周鑫鑫 ，郭 超

(浙江農林大學暨陽學院，浙江 諸暨 311800)

1 引言

在全球氣候變化和城市化的大背景下，城市公園綠地被認為是緩解城市熱島效應的有效途徑之一。因此，如何合理規(guī)劃城市公園綠地公共空間、提升游人舒適感受，越來越受到研究者的重視。本文通過探尋城市公園綠地植被群落微氣候物理環(huán)境、使用者舒適度與游人行為活動規(guī)律之間的聯(lián)動機制，利用植物群落微氣候調節(jié)效應，提出氣候適應性的游人活動空間設計策略，以此反推在城市不同場地創(chuàng)建適宜小氣候環(huán)境的設計方法，以期在提高人體舒適度的同時提升公園的日常使用率，從而更好地發(fā)揮城市綠地對城市熱島效應的緩解作用，努力為氣候改善做出貢獻。

2 研究方法及內容

2.1 研究場地

諸暨市體育公園位于東江橋西側，東接內環(huán)線，西接永昌橋，東西跨度為543 m，南北跨度為360 m，公園總面積約9.23萬m2，綠地面積5.87萬m2。

本次實驗選取諸暨市體育公園內，具有不同的空間形態(tài)的三塊樣地，具體分布如圖1，各樣地具體信息見表1。

圖1 諸暨市體育公園平面圖

表1 樣地基本信息

2.2 研究方法

2.2.1 實驗時間

本實驗分別在2019年8月21日、22日、24日(因8月23日12：00后下雨，當天數據無效，在24日補測1 d)以及2019年12月7日、8日、9日分別連續(xù)3 d進行觀測。夏冬兩季的觀測日的諸暨市氣象信息分別如下：夏季，天氣晴朗，氣溫25～35 ℃，相對濕度0.72%～0.91%，風力1級；冬季，天氣晴朗，氣溫1～9 ℃，相對濕度74%～82%，風力1～2級。每天觀測時段為8：00～18：00，每10 min記錄1次。與此同時，實時記錄各時間段3塊樣地內游人的活動情況。

2.2.2 實地小氣候監(jiān)測

在夏季和冬季，分別選擇大氣候條件穩(wěn)定的連續(xù)3 d，對選定的3塊樣地進行多次實地小氣候數據采集。測量高度距離地面1.5m，觀測參數包括空氣溫度、相對濕度、風向和風速。

2.2.3 游人舒適度及行為觀測

(1)溫濕指數：THI=T-0.55(1-RH)×(T-14.4)

(1)

式(1)中：THI為溫濕指數；T為環(huán)境空氣溫度(℃)；RH為空氣相對濕度(%)。

(2)游人行為觀測。在每個觀測樣地，用行為觀察法[1]通過記錄觀察記錄表、拍照攝像等方式，記錄在各時間段內，3個樣地空間環(huán)境中游人的行為模式及特征。

2.3 實驗儀器

美國產小型氣象站Watchdog。

3 實驗結果與分析

3.1 小氣候要素監(jiān)測結果與分析

將夏季和冬季各3 d觀測日，3塊樣地每間隔10 min測得1次的熱環(huán)境值(空氣溫度)、濕環(huán)境值(相對濕度)及風環(huán)境值(風速及風向)的實測數據進行算術平均處理，獲得各類數值每小時的算數平均值，結合3塊樣地的物理空間特征進行分析，結果如下(以下表述中，開放空間、半開放空間、封閉空間分別用A、B、C代替)。

3.1.1 熱環(huán)境分析

氣溫是表示空氣冷熱程度的物理量，也是決定天氣變化的主要因子[2]。通過分析夏冬兩季的實驗數據，可以得出以下幾點結論。

(1) 空氣溫度主要受太陽輻射的影響。圖2與圖3顯示，三塊樣地的溫度變化趨勢大致相同，均呈先升高再降低的趨勢，并在13:30～14:00時達到最大值，與1 d中太陽輻射變化情況吻合。

(2)下墊面也會影響溫度變化，草地比硬質鋪裝有更好升溫和降溫作用。圖2和圖3的8:30～10:00和15:00～18:00時段中，B的溫度明顯低于A且B溫度變化速率都大于A。這是因為B的下墊面為草地空間，A的下墊面為硬質鋪裝。在8:30～10:00，環(huán)境溫度逐漸升高，草地空間植物蒸騰作用不斷增強，蒸騰作用屬散熱，幫助B加快升溫速率；而在15:00～18:00，環(huán)境溫度大幅降低，植物蒸騰作用大大減弱，加上A下墊面為硬質水泥地對太陽輻射的吸收率與發(fā)射率之比大于B草地，進一步阻礙了A溫度的降低。這也是在夏季(8:00～8:30)以及冬季(8:00～11:00和16:30～18:00)，B溫度甚至會低于C的原因所在。

圖2 夏季3 d平均氣溫

圖3 冬季3 d平均氣溫

(3)郁閉度是影響空間溫度的一個因素，郁閉度高的空間溫差變化更小且溫度處于一個相對較低范圍。最高溫度情況：夏季：B(41.68 ℃)>A(41.42 ℃)>C(35.97 ℃)；冬季：B(17.49 ℃)>A(16.90 ℃)>C(14.27 ℃)。最大溫差情況：夏季：B(12.07 ℃)>A(9.33 ℃)>C(5.86 ℃)；冬季：B(14.97 ℃)>A(12.98 ℃)>C(10.76 ℃)；除早晨外的其他時間段以及冬季太陽輻射最強的時間段(11:00～15:00)，C的溫度值大大低于B和A。因為C郁閉度高，高大茂密的喬木冠層遮擋了大部分的太陽輻射，從而導致C的溫差較小，溫度較低。

3.1.2 濕環(huán)境分析

空氣相對濕度是指空氣中水汽壓與相同溫度下飽和水汽壓的百分比，通常是用來表示空氣中水汽含量的一個物理量。對熱感覺、熱可接受度、熱舒適和悶熱感等人體熱反應有顯著的影響[3]。通過分析夏冬兩季的實驗數據，可以得出以下幾點結論。

(1)相對濕度與太陽輻射成負相關。圖4、圖5顯示，夏冬兩季，3塊樣地相對濕度變化都呈先降低在升高的趨勢，且最大值都出現(xiàn)在測量時間段內太陽輻射最弱的時間點(8:00)，最小值都出現(xiàn)在太陽輻射最強的時間段(13:30～14:30)內。

圖4 夏季3 d平均相對濕度

圖5 冬季3 d平均相對濕度

(2)草本植物和水體會發(fā)生蒸騰作用，因而具有一定的保濕作用。圖4顯示，夏季B的相對濕度高于A。冬季則因為B的下墊面為草本植物，會出現(xiàn)結霜現(xiàn)象且冬季風速較大，對實驗結果造成一定影響。

(3)高郁閉度的空間因喬木樹冠的蒸騰作用，具有顯著的保濕作用。相對濕度差：夏季：B(32.03%)>A(30.18%)>C(24.41%)；冬季：B(54.60%)>A(47.20%)>C(46.00%)。由此可見，在夏冬兩季的日變化中，C的相對濕度變化都最小且數值較高。

3.1.3 風環(huán)境分析

風是由空氣流動引起的一種自然現(xiàn)象，一般是由太陽輻射熱引起的。結合各樣地的植物群落結構以及空間郁閉度等因素綜合分析，可以得出以下結論。

(1)灌木和小喬木相較于高大喬木對風的阻礙更明顯。夏季，諸暨城市主導風向為東北風，B的東北側有數量不少的灌木種植，C則是種植枝下高很高的大喬木——馬尾松。圖6顯示，絕大部分時間，B的風速都低于C和A。可見，對于距離地面1.5 m的測量點而言，灌木對風的阻礙效果明顯高于高大喬木。

圖6 夏季3 d平均風速

(2)郁閉度對風也有一定影響，郁閉度高的空間，風速相對較低。圖7顯示，相同時間段，C風速都低于A。

圖7 冬季3 d平均風速

3.2 游人舒適度及行為觀測分析

3.2.1 溫濕指數

溫濕指數(THI)即人體舒適度指數，是日常生活中較為常用的表征人體舒適度的方法。人體舒適度正是以人類機體與近地大氣之間的熱交換原理為基礎，從氣象學角度評價人類在不同天氣條件下舒適感的一項生物氣象指標，其在城市環(huán)境氣象服務中具有重要地位[4]。通過分析夏冬兩季各個樣地的THI變化曲線，可以得出以下幾點結論。

(1)高郁閉度有助于降低THI。圖8、圖9均顯示，8:00各樣地的THI最低，隨著太陽輻射的增強，各樣地THI飛速上升并在13:00～14:00達到最大值。尤其是在夏季，高郁閉度的C的THI值遠小于A和B。冬季，太陽輻射較強的時間段，C的THI值也小于A和B。結合溫度和濕度的變化情況可知：高郁閉度對THI有一定的調節(jié)作用，可使其處于相對較舒適的范圍。

圖8 夏季溫濕指數

圖9 冬季溫濕指數

(2)降溫、増濕效果越好不等于對人體舒適度調節(jié)越好。結合溫度、濕度的實驗結果可知，B草地下墊面相對于A鋪裝下墊面具有較好的降溫以及増濕的效果。但圖8顯示，B在夏季太陽輻射較強的時間段(10:00～15:00)的THI明顯高于A。

3.2.2 游人行為與溫濕指數的相關性分析

將夏季兩個舒適度區(qū)間內各樣地上開展不同活動的游人情況加以統(tǒng)計，見表2。結合游人行為觀測結果以及溫濕指數情況綜合分析，可以得出以下幾點結論。

表2 夏季兩個舒適度區(qū)間各樣地游人情況統(tǒng)計

(1)在一定程度上，溫濕指數和游人總數成反比。夏季，場地內有大量游人的情況下都發(fā)生在THI<30.20的情況下；當30.20

(2)游人不同行為對氣候舒適度敏感度不同。當THI<30.20時，人體舒適度較高，場地內選擇站著、樂器練習、打太極、廣場舞等需要停留的運動以及邊走邊聊邊觀賞、遛狗、散步、跑步等未停留類運動的游人比例遠大于30.20≤THI≤32.10時的比例，可見，以上幾種是對小氣候舒適性最敏感的行為；嬉戲和樂器練習在兩區(qū)間的比例相近，對小氣候舒適度不甚敏感；拍照和騎行(經過)兩種行為在30.20≤THI≤32.10區(qū)間的比例明顯大于THI<30.20，對舒適度最不敏感。坐憩行為雖然在30.20≤THI≤32.10區(qū)間所占比例較高，但因其會伴隨著對舒適度不甚敏感的嬉戲和樂器練習行為同時發(fā)生。并且實驗時觀察發(fā)現(xiàn)：獨立的坐憩行為常發(fā)生于可遮蔭的亭廊或座椅上，且進行時間較短。綜合分析可以得出，坐憩行為對小氣候舒適度較為敏感。

4 改善策略

通過比較空氣溫度、相對濕度、風速等小氣候因子對人體熱舒適度的影響差異，結合溫濕指數以及游人行為觀測結果，總結分析后，提出以下幾點改善策略。

(1)休憩空間合理栽植落葉喬木或增設景觀遮蔭小品，保證夏季較涼爽，冬季不過冷，改善熱環(huán)境。溫度較高的時間段，人們都會選擇遮蔭、涼爽的空間休憩，且坐憩行為對小氣候舒適度較為敏感。根據實驗結果發(fā)現(xiàn)：封閉空間雖然在夏季溫度較低，感覺較舒適，但是因其場地內種植的是常綠喬木——馬尾松，從而造成冬季溫度過低，令人感到寒冷。這點在很大程度上影響了該空間冬季時的游人數量。雖然開放空間THI值較高，但因其場地中有可供休憩遮蔭的亭廊，游人數也較多。因此，為滿足不同人群的活動需求，設計休憩空間時，可采用自然遮蔭，如空間內栽植落葉喬木群，夏季降低場地溫度，冬季也可保證足夠的太陽輻射；也可采用人工遮蔭，如增設具有遮蔭效果的小品，從而改善空間熱環(huán)境。

(2)因地制宜設計水體、合理增加喬木面積，改善濕環(huán)境。喬木綠量可以有效減少太陽輻射且保濕作用顯著；灌木綠量雖能提升環(huán)境濕度，但影響環(huán)境通風；草地和水體因其蒸騰作用，從而具有一定保濕作用。因此，在設計時，應根據空間的具體使用功能，合理進行喬灌木搭配以及軟硬鋪裝選擇，從而改善濕環(huán)境。

(3)合理設置環(huán)境空間朝向，改善風環(huán)境。場地空間走向與城市夏季主導風向一致時有利于氣流疏導，增大空氣流速及場地熱交換，降低空氣溫度[5]。因此，設計時，在夏季主導風向上應保證空間通透。同理，在冬季主導風向上應設計如低矮灌木之類對風的阻礙作用較明顯的景觀要素，從而改善風環(huán)境。若出現(xiàn)夏季與冬季主導風向相同的情況，應根據場地空間的具體使用功能合理取舍。

(4)合理配置景觀要素與小氣候環(huán)境相協(xié)調，保證夏季高層遮蔭，中層通透，底層富有吸引力。夏季，游人舒適度主要是受溫度影響。在溫度較高的時間段，場地設計高大喬木群以及亭廊等遮蔭性能較好的景觀要素，既可以抵擋太陽輻射，又不影響通風，保證了夏季高層遮蔭。低矮灌木和小喬木對風的阻礙效果明顯。因此，不宜在提供游人休憩的空間的夏季盛行風向上設計大面積的灌木或小喬木群，應保證夏季中層空間的通透性。當THI相近時，可與人互動的水體可以令更多游人駐足；鋪裝雖然對小氣候舒適度調節(jié)力不強，卻是很多活動的載體；草地因其具有很好的降溫作用，也是夏季吸引游人的重要景觀要素。因此，在夏季，宜結合使用高大喬木、鋪裝、草地、水體、亭廊等設計要素，設計出夏季高層遮蔭、中層通透、底層富有吸引力的空間。

5 結語

本文通過深入系統(tǒng)地研究夏、冬兩個季節(jié)諸暨城市公園綠地不同樣地的小氣候效應及其對游人行為的影響，總結出小氣候要素、人體舒適度以及游人行為之間的關系，提出了一系列改善策略以期能應用到設計中去。在后續(xù)研究中將繼續(xù)細化研究不同植物物種搭配、景觀要素搭配對小氣候的調節(jié)情況。