杜萬(wàn)光，王 成，包紅光，王 茜,4，楊 華,周 波

(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院，北京 100093；2.國(guó)家林業(yè)局城市森林研究中心，北京 100093；3.北京市公園管理中心，北京 100043；4.北京園林科學(xué)研究院，北京 100102；5.北京市海淀區(qū)園林局，北京 100089)

夏季典型天氣下公園綠地小氣候環(huán)境及對(duì)人體舒適度的影響

杜萬(wàn)光1,2,3,4，王 成1,2①，包紅光1,2，王 茜1,2,4，楊 華3,周 波5

(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院，北京 100093；2.國(guó)家林業(yè)局城市森林研究中心，北京 100093；3.北京市公園管理中心，北京 100043；4.北京園林科學(xué)研究院，北京 100102；5.北京市海淀區(qū)園林局，北京 100089)

為探討公園綠地夏季典型天氣下(晴天、多云和雨后)小氣候及人體舒適度情況，選擇海淀公園8處游憩地為監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，公園綠地能有效降低空氣溫度,增加濕度,減小風(fēng)速,改善人體舒適度。夏季不同天氣對(duì)人體舒適度的影響達(dá)顯著水平，晴天和多云時(shí)綠地內(nèi)舒適時(shí)間達(dá)4～7 h，比對(duì)照延長(zhǎng)1～4 h；雨后人體舒適時(shí)間達(dá)5～11 h。不同游憩點(diǎn)降溫率、增濕率和減風(fēng)率差異明顯，3種天氣人體綜合舒適度指數(shù)降幅最明顯的游憩點(diǎn)是旱柳-槐樹林，為5.0%～5.4%，草坪最低，僅為0.4%～1.5%。晴天、多云和雨后日均降溫分別為0.5～2.6、0.7～2.7和0.6～2.0 ℃；增濕率分別為2.2%～10%、2.6%～10.25%和1.1%～4.3%；風(fēng)速分別降低16.7%～66.7%、16.7%～66.7%和22.2%～55.6%。典型天氣下06：00—09：00適合晨練等戶外活動(dòng)，晴天和多云時(shí)10：00后人體會(huì)感到不舒適，雨后居民可在17：00以后到園內(nèi)各游憩點(diǎn)進(jìn)行戶外活動(dòng)。

公園綠地；典型天氣；夏季；小氣候環(huán)境；人體舒適度

城市綠地是人們基于城市環(huán)境的具體特征(諸如太陽(yáng)輻射、溫度和濕度、降水及人類影響等)創(chuàng)造近自然條件,并依據(jù)功能性和景觀性需求,運(yùn)用適宜的喬灌草和草本地被等景觀植物建設(shè)的綠化地面或區(qū)域,具有釋放氧氣固碳[1]、降溫增濕[2]、降低噪音、減少顆粒物、吸收有毒有害氣體以及調(diào)節(jié)微氣候等功能[3],公園綠地是城市綠地的重要組成部分,是城市森林的有機(jī)組成[4]。據(jù)研究,城市公園[5]、社區(qū)公園[6]、街道公園[7]及屋頂花園[8]等公園綠地中的植物可以通過(guò)吸收和反射太陽(yáng)輻射,增加蒸發(fā)面積,來(lái)調(diào)節(jié)城市的整體氣候[9]。最近幾年,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)城市綠地景觀環(huán)境做了大量研究,關(guān)于人體舒適度的分析可以分為以下幾個(gè)方面;研究綠地結(jié)構(gòu),主要集中在不同下墊面[10]、植被類型[11]、樹種和群落結(jié)構(gòu)[4],而在綠地景觀設(shè)置及結(jié)構(gòu)方面研究較少;研究區(qū)域類型,主要以森林公園[12]和游憩林為主[13],對(duì)于城市居民日常最重要的活動(dòng)場(chǎng)所——城市公園綠地研究不多;地域角度,多集中在南方和東北的森林[10],針對(duì)華北地區(qū)的研究較少;測(cè)定時(shí)間,以08:00—18:00較多[14],而城市居民大多工作節(jié)奏快,晨練時(shí)間提前,夜晚散步時(shí)間推后,故有必要進(jìn)行連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)定;測(cè)定季節(jié),以夏季為主[15],但典型天氣及連續(xù)測(cè)定多日數(shù)據(jù)的研究較少;研究目的,多是分析小氣候狀況對(duì)人體舒適度的影響[16],對(duì)合理游憩時(shí)間和適宜游憩地點(diǎn)等方面的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。為此,以北京海淀公園為研究對(duì)象,研究夏季典型天氣不同景觀結(jié)構(gòu)植物群落內(nèi)06:00—21:00微氣候變化差異及效應(yīng),采用人體舒適度評(píng)價(jià)指數(shù)分析不同天氣、不同景觀結(jié)構(gòu)下舒適度差異,旨在為游客提供合理的游園時(shí)間和游憩路線建議,為今后城市公園綠地資源規(guī)劃設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

海淀公園位于北京市海淀區(qū)西北四環(huán)萬(wàn)泉河立交橋的西北角,北緯39°59′,東經(jīng)116°17′,是典型的喬灌草鑲嵌結(jié)構(gòu)的城市公園綠地,整體成方形,海拔40 m,占地41 hm2,是北京市民極其喜愛(ài)的城市公園之一[17]。為了定量、科學(xué)系統(tǒng)評(píng)價(jià)城市公園綠地在降溫增濕、提高人體舒適度方面的生態(tài)效益,選擇海淀公園進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)定。該地屬于溫帶大陸性氣候區(qū),冬季干燥寒冷,夏季濕潤(rùn)高溫,年平均氣溫12.5 ℃,年平均降水量571.9 mm[18]。園內(nèi)喬木林面積為18 hm2左右,喬木林下多為草地覆蓋,綠化覆蓋率達(dá)90%,其中旱柳樹(Salixmatsudana)占25%左右,毛白楊(Populustomentosa)占15%左右,國(guó)槐(Sophorajaponica)和刺槐(Robiniapseudoacacia)共占15%左右,洋白蠟(Fraxinuspennsy)、油松(Pinustabulaeformis)和圓柏(Sabinachinensis)各占10%左右,其他占15%左右;灌木林面積約為5 hm2,其中沙地柏(Sabinavulgaris)約占40%,北京丁香(Syringapekinensis) 約占15%,貼梗海棠(Chaenomelesspeciosa)、碧桃(Amygdaluspersica)和大葉黃楊(Euonymusjaponicus)各占10%左右,其余約占15%;草地面積約為7 hm2,主要為草地早熟禾(Poapratensis)和高羊茅(Festucaelata),林下主要有狗尾草(Setariaviridis)、艾蒿(Artemisiaargyi)和龍葵(Solanumnigrum)。

1.2 觀測(cè)點(diǎn)選擇

研究區(qū)內(nèi)的樹木主要集中在園區(qū)東南側(cè),草坪位于東側(cè)和中部,為了去除環(huán)境因素及其他人為因素干擾,樣地群落選擇在相近的區(qū)域內(nèi),選擇公園內(nèi)5個(gè)典型的游憩植物群落(游憩地)為研究對(duì)象,及遠(yuǎn)離林地的園內(nèi)草坪和硬質(zhì)鋪裝地——園內(nèi)活動(dòng)廣場(chǎng)作為觀測(cè)點(diǎn),并將園外入口廣場(chǎng)作為對(duì)照觀測(cè)點(diǎn),為提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性,每個(gè)游憩地面積均大于0.03 hm2,且每個(gè)游憩地中心距邊緣大于35 m,距離道路大于15 m,各觀測(cè)點(diǎn)均選擇群落中心,觀測(cè)點(diǎn)概況如表1所示。

表1 觀測(cè)點(diǎn)概況

Table 1 Profile of monitoring sites

觀測(cè)點(diǎn)游憩地名稱郁閉度平均樹高1)/m平均胸徑1)/cm林下植物林下植物平均高度/m林下植物蓋度/%S1旱柳-毛白楊0.359.1/10.512.8/12.7狗尾草(Setariaviridis)、艾蒿(Artemisiaargyi)、高羊茅(Fes-tucaelata)、早熟禾(Poapraten-sis)等0.2355S2旱柳0.259.613.0狗尾草、艾蒿、高羊茅、早熟禾、龍葵(Solanumnigrum)0.2146S3油松-側(cè)柏0.85.3/5.111.6/11.9高羊茅、早熟禾、狗尾草0.1943S4旱柳-槐樹0.659.3/8.512.9/12.3高羊茅、早熟禾0.2557S5油松0.75.511.7狗尾草、艾蒿、龍葵0.1746S6園內(nèi)廣場(chǎng)S7園內(nèi)草坪高羊茅、早熟禾0.1869CK園外廣場(chǎng)

1)“/”前后數(shù)據(jù)分別代表游憩地中2種植物的樹高或胸徑。

1.3 觀測(cè)方法

1.3.1 氣候因子測(cè)定

按照相關(guān)測(cè)定規(guī)范,采用定點(diǎn)定位觀測(cè)方法,利用Kestre l4500手持自動(dòng)氣象站監(jiān)測(cè)氣溫、濕度和風(fēng)速等各項(xiàng)氣象因子。溫度測(cè)定范圍為-30～70 ℃,分辨率為0.1 ℃;相對(duì)濕度測(cè)定范圍為5%～95%,分辨率為0.1%;風(fēng)速測(cè)定范圍為0.2～40 m·s-1,風(fēng)向范圍為0°～360°。選取2014年8月26—27日(晴天2 d)、8月28—29日(多云2 d)、9月1日(雨后多云1 d,9月1日03:53—04:21為降雨時(shí)段)3種典型天氣進(jìn)行連續(xù)觀察,于06:00—21：00,每個(gè)小時(shí)對(duì)8處游憩地進(jìn)行同步測(cè)定,全天16次,每次測(cè)定均在正點(diǎn)前后10 min內(nèi)完成,每測(cè)定點(diǎn)進(jìn)行3次重復(fù),測(cè)定高度為人體呼吸高度1.5 m處。

1.3.2 人體舒適度研究方法

人體舒適度指數(shù)是從氣象角度評(píng)價(jià)不同氣候條件下的人體舒適感,根據(jù)人類機(jī)體與大氣環(huán)境之間的熱交換而制定的生物氣象指標(biāo)[19]。國(guó)內(nèi)外多數(shù)研究表明,在所有的氣象因子中溫度、濕度和風(fēng)速的變化對(duì)人體舒適度的影響最大。所以筆者采用美國(guó)國(guó)家氣象局夏季舒適度及工作時(shí)預(yù)報(bào)的溫濕度指數(shù)(thermal humidity index,THI,ITH)作為人體綜合舒適度指數(shù)[20],計(jì)算公式為

ITH=T-0.55×(1-HR)×(T-14.5)。

(1)

式(1)中,T為實(shí)測(cè)氣溫,℃;HR為相對(duì)濕度,%。借鑒人體氣候舒適度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[10],將其作為依據(jù)分析不同游憩點(diǎn)的游覽舒適度及其評(píng)價(jià)等級(jí)(表2)。

表2 人體綜合舒適度指數(shù)(ITH)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

Table 2 Criteria for evaluation of integrated human comfort index

評(píng)價(jià)等級(jí)ITH體感舒適度1≤21.1舒適2>21.1～23.8較舒適3>23.8～26.6較不舒適4>26.6～29.4很不舒適5>29.4極不舒適

對(duì)空氣溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速等數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[4],以便將研究區(qū)內(nèi)不同游憩點(diǎn)在不同天氣和不同時(shí)刻的小氣候數(shù)值以及人體舒適度進(jìn)行有效分析和比較。

TN=(To-Tn)/To×100%,

(2)

HR,N=(HR,n-HR,o)/HR,n×100%,

(3)

VN=(Vo-Vn)/Vo×100%，

(4)

DN=(Do-Dn)/Do×100%。

(5)

式(2)～(5)中,TN為降溫率,%;To為對(duì)照點(diǎn)溫度,℃;Tn為游憩樣點(diǎn)溫度,℃;HR,N為增濕率,%;HR,o為對(duì)照點(diǎn)濕度,%;HR,n為游憩樣點(diǎn)濕度,%;VN為減風(fēng)率,%;Vo為對(duì)照點(diǎn)風(fēng)速,m·s-1;Vn為游憩樣點(diǎn)風(fēng)速,m·s-1;DN為降低不舒適率,%;Do為對(duì)照點(diǎn)不舒適指數(shù),%;Dn為游憩樣點(diǎn)不舒適指數(shù),%。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 19.0和Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)及圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 夏季3種典型天氣下不同游憩地小氣候變化動(dòng)態(tài)分析

2.1.1 不同游憩地溫度日變化特征

不同游憩地氣溫日變化特征見(jiàn)圖1。

圖1 夏季典型天氣城市公園綠地不同游憩地空氣溫度日變化特征Fig.1 Diurnal variation of air temperature in park green land under typical summer weather relative to type of green belt or recreational spot

由圖1可以看出,3種天氣條件下各游憩地溫度日變化特征基本一致,呈先上升后下降的倒“V”型單峰值變化,最高溫出現(xiàn)在14:00左右。晴天和多云時(shí)對(duì)照點(diǎn)溫度明顯高于其他觀測(cè)點(diǎn),S4和S3觀測(cè)點(diǎn)的最高溫出現(xiàn)時(shí)間略有推遲;雨后溫差不如晴天和多云天氣明顯,可能是由于降雨促使溫度迅速下降,而雨后濕度明顯增加,使得大氣擴(kuò)散緩慢,升溫作用降低,雨后S1、S2、S3和S4的最高溫出現(xiàn)時(shí)間均有一定程度推遲;晴天和多云時(shí),公園內(nèi)各觀測(cè)點(diǎn)溫度變化幅度較對(duì)照點(diǎn)平緩,對(duì)照點(diǎn)溫度越高時(shí)各觀測(cè)點(diǎn)的降溫作用越大,降溫效果越明顯。

根據(jù)表3～5可知,園內(nèi)S4觀測(cè)點(diǎn)即旱柳-槐樹林在晴天、多云和雨后日均溫均為最低,對(duì)照點(diǎn)日均溫均為最高。這是由于入口處無(wú)樹林遮擋,輻射多升溫較快,而林間或是有地被遮蓋區(qū)域遮擋較多升溫較慢。3種天氣下旱柳-槐樹林降溫效果最好,降溫達(dá)2.0～2.7 ℃,效果最差的是園內(nèi)草坪,降溫0.5～0.7 ℃。這主要是由于旱柳-槐樹林內(nèi)樹冠覆蓋率高,林木密集,蒸騰作用明顯,且樹冠本身也有很強(qiáng)的吸熱和反射功能,所以降溫幅度較大。而園內(nèi)草坪遠(yuǎn)離樹木,無(wú)任何遮擋,調(diào)節(jié)溫度的能力較弱,草坪溫度變化幅度達(dá)5.6～10.5 ℃,明顯高于有林地觀測(cè)點(diǎn),這是由于郁閉度低導(dǎo)致失熱速度較快。3種天氣時(shí)各觀測(cè)點(diǎn)降溫率表現(xiàn)出很大差異,園內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)日降溫率排序如下:晴天,S4>S1=S2>S3>S5>S6>S7;多云,S4>S2>S1>S3>S5>S6>S7;雨后,S4>S2>S1=S3=S5>S6=S7。對(duì)不同觀測(cè)點(diǎn)的氣候數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較(Turkey HSD多重比較法,P<0.01)，結(jié)果表明,晴天時(shí),除S7外,園內(nèi)其他6處觀測(cè)點(diǎn)與對(duì)照點(diǎn)日均溫差異均達(dá)顯著水平;多云時(shí),園內(nèi)7處觀測(cè)點(diǎn)均與對(duì)照點(diǎn)差異顯著;雨后S1、S2、S3、S4、S5與對(duì)照點(diǎn)差異顯著。園內(nèi)各觀測(cè)點(diǎn)之間比較而言,在晴天和多云時(shí),S4降溫效果明顯優(yōu)于大多數(shù)觀測(cè)點(diǎn);雨后園內(nèi)7處觀測(cè)點(diǎn)之間降溫效果差異不明顯。

表3 夏季晴天城市公園綠地內(nèi)不同游憩地小氣候情況

Table 3 Micrometeorology in park green land under typical summer sunny weather relative to type of the green land or recreational spot

觀測(cè)點(diǎn)溫度濕度風(fēng)速日均值/℃最大值/℃日變幅/℃降溫率/%日均值/%最大值/%日變幅/%增濕率/%日均值/(m·s-1)最大值/(m·s-1)日變幅/(m·s-1)減風(fēng)率/%CK29.7a35.610.756c66190.6a0.90.7S127.7bc32.79.46.764ab792613.60.2b0.50.466.7S227.7bc32.79.36.765ab772414.50.3b0.40.350.0S328.2b33.69.75.161b73228.50.2b0.40.366.7S427.1c32.59.78.866a792317.70.2b0.40.366.7S528.3b33.910.04.762b79279.20.3b0.50.450.0S629.0b35.09.62.459bc66173.90.4ab0.50.533.3S729.2ab35.49.81.764ab752013.40.5a0.60.416.7

同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示不同觀測(cè)點(diǎn)某指標(biāo)差異顯著(Turkey HSD多重比較,P<0.01)。CK為園外廣場(chǎng)；S1為旱柳-毛白楊；S2為旱柳；S3為油松-側(cè)柏；S4為旱柳-槐樹；S5為油松；S6為園內(nèi)廣場(chǎng)；S7為園內(nèi)草坪。

表4 夏季多云天氣城市公園綠地內(nèi)不同游憩地小氣候情況

Table 4 Micrometeorology in park green land under typical summer cloudy weather relative to type of the green land or recreational spot

觀測(cè)點(diǎn)溫度濕度風(fēng)速日均值/℃最大值/℃日變幅/℃降溫率/%日均值/%最大值/%日變幅/%增濕率/%日均值/(m·s-1)最大值/(m·s-1)日變幅/(m·s-1)減風(fēng)率/%CK29.5a35.310.357c67190.6a0.90.7S127.6bc32.58.96.464ab792613.60.3b0.60.550S227.5bc32.79.06.865a772314.60.2b0.40.366.7S327.8bc33.19.15.862ab75239.90.2b0.50.466.7S426.8c32.19.09.267a802418.00.2b0.50.466.7S528.0bc33.69.65.162b79269.30.2b0.50.466.7S628.6b34.710.53.159bc68184.60.4ab0.60.633.3S728.8b34.910.62.465ab762113.80.5a0.60.616.7

同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示不同觀測(cè)點(diǎn)某指標(biāo)差異顯著(Turkey HSD多重比較,P<0.01)。CK為園外廣場(chǎng)；S1為旱柳-毛白楊；S2為旱柳；S3為油松-側(cè)柏；S4為旱柳-槐樹；S5為油松；S6為園內(nèi)廣場(chǎng)；S7為園內(nèi)草坪。

表5 夏季雨后城市公園綠地內(nèi)不同游憩地小氣候情況

Table 5 Micrometeorology in park green land under typical summer after-raining weather relative to type of the green land or recreational spot

觀測(cè)點(diǎn)溫度濕度風(fēng)速日均值/℃最大值/℃日變幅/℃降溫率/%日均值/%最大值/%日變幅/%增濕率/%日均值/(m·s-1)最大值/(m·s-1)日變幅/(m·s-1)減風(fēng)率/%CK26.4a30.26.269b94420.9a1.30.8S124.9b27.95.34.271ab96433.60.5b0.90.644.4S225.0b28.05.55.371ab96423.60.4b0.60.455.6S325.3b28.15.24.271ab96422.90.4b0.70.555.6S424.4b27.05.07.673b97426.10.4b0.70.555.6S525.3b28.35.34.270ab96422.90.4b0.70.555.6S625.7ab29.05.72.369b95411.60.6b0.70.633.3S725.8ab29.15.62.372ab97414.40.7ab0.80.622.2

同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示不同觀測(cè)點(diǎn)某指標(biāo)差異顯著(Turkey HSD多重比較,P<0.01)。CK為園外廣場(chǎng)；S1為旱柳-毛白楊；S2為旱柳；S3為油松-側(cè)柏；S4為旱柳-槐樹；S5為油松；S6為園內(nèi)廣場(chǎng)；S7為園內(nèi)草坪。

2.1.2 不同游憩地濕度日變化特征

不同游憩地濕度日變化特征見(jiàn)圖2。

在教學(xué)語(yǔ)文綜合性學(xué)習(xí)時(shí)，我們通常會(huì)讓學(xué)生完成一些鍛煉動(dòng)手能力的作業(yè)，其中包括手抄報(bào)。不少學(xué)生的整張報(bào)都是抄寫的相關(guān)文字，缺少美感，觀賞性不強(qiáng)。而讓學(xué)生根據(jù)綜合性學(xué)習(xí)的內(nèi)容配以圖畫就會(huì)使報(bào)面美觀，而且能培養(yǎng)學(xué)生豐富的想象力和創(chuàng)造力。

圖2 夏季典型天氣城市公園綠地不同游憩地空氣濕度日變化特征Fig.2 Diurnalvariation of air humidity in park green land under typical summer weather relative to type of the green land or recreational spot

圖2顯示,3種典型天氣下不同觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)濕度變化規(guī)律基本與對(duì)照點(diǎn)一致,與溫度變化相反,呈現(xiàn)先下降后上升的“V”型連續(xù)變化,最低點(diǎn)出現(xiàn)在14:00—15:00。晴天與多云時(shí)濕度變化隨氣溫升高逐漸下降,午后氣溫下降后濕度又逐漸上升,但上升幅度較慢;雨后所有觀測(cè)點(diǎn)之間濕度差異不大,均隨氣溫升高迅速下降后再緩慢上升。3種天氣的濕度最大值均出現(xiàn)在S4觀測(cè)點(diǎn),這是由于林內(nèi)郁閉度大,空氣流動(dòng)和交換能力降低,且混交林中蒸騰作用強(qiáng),冠層上形成一個(gè)隔離層,能夠阻止水汽擴(kuò)散和與外界交換[13],所以濕度增大。S6觀測(cè)點(diǎn)即園內(nèi)廣場(chǎng)與對(duì)照點(diǎn)的濕度值相差不大,在06:00—07:00基本與對(duì)照相同,園內(nèi)廣場(chǎng)雖然溫度低于園外廣場(chǎng),但水泥硬質(zhì)的下墊面使得空氣對(duì)流加快且蒸發(fā)量增加,故濕度明顯低于園內(nèi)其他觀測(cè)點(diǎn)。雨后晴天時(shí),各觀測(cè)點(diǎn)濕度相近,這是因?yàn)橛旰筇?yáng)輻射減弱,空氣內(nèi)水汽增加,空氣濕度整體上升。

從表3～5可知,園內(nèi)S4觀測(cè)點(diǎn)在晴天、多云和雨后日均濕度均為最高,對(duì)照點(diǎn)日均濕度最低。說(shuō)明公園綠地有明顯增濕效果,但不同觀測(cè)點(diǎn)在不同天氣條件下的增濕率不同,晴天和多云時(shí)增濕率明顯要高于雨后,雨后整體濕度明顯高于其他2種天氣,降雨后空氣中水汽增加,從而造成各觀測(cè)點(diǎn)增濕率均有所下降,但雨后各觀測(cè)點(diǎn)濕度日變化幅度提高到41%～43%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于晴天和多云時(shí)的日變化幅度。這是由于雨停后的數(shù)小時(shí)內(nèi)空氣中水汽迅速增加,溫度上升緩慢,云慢慢散去后太陽(yáng)輻射增強(qiáng),所以濕度明顯下降。3種天氣條件下,園內(nèi)的7個(gè)觀測(cè)點(diǎn)比較而言,S4增濕率最大,為6.1%～18.0%,其余依次為S1、S7、S2、S3、S5和S6。園內(nèi)草坪增濕率較高,是因?yàn)椴萜喝~片附著水汽,且空氣對(duì)流相對(duì)緩慢。不同觀測(cè)點(diǎn)間多重比較(Turkey HSD法,P<0.01)結(jié)果顯示,晴天和多云時(shí),除S6外,其他觀測(cè)點(diǎn)與對(duì)照點(diǎn)日均濕度差異達(dá)顯著水平;雨后,各觀測(cè)點(diǎn)與對(duì)照點(diǎn)間差異均不顯著。園內(nèi)不同觀測(cè)點(diǎn)之間,晴天時(shí),S4與S3、S5、S6之間增濕效果差異顯著;多云時(shí),S4與S5、S6之間增濕效果差異顯著;雨后,S4與S6增濕效果差異較大。

2.1.3 不同游憩地風(fēng)速日變化特征

從圖3可以看出,3種天氣下對(duì)照點(diǎn)風(fēng)速變化最大,其次是S7和S6觀測(cè)點(diǎn),即園內(nèi)草坪和園內(nèi)廣場(chǎng),其他5處觀測(cè)點(diǎn)均為有林地,風(fēng)速變化相對(duì)平緩。林地由于有樹木和樹冠遮擋能降低風(fēng)速,而空曠地和無(wú)遮擋的草坪湍流頻繁,風(fēng)速大且波動(dòng)大。

圖3 夏季典型天氣城市公園綠地不同游憩地風(fēng)速日變化特征Fig.3 Diurnalvariation of wind speed in park green land under typical summer weather relative to type of the green land or recreational spot

從表3～5可知,3種天氣風(fēng)速日均值和瞬間風(fēng)速最大值均出現(xiàn)在對(duì)照點(diǎn),S4和S3觀測(cè)點(diǎn)較低,說(shuō)明郁閉度越大平均風(fēng)速越低;其他觀測(cè)點(diǎn)平均風(fēng)速均低于對(duì)照點(diǎn),說(shuō)明園內(nèi)各觀測(cè)點(diǎn)均有一定降低風(fēng)速的作用,但雨后各觀測(cè)點(diǎn)減風(fēng)率差別不大。不同觀測(cè)點(diǎn)平均風(fēng)速的多重比較(Turkey HSD多重比較法,P<0.01)顯示,晴天和多云時(shí),S1、S2、S3、S4、S5與對(duì)照點(diǎn)差異顯著,而上述觀測(cè)點(diǎn)之間差異不顯著;雨后,S1、S2、S3、S4、S5、S6與對(duì)照點(diǎn)差異顯著。由于有林地是復(fù)層結(jié)構(gòu),空間較為密閉,且大多是喬灌草結(jié)構(gòu)相結(jié)合的形式,能有效降低風(fēng)速;草坪或廣場(chǎng)較為開(kāi)闊,降低風(fēng)速的作用較低。

2.2 夏季典型天氣下不同游憩地人體舒適度評(píng)價(jià)

人體綜合舒適度指數(shù)(ITH)能直接反映居民在游園時(shí)的舒適狀況,同時(shí)也是環(huán)境狀況變化的評(píng)價(jià)指標(biāo)。不同游憩地人體舒適度指數(shù)變化見(jiàn)圖4。

圖4 夏季典型天氣城市公園綠地不同游憩地人體舒適度指數(shù)變化特征Fig.4 Human comfort Index in park green land under typical summer weather relative to type of the green land or recreational spot

從圖4 可以看出,晴天和多云時(shí)各觀測(cè)點(diǎn)人體舒適指數(shù)變化基本呈倒“V”型連續(xù)變化,在14:00—15:00達(dá)到最高值,這與最高溫時(shí)段和最低濕度值時(shí)段基本吻合;雨后雖然也呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢(shì),但上升和下降幅度都較為平緩。晴天時(shí)，對(duì)照點(diǎn)06:00—09:00間ITH達(dá)到2級(jí),體感較舒適,09:00—21:00間ITH>23.8,體感較不舒適,其中12:00—17:00間ITH達(dá)到4級(jí),體感很不舒適,不適合游人游憩。園內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)中,S7基本與對(duì)照點(diǎn)變化一致,14:00時(shí)ITH達(dá)到5級(jí),體感極不舒適,其余6處觀測(cè)點(diǎn)ITH達(dá)到3級(jí),體感較不舒適的時(shí)間相比對(duì)照延后1～2 h;多云時(shí),各觀測(cè)點(diǎn)ITH變化基本與晴天一致,與對(duì)照相比,S3、S4和S5觀測(cè)點(diǎn)ITH達(dá)到3級(jí)的時(shí)間延后2 h;雨后,07:00—17:00對(duì)照點(diǎn)ITH持續(xù)保持在3級(jí),體感不舒適,從18:00開(kāi)始人體感覺(jué)較為舒適,這主要與雨后濕度增加且溫度降低有關(guān),而S6和S7在08:00—16:00體感不舒適,S1、S2、S3、S4和S5從11:00左右開(kāi)始體感不舒適,到16:00左右變?yōu)檩^舒適。雨后園內(nèi)各觀測(cè)點(diǎn)都能在一定程度上緩解人體不舒適的感覺(jué);而晴天和多云時(shí),除園內(nèi)草坪外,其他各觀測(cè)點(diǎn)均能較為有效地緩解人體不舒適的感覺(jué)。3種天氣中各觀測(cè)點(diǎn)的體感舒適時(shí)長(zhǎng)有很大區(qū)別,晴天和多云時(shí)對(duì)照點(diǎn)和S4舒適時(shí)間只有3 h;S4舒適時(shí)間最長(zhǎng),達(dá)7 h;其次是S5,達(dá)6 h;S3達(dá)5～6 h;S1和S2達(dá)5 h;S6達(dá)4 h。與晴天和多云時(shí)相比,雨后園內(nèi)各觀測(cè)點(diǎn)體感舒適時(shí)間增加5～7 h,S4高達(dá)11 h,S1、S2、S3和S5也達(dá)到9 h左右,S6和S7體感舒適時(shí)間為7 h,而對(duì)照點(diǎn)體感舒適時(shí)間為5 h,但不舒適時(shí)間開(kāi)始和結(jié)束都明顯提前。

2.2.2 不同天氣下各游憩地人體舒適度比較

表6顯示,3種天氣下人體舒適度日均值最低即相對(duì)最舒適的觀測(cè)點(diǎn)是S4,而相對(duì)最不舒適的是對(duì)照點(diǎn)。雨后舒適度整體要高于晴天和多云天氣。不同觀測(cè)點(diǎn)間人體舒適度日均值多重比較(Turkey HSD法,P<0.01)結(jié)果顯示,晴天和多云時(shí),只有S4與對(duì)照點(diǎn)、S6、S7差異顯著,而其他觀測(cè)點(diǎn)之間差異不顯著;雨后,S4和S1分別與對(duì)照點(diǎn)、S6、S7差異顯著,但與其他對(duì)照點(diǎn)之間差異不顯著。這說(shuō)明園內(nèi)旱柳-槐樹林能有效降低人體不舒適感,而園內(nèi)草坪和園內(nèi)廣場(chǎng)對(duì)人體不舒適感的減緩作用不明顯。3種天氣條件下,S4降低人體不舒適率最高,達(dá)5.0%～5.4%,S7最低,僅有0.4%～1.5%;雨后整體降低不舒適率較晴天和多云時(shí)再提升0.4～1.1百分點(diǎn)。對(duì)3種天氣下不同觀測(cè)點(diǎn)降低人體不舒適率進(jìn)行多重比較(Turkey HSD多重比較法,P<0.01)，結(jié)果表明,晴天和多云時(shí)S4與其他觀測(cè)點(diǎn)差異顯著,雨后S4僅與S1差異不顯著,與其他觀測(cè)點(diǎn)均差異顯著;3種天氣條件下,S1、S2、S3和S5之間兩兩差異不明顯,但與S6和S7差異顯著,且晴天和多云時(shí)S6與S7之間差異也達(dá)顯著水平。

表6 夏季典型天氣不同游憩地人體舒適度指數(shù)日均值及降低不舒適率

Table 6 Daily mean human comfort and reduction rate in park green land under typical summer after-raining weather relative to type of the green land and type of weather

觀測(cè)點(diǎn)人體舒適度指數(shù)日均值降低不舒適率/%晴天多云雨后晴天多云雨后CK25.9a25.8a24.3aS124.9ab24.9ab23.2b3.8b3.5b4.5abS225.1ab24.9ab23.3ab3.1b3.5b3.9bS325.2ab24.9ab23.4ab2.7bc3.5b3.5bS424.6b24.5b22.9b5.0a5.4a5.4aS525.3ab25.1ab23.5ab2.3bc2.5bc3.1bS625.6a25.4a23.8a1.2c1.5c1.9cS725.8a25.7a23.9a0.4d0.4d1.5c

同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示不同觀測(cè)點(diǎn)某指標(biāo)差異顯著(Turkey HSD多重比較,P<0.01)。CK為園外廣場(chǎng)；S1為旱柳-毛白楊；S2為旱柳；S3為油松-側(cè)柏；S4為旱柳-槐樹；S5為油松；S6為園內(nèi)廣場(chǎng)；S7為園內(nèi)草坪。

3 結(jié)論與討論

夏季不同天氣條件對(duì)人體舒適度的影響顯著。06:00—21:00,城市公園綠地人體綜合舒適度指數(shù)平均值表現(xiàn)為雨后最低,晴天最高。晴天和多云時(shí)公園綠地人體舒適時(shí)間達(dá)4～7 h;雨后公園綠地人體舒適時(shí)間明顯提升,達(dá)5～11 h,比對(duì)照點(diǎn)延長(zhǎng)1～7 h。3種天氣條件下,人體舒適度提升最明顯的觀測(cè)點(diǎn)是旱柳-槐樹林,降低不舒適率為5.0%～5.4%,而草坪的人體舒適度提升效果最弱,降低不舒適率僅有0.4%～1.5%,雨后整體人體舒適率比晴天和多云天氣時(shí)提升0.4%～1.1%。

在相同天氣條件下,不同游憩地對(duì)人體不舒適感的減緩效果差異明顯。3種天氣平均降溫率比較:旱柳-槐樹>旱柳>旱柳-毛白楊>油松-柏樹>油松>園內(nèi)廣場(chǎng)>園內(nèi)草坪,平均增濕率比較:旱柳-槐樹>園內(nèi)草坪>旱柳>旱柳-毛白楊>油松-柏樹>油松>園內(nèi)廣場(chǎng),平均減風(fēng)率比較:旱柳-槐樹等5種有林游憩地明顯優(yōu)于無(wú)遮擋的園內(nèi)草坪和園內(nèi)廣場(chǎng)。

在炎熱的夏季,北京地區(qū)城市公園綠地能較為明顯地降低人體不舒適感,在典型天氣下06:00—09:00適合晨練的居民進(jìn)行游園鍛煉等戶外活動(dòng);晴天和多云時(shí),10:00后無(wú)論在園內(nèi)草坪還是各類游憩林均會(huì)感到不舒適,特別是14:00左右應(yīng)盡量減少在草坪及無(wú)遮擋的廣場(chǎng)活動(dòng),防止中暑,20:00起旱柳-槐樹林適合晚間活動(dòng)的居民游憩;雨后,居民可在17:00以后到園內(nèi)各游憩地進(jìn)行戶外活動(dòng)。

研究發(fā)現(xiàn),城市公園綠地不同游憩地的植物配置和樹種等能影響局地微氣候及人體舒適度變化,但人體舒適度也受植物的冠層結(jié)構(gòu)、郁閉度和種植密度等因子影響。今后可針對(duì)冠層結(jié)構(gòu)差異做進(jìn)一步比較和分析。在觀測(cè)過(guò)程中還發(fā)現(xiàn),顆粒物濃度和景觀美景度也是反映人體舒適度的重要指標(biāo),所以今后可以考慮顆粒物濃度變化與人體綜合舒適度指數(shù)間的關(guān)系,從而探索通過(guò)合理配置植物,為城市公園綠地設(shè)計(jì)提供依據(jù),為居民合理安排游憩鍛煉路線提供參考。

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(責(zé)任編輯： 許 素)

Public Park Green Belt Micrometeorology and Its Impact on Human Comfort Under Typical Summer Weather.

DUWan-guang1,2,3,4，WANGCheng1,2，BAOHong-guang1,2，WANGQian1,2,4，YANGHua3，ZHOUBo5

(1.Chinese Academy of Forestry，Beijing 100093，China;2.Urban Forest Research Center of the State Forestry Bureau，Beijing 100093，China;3.Beijing Park Management Centre，Beijing 100043，China;4.Beijing Institute of Landscape Architecture， Beijing 100102， China；5.Beijing Haidian Gardens Bureau， Beijing 100089， China)

To explore green land micrometeorology in public parks under typical summer weather (sunny, cloudy, and after raining) and its impact on human comfort, monitoring posts were set up at 8 selected typical recreation places in the Beijing Haidian Park. Results show that the park green belts significantly reduced air temperature, increased relative humidity, decreased wind speed, and improved human comfort. Weather is an important factor affecting significantly human comfort. Body comfort on green land lasted for 4-7 hours under a sunny or cloudy sky, 1-4 hours longer than on CK (lands other than green belt); and for 5-11 hours after raining. The impacts of green lands on temperature, humidity and wind varied significantly with the type of green land. Willow-locust forests were the most remarkable in reducing the integrated human comfort index of the three types of weather by 5.0%-5.4%; and lawns the least by only 0.4%-1.5%. The three types of weather, sunny, cloudy and after-raining reduced the temperature by 0.5-2.6, 0.7-2.7 and 0.6-2.0 ℃； increased the humidity by 2.2%-10%, 2.6%-10.25% and 1.1%-4.3%; and decreased wind speed by 16.7%-66.7%, 16.7%-66.7% and 22.2%-55.6%, respectively. So, under typical summer weather, 06:00-09:00 am is the most favorable time period for people to do outdoor activities; in sunny or cloudy days, people would feel uncomfortable after 10:00 am; and after raining people may have outdoor exercises or activities in these recreational spots after 17:00.

park green belt； typical weather； summer； micrometeorology; human comfort

2016-06-15

國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201304301-05,201404301)

X16;P463.22

A

1673-4831(2017)04-0349-08

10.11934/j.issn.1673-4831.2017.04.008

杜萬(wàn)光(1982—),男,內(nèi)蒙古錫林郭勒盟人,高級(jí)工程師,博士生,主要從事生態(tài)環(huán)境研究。E-mail: duwanguang@126.com

① 通信作者E-mail: Wah8361@163.com