趙曉龍 卞 晴 趙冬琪 張 波

體力活動(dòng)匱乏的靜態(tài)生活方式易導(dǎo)致慢性疾病頻發(fā)，市民對(duì)城市公園的公共健康訴求日益增強(qiáng)[1]。城市公園已成為承載太極拳、毽球等休閑體力活動(dòng)的主要場(chǎng)所。公共健康范式下，活動(dòng)人次及其代謝量不僅是衡量有效體力活動(dòng)強(qiáng)度的基本測(cè)度，也是增強(qiáng)人群健康的重要可干預(yù)因素[2-4]。Macintyre[5]、Hillsdon[6]等在規(guī)劃尺度下證實(shí)：高質(zhì)量且大規(guī)模城市開放空間的水體面積、綠地率等環(huán)境特征在促進(jìn)人群活動(dòng)強(qiáng)度方面具有積極影響。但場(chǎng)地尺度下，特定強(qiáng)度活動(dòng)類型與其所在物質(zhì)環(huán)境的適應(yīng)性研究相對(duì)缺乏。

與此同時(shí)，隨著不利氣候條件對(duì)城市公園日利用率的沖擊，微氣候與活動(dòng)人次的適應(yīng)性研究廣泛展開，并在微氣候因子與熱舒適兩方面取得大量研究成果[7-11]。王吉勇[12]進(jìn)一步從環(huán)境行為學(xué)角度證實(shí)，活動(dòng)主體與局地微氣候具有熱選擇、熱適應(yīng)的交互關(guān)系。但現(xiàn)有相關(guān)研究多集中以人次作為活動(dòng)強(qiáng)度評(píng)價(jià)測(cè)度。運(yùn)動(dòng)健康導(dǎo)向下，活動(dòng)強(qiáng)度類型的細(xì)化及其代謝量與微氣候環(huán)境的關(guān)系有待深入探究。其中，城市公園并非一致性物理環(huán)境，局地微氣候特征除受區(qū)域性物候條件影響外，亦會(huì)受到空間遮蔽程度、植被覆蓋率等植被群落特征影響[13-15]。而現(xiàn)有研究相對(duì)獨(dú)立的在微氣候與行為、微氣候與植被群落方面，兩兩建立關(guān)系。探尋寒地城市公園植被群落物質(zhì)環(huán)境、微氣候物理環(huán)境及休閑體力活動(dòng)行為規(guī)律三者間的聯(lián)動(dòng)機(jī)制，提高其日利用率以承載日益增長(zhǎng)的活動(dòng)需求成為研究的主要目的(圖1)。

因此，本研究借由調(diào)查寒地城市公園休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度、局地微氣候特征及其植被群落特征，以期解決以下研究問題：

問題1：休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度在寒地城市公園中的時(shí)空分布特征如何？

問題2：不同休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度聚集地的微氣候特征是否具有顯著差異？

問題3：城市公園微氣候因子是否對(duì)休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度具有適應(yīng)性影響？

問題4：休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度聚集地典型植被群落特征是否具有微氣候調(diào)節(jié)效應(yīng)？

旨在利用植被群落微氣候調(diào)節(jié)效應(yīng)，提出氣候適應(yīng)性的休閑體力活動(dòng)空間設(shè)計(jì)策略。

圖1 休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度與植被群落微氣候效應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)理

圖2 數(shù)據(jù)采集點(diǎn)平面圖

1 研究?jī)?nèi)容及方法

1.1 研究時(shí)間選擇

哈爾濱位于中國(guó)東北部，北緯44°04′～46°40′，是我國(guó)緯度最高的省會(huì)城市。溫帶大陸性季風(fēng)影響下，四季分明、冬季漫長(zhǎng)寒冷。長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月之久的嚴(yán)寒氣候促使在乍暖還寒之時(shí)，城市公園自發(fā)性休閑體力活動(dòng)頻發(fā)。研究選取寒地城市早春時(shí)節(jié)4—5月(2016年4月18—22日、2016年5月9—13日共計(jì)10d)，依據(jù)天氣預(yù)報(bào)隨機(jī)選取10d無云晴好天氣，且排除大型節(jié)假日或其他特殊活動(dòng)出現(xiàn)人潮，影響研究結(jié)果的精準(zhǔn)性與普適性。每日于6：00—17：00連續(xù)觀測(cè)。

1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集

預(yù)調(diào)研選取哈爾濱主城區(qū)內(nèi)休閑體力活動(dòng)頻發(fā)的市級(jí)公園——兆麟公園為研究區(qū)域。該公園(N45°46′26.4＂,E126°36 ′56.16＂)位于哈爾濱居住、商務(wù)核心區(qū)域，占地面積8.4hm2，植被覆蓋率高達(dá)72%。通過觀察及行為注記法對(duì)全園休閑體力活動(dòng)進(jìn)行全日段觀測(cè)。并依據(jù)行為注記結(jié)果篩選出6個(gè)高聚集休閑體力活動(dòng)場(chǎng)地作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)(圖2)。

1.2.1 微氣候特征實(shí)地測(cè)量

依據(jù)微氣候地面數(shù)據(jù)采集方法，距地面1.5m處利用Testo-435多功能測(cè)量?jī)x(空氣溫度：±0.3℃、相對(duì)濕度：+2%RH～+98%RH、風(fēng)速：0.03m/s+4%測(cè)量值)和建通JTR05太陽輻射儀(7～14mv/kw·m-2)，于觀測(cè)時(shí)段每分鐘自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)量。

1.2.2 休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度觀測(cè)

研究共計(jì)有效觀測(cè)樣本2284人次，涵蓋棋牌、太極拳、毽球等7種活動(dòng)類型。由于觀測(cè)人數(shù)較多且活動(dòng)流動(dòng)性較強(qiáng)，難以逐一對(duì)活動(dòng)者的代謝量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因此，選取體力活動(dòng)能量消耗編碼表[16](Compendium of Physical Activities)這一低成本、方便快捷的體力活動(dòng)分類評(píng)估工具，作為代謝量取值及強(qiáng)度劃分的重要標(biāo)準(zhǔn)及參考依據(jù)[17-19](表1)。休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度(活動(dòng)人次及代謝量)與微氣候數(shù)據(jù)同步采集，記錄間隔30min逐時(shí)段疊加。

1.2.3 植被群落特征實(shí)地測(cè)量

進(jìn)一步利用實(shí)地測(cè)量方法對(duì)各數(shù)據(jù)采集點(diǎn)典型植被群落特征進(jìn)行量化描述。其中，利用紅外線測(cè)距儀——Nikon 1000AS采集群落結(jié)構(gòu)特征(群落覆蓋率、群落綠量比)。利用魚眼鏡相片及RayMan模型計(jì)算天空可視因子(Sky View Factor)代表群落冠層郁閉度；手持式激光測(cè)距儀——BOSCH-GLM250VF采集冠層距地高度，描述群落形態(tài)特征。

2 研究結(jié)果及分析

2.1 休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度時(shí)空分布特征

表征層面揭示休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度時(shí)空分布特征，為休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度與植被群落微氣候調(diào)節(jié)效應(yīng)因果關(guān)系的建立做基礎(chǔ)性分析。

圖3 休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度時(shí)空分布圖

表1 休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度采集

表2 休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度時(shí)空分布特征百分比/%

表3 休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度聚集地對(duì)照點(diǎn)

研究顯示(圖3)：相同強(qiáng)度的休閑體力活動(dòng)隨局地微氣候變化而遷移聚集，并具有主動(dòng)選擇及熱適應(yīng)的過程。其中，活動(dòng)類型以棋牌、太極拳等低及中低強(qiáng)度活動(dòng)為主導(dǎo)，占總觀測(cè)人數(shù)74%(表2)。其活動(dòng)人次日變化趨勢(shì)趨同，高溫階段達(dá)到峰值，隨后降溫階段驟然下降，尤其以太極拳、操舞為主的中低強(qiáng)度活動(dòng)人次變化最為顯著。中等以上強(qiáng)度活動(dòng)人次的日變化趨勢(shì)明顯差異于其他2類強(qiáng)度。初溫、積溫階段活動(dòng)人次小幅度上升，并于高溫及降溫階停留在較為穩(wěn)定的狀態(tài)。

圖4 活動(dòng)人次與微氣候因子適應(yīng)性分析

表4 休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度聚集地微氣候特征差異顯著性分析

表5 活動(dòng)人次與微氣候因子相關(guān)顯著性分析

2.2 休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度聚集地微氣候特征差異

依據(jù)各觀測(cè)點(diǎn)活動(dòng)強(qiáng)度所占百分比，將其劃分為3組活動(dòng)強(qiáng)度聚集地，對(duì)照點(diǎn)見表3。利用單因素方差A(yù)NOVA探尋各活動(dòng)強(qiáng)度聚集地微氣候特征的顯著差異(表4)。研究表明：隨著活動(dòng)強(qiáng)度的增強(qiáng)，活動(dòng)主體溫濕度敏感性增加。其中，低及中低強(qiáng)度活動(dòng)聚集地的微氣候差異顯著性趨同，且呈現(xiàn)出較強(qiáng)的耐風(fēng)性(差值0.072～0.514m/s)及耐濕性(差值5.611%～6.997%)。低溫、通風(fēng)的微氣候特征有助于激發(fā)低及中低強(qiáng)度活動(dòng)人次的增加及代謝量的增長(zhǎng)。中等以上強(qiáng)度活動(dòng)聚集地太陽輻射量明顯高于低強(qiáng)度活動(dòng)(差值194.266～208.834W/m2)。高濕及風(fēng)速對(duì)人體體表散熱的阻礙，使得低風(fēng)、低濕、高日照微氣候特征利于誘發(fā)中等以上活動(dòng)強(qiáng)度的增加。

2.3 休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度與微氣候因子適應(yīng)性分析

基于上述研究，進(jìn)一步利用一元線性回歸深入探究休閑體力強(qiáng)度與各微氣候因子的適應(yīng)性關(guān)系。并應(yīng)用散點(diǎn)圖確定微氣候因子適宜值區(qū)間。其中，非實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，城市外部環(huán)境影響因素眾多，且活動(dòng)主體行為選擇具有較強(qiáng)的主觀性與流動(dòng)性，致使樣本數(shù)據(jù)較為離散。但Sig值均＜0.05，證明R2具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。微氣候作為滿足活動(dòng)主體的基本生理需求，各因子對(duì)休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度的解釋能力可被接受，研究結(jié)果如下。

2.3.1 活動(dòng)人次與微氣候因子適應(yīng)性分析

休閑體力總活動(dòng)人次與太陽輻射、溫度呈顯著正相關(guān)、與風(fēng)度呈負(fù)相關(guān)(表5)。關(guān)聯(lián)強(qiáng)度依次為：太陽輻射(R2解釋能力57.62%～33.34%)＞溫度(R2解釋能力54.29%～39.68%)＞風(fēng)速(R2解釋能力36.03%～20.39%)(圖4)?；顒?dòng)人次均值集中出現(xiàn)在14～16℃；太陽輻射量400～600W/m2；風(fēng)速0～0.5m/s。低強(qiáng)度活動(dòng)的耐風(fēng)性顯著，差值最大可達(dá)0.92m/s；當(dāng)溫度上升至18℃以上，太陽輻射量大于600W/m2時(shí)，中低及中等以上強(qiáng)度活動(dòng)人次顯著增加。

2.3.2 活動(dòng)代謝量與微氣候因子適應(yīng)性分析

休閑體力總活動(dòng)代謝量與溫度、太陽輻射呈顯著正相關(guān)；與風(fēng)速及濕度呈負(fù)相關(guān)(表6)。關(guān)聯(lián)強(qiáng)度依次為：相對(duì)濕度(R2解釋能力49.09%～23.25%)＞風(fēng)速(R2解釋能力48.49%～28.67%)＞溫度(R2解釋能力45.73%～36.92%)＞太陽輻射(R2解釋能力43.97%～21.19%)(圖5)。隨著活動(dòng)代謝量的增加，活動(dòng)主體對(duì)相對(duì)濕度、風(fēng)速的感知增強(qiáng)。其中，相對(duì)濕度增加至32%，中等以上強(qiáng)度活動(dòng)代謝量顯著下降。休閑體力活動(dòng)總代謝量在溫度18℃以上；相對(duì)濕度30%～34%；風(fēng)速0～1m/s；太陽輻射500～700W/m2微氣候特征區(qū)間顯著上升。

圖5 活動(dòng)代謝量與微氣候因子適應(yīng)性分析

表6 活動(dòng)代謝量與微氣候因子相關(guān)顯著性分析

2.4 休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度聚集地典型植被群落微氣候調(diào)節(jié)效應(yīng)分析

選取休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度聚集地典型植被群落特征作為對(duì)照比較內(nèi)容(表7)，通過多重比較Scheffe法(P=0.05)揭示植被群落微氣候調(diào)節(jié)效應(yīng)與休閑體力活動(dòng)聚集關(guān)系，研究結(jié)果如下。

2.4.1 植被群落結(jié)構(gòu)特征微氣候調(diào)節(jié)效應(yīng)

1)群落覆蓋率微氣候調(diào)節(jié)效應(yīng)。

群落覆蓋率是評(píng)價(jià)場(chǎng)地平面結(jié)構(gòu)植被復(fù)合程度的重要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。研究結(jié)果表明：群落覆蓋率的微氣候調(diào)節(jié)效應(yīng)主要集中于溫濕度方面，且呈現(xiàn)出覆蓋率越高降溫增濕效應(yīng)越顯著的趨勢(shì)，其最大溫差約為5.614℃；最大濕度差約為12.562%(表8)。由于低覆蓋率場(chǎng)地中硬質(zhì)鋪裝面積加大吸收大量太陽輻射，致使其與高覆蓋率場(chǎng)地最大太陽輻射差值為107.6W/m2，有效誘發(fā)中等以上強(qiáng)度活動(dòng)產(chǎn)生。

2)群落綠量比微氣候調(diào)節(jié)效應(yīng)。

相同群落結(jié)構(gòu)不同綠量比微氣候調(diào)節(jié)效應(yīng)比較結(jié)果顯示：常綠喬木的降溫冷卻能力較強(qiáng)于落葉喬木2.345℃；太陽輻射攔截能力略低于落葉喬木97.666W/m2(表9)。喬木主導(dǎo)的復(fù)合化群落結(jié)構(gòu)越豐富，增濕降溫以及對(duì)風(fēng)速的攔截能力越明顯，其最大降溫效應(yīng)約為6.667℃、增濕13.322%。不同群落結(jié)構(gòu)微氣候調(diào)節(jié)效應(yīng)在城市公園中產(chǎn)生局地溫差，進(jìn)而使得空氣流速增加。復(fù)合化的群落結(jié)構(gòu)有利于在極端氣候條件下，彈性控制局地溫濕度保持在一定的變化幅度內(nèi)，避免影響人體生理熱能產(chǎn)生極端的增加或喪失，吸引休閑體力活動(dòng)的聚集。

2.4.2 植被群落形態(tài)特征微氣候調(diào)節(jié)效應(yīng)

1)群落冠層郁閉度調(diào)節(jié)效應(yīng)。

相似郁閉度條件下，落葉喬木與常綠喬木的降溫增濕作用以及對(duì)風(fēng)速、太陽輻射的攔截作用無顯著差異(表10)。高大喬木冠層可在場(chǎng)地上層空間形成連續(xù)的綠色屏障。其葉片在蒸騰作用的同時(shí)，不僅阻擋反射了太陽輻射，也減少了場(chǎng)地硬質(zhì)鋪裝對(duì)長(zhǎng)波輻射的吸收。而低矮的灌木冠層只對(duì)場(chǎng)地周邊界面進(jìn)行圍合，所接受太陽輻射明顯高于喬木冠層182.2W/m2，溫度顯著上升3.256℃。

2)群落冠層距地高度調(diào)節(jié)效應(yīng)。

相似高度下，落葉與常綠喬木的微氣候調(diào)節(jié)效應(yīng)無顯著差異(表11)。高大喬木冠層與低矮灌木冠層差異顯著，其溫度差約為2.896℃，濕度約為12.616%。風(fēng)速方面，雖然灌木冠層對(duì)場(chǎng)地界面的圍合對(duì)風(fēng)速具有一定阻擋作用，但并不顯著。其最大風(fēng)速差值約為0.23m/s。喬木冠層距地高度在一定程度上加速了冠層下風(fēng)速的流通、場(chǎng)地的散熱。

3 微氣候適應(yīng)性休閑體力活動(dòng)空間設(shè)計(jì)策略

基于上述研究結(jié)果，利用植被群落微氣候調(diào)節(jié)效應(yīng)提出以下微氣候適應(yīng)性休閑體力活動(dòng)空間設(shè)計(jì)策略。

1)育兒、棋牌、太極拳、操舞等為主導(dǎo)的低及中低強(qiáng)度休閑體力活動(dòng)空間設(shè)計(jì)。

針對(duì)其對(duì)活動(dòng)場(chǎng)地具有低溫、通風(fēng)的微氣候特征偏好，高大喬木為主導(dǎo)的復(fù)合化植被群落結(jié)構(gòu)是最佳的配置選擇。該群落結(jié)構(gòu)可利用高大喬木冠層，在場(chǎng)地上層空間形成連續(xù)的綠色遮蔽屏障，對(duì)太陽輻射進(jìn)行攔截并發(fā)揮出強(qiáng)大的降溫增濕效能。同時(shí)，高聳的喬木冠層距地高度，促使其冠層下易于形成開敞的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。而灌草結(jié)構(gòu)與高大喬木冠層的組合增加了群落結(jié)構(gòu)的復(fù)合性與穩(wěn)定性，并對(duì)喬木冠層的降溫增濕及通風(fēng)性能具有強(qiáng)化作用。

2)健身器械、毽球等活動(dòng)為主導(dǎo)的中等以上強(qiáng)度休閑體力活動(dòng)空間設(shè)計(jì)。

針對(duì)其對(duì)活動(dòng)場(chǎng)地具有低風(fēng)、低濕、高日照的微氣候特征偏好，高大喬木冠層并不適用。

而無高大冠層遮蔽的灌草結(jié)構(gòu)，可有效接受大量太陽輻射、提高活動(dòng)場(chǎng)地溫度，又具有一定通風(fēng)除濕效能，成為最適宜的群落結(jié)構(gòu)配置。

表7 休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度聚集地典型植被群落特征對(duì)照比較內(nèi)容

表8 群落覆蓋率微氣候調(diào)節(jié)效應(yīng)差異顯著性分析

表9 群落綠量比微氣候調(diào)節(jié)效應(yīng)差異顯著性分析

4 結(jié)語

以微氣候?yàn)槊浇?，植被群落微氣候調(diào)節(jié)效應(yīng)與休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度因果關(guān)系的確立，使得在地域氣候條件不可改變的前提下，利用風(fēng)景園林植被群落調(diào)節(jié)效應(yīng)改善局地微氣候環(huán)境、發(fā)揮綠地系統(tǒng)物理環(huán)境的運(yùn)動(dòng)增效作用。為激發(fā)寒地市民休閑體力活動(dòng)意愿、增強(qiáng)活動(dòng)強(qiáng)度、提升城市公園運(yùn)動(dòng)健康效能提供數(shù)理支持。

表10 群落冠層郁閉度微氣候調(diào)節(jié)效應(yīng)差異顯著性分析

表11 群落冠層距地高度微氣候調(diào)節(jié)效應(yīng)差異顯著性分析

注：文中圖片均由作者繪制。