成果不断涌现。1990年代，B吉沃尼将气候研究拓展到城市规划领域。他在《建筑和城市设计中的气候考虑》中系统分析了气候的成因及城市、建筑的影响因素，就不同气候区域提出建筑和城市设计的方法策略。21世纪后，美国的布朗和德凯的《太阳辐射·风·自然光：建筑设计策略（原著第2版）》（2008），史密斯的《适应气候变化的建筑：可持续设计指南（原著第二版）》（2009）从群体布局、建筑单体、材料构造三个层面的气候适应性和气候要素的关系着手，对生物气候建筑提出自身见解。吉沃尼的《建筑设计和城市设计中的气候因素》（2011）研究了气候因素及其对人、建筑和社会的影响。埃维特·埃雷尔等的《城市小气候：建筑之间的空间设计》（2014）探讨了气候学在城市设计中的应用，重点研究人类室外热舒适的问题。以建筑高效节能为起点，重点探讨了建立在建筑－人－气候的相互和谐上的自然通风、被动式太阳能和自然采光设计。杨柳《建筑气候学》（2010年）充分利用气候资源创造舒适的低能耗生态建筑为目标，系统阐述了考虑我国地区气候影晌建筑设计的基本原理、气候分耩方法、气候调节策略及其在设计中的应用。国内高校院系目前关于生物气候的建筑文献研究多从宏观生态建筑学角度做整体性思考，或绿色建筑技术角度着手设计，对于城市可持续发展与气候环境、能源资源的研究专注于结合生物气候条件的城市设计研究成果较少，相对缺乏对生物气候设计的全面理论研究。
4.风景园林应用生物气候学的必要性和重要性
中国的传统自然观推崇尊重人类活动区域内的自然环境，国际东西方大学研究员董斌先生提出的“科学堪舆学（运用中国古典哲学阴阳学说和堪舆学说进行创意思维的设计科学叫做堪舆设计学）十八原则”中与城市气候密切相关的有因地制宜原则、建筑景观原则和改造风水原则。《园冶》（计成，2011）、《长物志》（文震亨，2012）、《草堂记》（白居易，唐）、《术藏》（谢路军，2010）等众多风景园林著作及相关文学作品都对景观的物候设计进行了理论经验总结，但多注重视觉描述和情感体验，缺乏科学数据论证。生物气候学可帮助设计场地获得高效高质的可持续发展。其在景观规划设计中的实际运用是在保证使用的舒适性基础上，充分利用大自然的能量流动，增加被动式能源使用，减少主动式能源消耗。对生物气候学的有效应用可为风景园林设计带来多重效益：（1）经济效益国际能源价格的持续上涨，为中国带来比发达国家更大的发展压力。在我国的城市化进程中，紧凑型城市发展更需依赖生物气候能源的利用。免费绿色气候能源的使用可以节省能源消耗和设备购买运行的费用，可持续推进产业经济发展。（2）生态效益风能、太阳能、光能、水资源等绿色可再生能源可以有效降低环境污染，减少温室气体排放，减缓热岛效应，在城市中实现固碳和碳汇效应，达到巩固城市生态环境，建立能源循环体系的目的。（3）观赏效益忽视生物气候特征的城市建设，极易抹杀城市的个性特征，造成千城一面的后果。地域性、本土性的生物气候特征是建设特色城市景观的大背景。冬冷夏热地区顺应水系，布局紧凑的风水村落格局；湿热地区出檐深远的干阑式竹楼；干旱地区外闭内敞的庭院式建筑，都形成了具有鲜明地域特征的视觉景观效果，成为气候适应性景观的典范。
二、风景园林基础物候资料的建立
城市气候和人类的生理、心理关系密切，良好的城市气候环境可以让人的中枢神经保持正常状态，调节人的温热感和光电效应，促进身心和体力的恢复。物候单因子资料的建立，可为研究人体舒适度提供基础数据。中国百科大辞典将形成气候的基本因子分为太阳辐射、大气环流、下垫面（包括海陆、洋流、地形、冰雪覆盖和局部下垫面的土壤植被特征）、宇宙地球物理因子和人类活动的影响五类。大气科学词典则将其归纳为：辐射因子、大气环流因子和地理因子。风景园林学科着重考虑人类活动和自然环境的关系，以空间形态表达为主的实践研究是其改善人居环境的主要手段。在研究气候对人类的影响上，风景园林学主要关注由气候要素和风景园林空间结构形态构成的舒适度感受。运用三元论方法，可将三者的相互关系作如下表述
1.风因子
风即大气环流，其测量参数分为风速、风向，可用流场和流线表示，主要考量标准为年平均风速、最大风速、各季节平均风速等。现场实测、风洞实验和计算机模拟是针对风因子的主要研究方法。风向可简单地从罗盘或云、植被的运动方向测得。数字式或手持风速测定仪一般宜设置在风向垂直线上，多次记录后算取平均值；并选择不同高度，比较风速的变化规律。风速、风向可由年或季风玫瑰图表示。风（即大气环流）是人体在室外空间中感知气候的重要因子，直接影响人体的冷热感受。注重物候条件的景观设计会充分考虑场地中空间组成因素的布置和组合，因势利导，营造舒缓宜人的夏季主导风向。
2.湿因子
相对湿度对于施加于人体的热负荷没有直接的影响，但由于它对空气的蒸发力的作用进而影响身体表面排汗的散热效率，从而影响人体热舒适度。湿度的测量参数有绝对湿度、相对湿度和露点湿度，多使用干湿球测量法和露点湿度测量法测量。绝对湿度为每立方米空气中含水蒸气的重量，并不能直接说明空气的干湿程度；相对湿度是每立方米空气中所含水蒸气量与同温度时空气所含饱和水蒸汽量之比值，可以作为评价空气干湿的标准；露点温度是在未饱和湿空气水汽压不变的条件下，气温下降至出现结露时的温度。城市空气湿度多用平均相对湿度，平均降水量表示。
3.热因子
热因子由大气温度和热辐射两方面组成，主要利用干湿球、黑球、照度计等仪器测定。干球测量空气湿度；湿球温度又称绝热饱和湿度，可表现当前环境通过水分蒸发蒸腾后达到的最低温度；黑球是在周围环境达到热平衡时，通过热辐射方式传输能量的测定方式。大气温度变化包括平均气温，气温较差，表示环境热辐射平均强度和温度的平均辐射温度（MRT）也可用来作为衡量温度的参考指标。热辐射分为太阳辐射照度和光照度。辐射照度时到达物体表面单位面积的总辐射通量，以物体的热点效应为基础原理，可测量总太阳辐射量、散射辐射量、直射辐射量、底面放射辐射量等。光照度是达到物体表面单位面积就的总光通量，受照平面上接收的光通量的面密度。
4.生物因子
城市环境中的物候适应性不但涉及人类，同样也涉及在城市中生存的动植物。生物多样性指的是一定空间范围内多种生命有机体，包括动植物和微生物的多样性和变动性及物种生境的生态复杂性。生物多样性是衡量城市物候的重要指标之一，对大气候及局部气候均有调节作用，决定生态系统的稳定性和复杂性。城市生物资源的不合理过度开发，直接导致景观破碎严重，景观异质性和生物多样性降低。同质景观丧失了异质景观应有的和谐共生系统，带来严重的生态问题。
三、生物气候学风景园林应用
城市中的生态系统大多是人工生态系统，物质和能量的运转基本在人类的控制下进行，人几乎是唯一的消费者。生物气候设计属于被动式能源利用设计，在景观设计中利用被动系统配合人工主动系统，塑造具地域特色景观空间，可有效提升景观的生态效能、视觉感受和人体舒适度体验。充分发挥景观固有的气候调节功能是风景园林影响城市气候的关键途径。生物气候学理论在风景园林中的应用，主要有场地的微气候分析和评定，以及通过景观要素的空间形态布局改善场地微气候两方面。在景观空间形态设计上关注并合理应用风、温度、湿度、太阳辐射、生态系统等要素，不仅可满足人类活动的生理要求，享受视觉美，同时也能满足心理舒适感的渴望。利用生物气候学做气候适应性景观设计的优点在于，使景观师在设计之初就知道何时何处需要采暖、降温、遮阳或通风；在平立剖面设计时应该利用什么，避免什么；怎么样才能达到最佳人体舒适度；如何减少施工使用时的能耗。为达到这些目的，可在现场气候单因素测定的基础上，通过人体舒适度整合分析，得出景观空间形态的关联关系，实际应用于设计表达。
1.风环境的风景园林应用
城市风场的分布情况与周边空间形态关联密切。城市中的风多为街巷风和庭院风，由热能分布不均导致的温度差、气压差造成，周边建筑构筑物和人群活动都能对其造成强烈影响。风环境分析的主要目的是营造夏季舒适通风区和冬季避风区，规避夏季气流不畅和冬季寒风、劣风、涡流、乱流等不利风易发区。景观风环境应用需结合当地地理环境特征，在空间上综合有序地引导气候元素，布置景观元素，以减少不舒适风场的形成，在湿热条件下引导风速，加快人体散热；寒冷条件下降低风力，保持体温。对风场的规律掌握可通过实地测定，也可借助风动模拟、CFD模拟等技术实现定性分析。
2.湿因子的风景园林应用
在极端条件下，如高温高湿，人体的水分蒸发受到限制，形成闷热感觉；在高温低湿的情况下，出现燥热情绪，都会给人带来不舒适的感觉。但在低温环境中，相对湿度对人的热舒适影响较小。风景园林湿因子的利用可包括雨水、中水的直接间接利用和节水灌溉系统。城市中大面积不透水下垫面需要集中且快速的管道排放能力，同时城市土壤涵养能力下降，微生物生存空间劣化。建立完善的雨水收集系统和污水处理系统，提高水资源的循环利用，可减少城市防洪和供水压力，改善地下水和土壤条件，提高城市物候条件。在各类自然或人工的景观水体形式中，据SOPTS、ETM+遥感数据，使用热红外信息处理和GIS空间分析方法对城市水域景观的测定分析，面状水体较其它水景观类型，对局地温度具有明显的缓解作用。
3.热环境的风景园林应用
空气温度是影响人类活动的首要气候要素。根据2001年，MarialenaNikolopolou等在欧洲国家对将近1万人的问卷和实测研究，得出空气温度和太阳辐射是决定热舒适的主要因素，但人的主动调节能力和心理作用有助于对环境的适应，提高人体舒适度。影响城市景观空间的热环境和场地围合面的空间形态及植物布置密切相关。绿地景观的热环境温度低于其它的景观类型，可形成“冷岛效应”，已成为城市规划设计师和政策制定者的共识。人类活动的时空安排和场地日照时长、日照角度合理搭配，可满足室外热舒适需求。利用屋顶绿化和立面绿化可调节小气候环境。根据当地气候规律，夏季运用建筑、植栽遮挡多余的光热，增加通风；冬季充分吸收光热，避免盛行风侵袭。以上都是关于热环境的应用策略，但关于如何合理布置形状大小不一的景观才能得到最大效能的利用，还需得进行进一步探讨。
4.生物多样性和风景园林
生物多样性是构成景观多样性的基本条件之一。生物多样性的城市景观应用可从宏观、中观、微观三个方面理解。宏观尺度而言，城市的生物群落能量和物质循环利用应和区域稳定健康发展成正相关。就中观尺度而言，生物系统的构筑应符合有地方特色的生态平衡原则，具有地域性、多样性、合理性、可持续性特征。微观尺度的生物种类、空间形态、生活习性可以充分融合到人类的日常活动中，和人产生良性互动。其中微观尺度在城市风景园林的具体营造建设中应用较为广泛。景观规划设计师应充分考虑对生物群落的保护，减少对原生地生态平衡的破坏，塑造遗传、物种、生态系统和景观的多样性。在城市生态系统中创造以“蓝”“绿”基质为主体，和谐统一的整体，建设复层混合立交式的连续循环的生物群落。通过景观生态结构功能的分析诊断，进行景观生态评价，设计适应当地气候的植物栽种，增加动物种类，达到人与自然和谐共生的目标。
四、结语
风景园林设计致力于营造生态健康、舒适宜人的人居环境。生物气候学理论的风景园林融合是真正的跨学科研究，是风景园林学实现可持续发展的重要途径之一。它有利于创造气候舒适的活动空间、低能耗的管控系统和地域景观保护体系。城市风景园林生物气候学的理论研究应服务于规划设计的实际应用。我国对此方面的研究尚未有成熟的体系结构，因此，风景园林学科应抓紧时机，立足专业所长，通过适应气候的研究切实改善人居环境。
作者：梅欹 单位：美国堪萨斯大学建筑学院
