熊 璨，趙 宏，孫海玲

(皖西學(xué)院 建筑與土木工程學(xué)院，安徽 六安 237000)

小氣候是指在具有相同大氣候特點(diǎn)的范圍內(nèi)，由于下墊面的構(gòu)造特征、地形方位、外部環(huán)境等各種因素不一致而在局部地區(qū)形成的獨(dú)特氣候狀況[1]。在全球氣候變暖的大背景下，現(xiàn)代化城市的高速發(fā)展對(duì)城市的小氣候影響較大，面對(duì)越來越多的環(huán)境脅迫，人們對(duì)健康舒適的戶外空間的訴求日趨強(qiáng)烈。在這樣的時(shí)代與社會(huì)背景下，開展城市宜居環(huán)境風(fēng)景園林小氣候適應(yīng)性研究有極為重要的意義。研究表明，湖泊、河道、濕地、池塘等水體對(duì)城市小氣候有不同程度的影響，在改善人居環(huán)境方面發(fā)揮著顯著的調(diào)節(jié)作用[1]。六安地區(qū)水資源豐富，以淠河水體為主線，創(chuàng)建城市水域生態(tài)系統(tǒng)，不僅可以進(jìn)一步將六安建設(shè)成為富有濱水城市特色的生態(tài)城市，也是打造“水城六安、綠城六安、文城六安”的重要措施[2-3]。

目前對(duì)小氣候效應(yīng)及人體舒適度影響的研究主要包括城市公園，居住區(qū)、校園綠地、古典園林和街道[4-11]，但關(guān)于島嶼水體對(duì)小氣候效應(yīng)和人體舒適度影響的研究較為匱乏。因此，本研究選擇在夏季炎熱氣候條件下，對(duì)月亮島濱水空間進(jìn)行小氣候?qū)崪y(cè)，通過測(cè)試太陽輻射、空氣溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速等小氣候要素，分析其變化特征，并分析對(duì)人體舒適度的影響，討論地形、水體、植物、建筑等景觀要素對(duì)濱水空間小氣候的影響，以期為月亮島改善濱水空間提供理論基礎(chǔ)，為六安市淠河濱水空間的合理規(guī)劃布局提供參考。

1 實(shí)測(cè)方案

1.1 月亮島概況

六安市位于安徽省西部，淠河提供了六安人賴以生存的基礎(chǔ)，淠河的源頭有兩處，一是岳西縣境內(nèi)，二是金寨縣境內(nèi)，均在大別山北麓，河道自南而北依次經(jīng)過霍山縣、岳西縣、六安市、淮南市，于壽縣正陽關(guān)入淮河。月亮島位于六安市西部，淠河河西(圖1)，原名桃花塢，受到河水自然沖擊，形成月亮形狀，故得名“月亮島”。六安市的整體空間規(guī)劃布局結(jié)構(gòu)為“一環(huán)兩心、三軸四區(qū)”，月亮島屬于“四區(qū)”中的城中區(qū)(圖2)。月亮島占地面積約150 hm2，形成水面面積約215 hm2，河道最寬處可達(dá)600 m，島內(nèi)約五分之四的土地被皖西學(xué)院使用，南部為月亮島安置小區(qū)，現(xiàn)有居住人口約5290人。環(huán)島綠道總長(zhǎng)度約5 km，綠廊以綠蔭覆蓋率高的大喬木為主，同時(shí)結(jié)合開花亞喬和灌木，形成多層次植物景觀，構(gòu)成六安市靚麗特色的城市綠道，在改善人居生態(tài)環(huán)境、提供市民游憩服務(wù)、展示城市生態(tài)形象等方面發(fā)揮著重要的作用。

圖1 月亮島區(qū)域位置圖

圖2 六安市中心城區(qū)結(jié)構(gòu)分析圖

1.2 測(cè)點(diǎn)選擇

根據(jù)與淠河的不同方位關(guān)系、遮蔽情況的差異，選取測(cè)試點(diǎn)共9個(gè)。其中緊臨淠河的東、南、西、北不同方位的通行空間濱水游步道4處：河西側(cè)步道(測(cè)點(diǎn)1)、河南側(cè)步道(測(cè)點(diǎn)7)、河?xùn)|側(cè)步道(測(cè)點(diǎn)8)、河北側(cè)步道(測(cè)點(diǎn)9)，遮蔽情況差異性較大的停駐空間5處：觀景平臺(tái)(測(cè)點(diǎn)2)、文化橋下(測(cè)點(diǎn)3)、樹陣廣場(chǎng)(測(cè)點(diǎn)4)、休憩亭(測(cè)點(diǎn)5)、陽光草坪(測(cè)點(diǎn)6)，共計(jì)9個(gè)。各測(cè)點(diǎn)在月亮島的分布位置見圖3，基本情況見表1。

圖3 月亮島各測(cè)點(diǎn)位置示意圖

表1 月亮島各測(cè)點(diǎn)情況

1.3 測(cè)試儀器與內(nèi)容

本研究測(cè)量?jī)x器主要采用太陽輻射儀(臺(tái)灣泰仕TES-1333R)、高精度溫濕度計(jì)(臺(tái)灣產(chǎn)衡欣 AZ8706)、風(fēng)速風(fēng)向儀(希瑪AS-8336)，測(cè)試內(nèi)容包括各測(cè)點(diǎn)的太陽輻射、空氣溫度、相對(duì)濕度和瞬時(shí)風(fēng)速。

1.4 測(cè)試方法

為避免極端氣象因素對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的干擾，測(cè)試選擇夏季晴朗少云，伴有微風(fēng)的天氣進(jìn)行，測(cè)試日期為2020年7月25—28日，共3天，每日觀測(cè)時(shí)間為8:00—18:00。測(cè)試方法為定點(diǎn)觀測(cè)，測(cè)量?jī)x器距離地面高1.5m，每1h讀取1次數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 太陽輻射

由圖4可知，各測(cè)點(diǎn)太陽輻射逐時(shí)變化趨勢(shì)差異較大，呈現(xiàn)出幾種不同的變化曲線，最大值多集中在10:00至14:00，從高到低依次為觀景平臺(tái)、樹陣廣場(chǎng)、陽光草坪、河?xùn)|側(cè)步道、河西側(cè)步道、河南側(cè)步道、河北測(cè)步道、休憩廊、文化橋下。

圖4 各測(cè)點(diǎn)太陽輻射逐時(shí)變化趨勢(shì)

通行空間中河?xùn)|側(cè)步道測(cè)點(diǎn)綠蔭覆蓋率為30%，其日間接受的太陽輻射量最大值和平均值均最高；河西側(cè)步道和河北側(cè)步道的太陽輻射變化曲線相似，由于受到路旁植物的遮擋，8:00—11:00未直接暴露在直射陽光下，從12:00開始，二者太陽輻射量充足，太陽輻射量明顯增大，15:00后隨太陽高度角減小而降低；河南側(cè)步道在8:00時(shí)便暴露在直射陽光下，10:00后受路旁綠蔭覆蓋的影響，太陽輻射量大幅度的降低，與其通行空間相比，日間太陽輻射的最大削減率為76.9%。

停駐空間觀景平臺(tái)、樹陣廣場(chǎng)和陽光草坪的太陽輻射曲線變化相似，三個(gè)測(cè)試點(diǎn)在實(shí)測(cè)時(shí)間段內(nèi)空間頂部均無遮蔽，中午12:00達(dá)到最大值，隨后太陽輻射量不斷減小，直至太陽落山后達(dá)最小值；文化橋下和休憩廊的太陽輻射變化曲線基本重合，兩側(cè)點(diǎn)空間頂部均為全遮蔽，太陽輻射在實(shí)測(cè)時(shí)段數(shù)值小，遮陰效果好，最大太陽輻射量不超過30 W/m2。

對(duì)比可見，測(cè)點(diǎn)由于周邊環(huán)境和頂部空間的不同，其接收到的太陽輻射具有顯著差異，周邊環(huán)境空曠，頂部無遮蔽的空間，太陽輻射量最大，周邊和頂部半遮擋的次之，頂部全遮蔽空間接收到的太陽輻射幾乎為零。

2.2 空氣溫度

如圖5所示，在8:00—18:00時(shí)段內(nèi)，各測(cè)點(diǎn)空氣溫變化較明顯，總體變化趨勢(shì)較為一致?？諝鉁囟茸畲笾导性?2:00至14:00，從高到低依次為樹陣廣場(chǎng)、觀景平臺(tái)、陽光草坪、河西側(cè)步道、河南側(cè)步道、休憩廊、河?xùn)|側(cè)步道、文化橋下、河北側(cè)步道。

圖5 各測(cè)點(diǎn)空氣溫度逐時(shí)變化趨勢(shì)

通行空間中河北側(cè)步道8:00至15:00實(shí)測(cè)溫度均低于淠河其他方位步道，河北側(cè)步道兩側(cè)植物冠幅較大、郁閉度較高，大幅度削弱了太陽輻射，與同為濱水區(qū)域河西側(cè)步道相比，兩測(cè)點(diǎn)最大溫差為3.1 ℃，降幅為11%左右；由于河?xùn)|側(cè)步道周圍水體呈環(huán)狀，在下午太陽高度角較低時(shí)，開闊的大水面有利于提高局部風(fēng)速，表現(xiàn)出較好的降溫作用，使其在16:00—17:00時(shí)段氣溫最低；河西、南側(cè)步道的氣溫變化趨勢(shì)較為一致。

停駐空間中樹陣廣場(chǎng)日均氣溫最高，觀景平臺(tái)和陽光草坪的日均氣溫次于樹陣廣場(chǎng)，總體氣溫變化趨勢(shì)與樹陣廣場(chǎng)基本接近，呈中午偏高單峰型變化特征，此特征與它們太陽輻射變化趨勢(shì)較為一致；空間頂部全遮蔽的文化橋下測(cè)點(diǎn)接受的太陽輻射量為零，使其成為日均氣溫最低的測(cè)點(diǎn)，與其他四個(gè)停駐空間日間溫度相比可降低0.5～4.5 ℃,最大降幅為15%左右；周邊景觀要素相近的情況下，臨水測(cè)點(diǎn)的比遠(yuǎn)水測(cè)點(diǎn)最多可降低2.5 ℃。

由此可見，測(cè)點(diǎn)空間周邊的植物遮陰率高低、水體面積大小、頂部不同遮蔽情況和臨水距離，對(duì)其空氣溫度有著顯著影響。隨著植物郁閉度的增大，太陽輻射接收率越小，空氣溫度越低；測(cè)點(diǎn)周邊水體面積越大，其降溫效果越好；測(cè)點(diǎn)距離水體越遠(yuǎn)，其空氣溫度更高；頂部全遮蔽測(cè)點(diǎn)(文化橋下、休憩亭)由于沒有接受太陽的照射，其空氣溫度則明顯低于其他測(cè)點(diǎn)，而頂部無遮蔽測(cè)點(diǎn)(樹陣廣場(chǎng)、觀景平臺(tái)、陽光草坪)的空氣溫度大小均大于其他測(cè)點(diǎn)。

2.3 相對(duì)濕度

空氣中的相對(duì)濕度對(duì)人體舒適效應(yīng)具有顯著影響，它是研究人體舒適感覺和小氣候效應(yīng)的重要因素之一。由圖6可知，各測(cè)點(diǎn)相對(duì)濕度變化趨勢(shì)大致相同，呈現(xiàn)出早晚高中午低的特征。測(cè)點(diǎn)空間的相對(duì)濕度最高值從高到低依次為河?xùn)|側(cè)步道、河北側(cè)步道、文化橋下、河南側(cè)步道、休憩亭、河西側(cè)步道、陽光草坪、樹陣廣場(chǎng)、觀景平臺(tái)；日平均值從高到低依次為文化橋下、河?xùn)|側(cè)步道、河北側(cè)步道、河西側(cè)步道、河南側(cè)步道、休憩廊、陽光草坪、樹陣廣場(chǎng)、觀景平臺(tái)。

圖6 各測(cè)點(diǎn)相對(duì)濕度逐時(shí)變化趨勢(shì)

通行空間中河北側(cè)步道兩側(cè)植物種植方式最為密集，在8:00至12:00的相對(duì)濕度高于其他三個(gè)通行空間的測(cè)點(diǎn)；河?xùn)|側(cè)步道位于淠河分流交叉口，水域面積和水流速度相對(duì)較大，在15:00至18:00，其相對(duì)濕度顯著高于其他三個(gè)通行空間測(cè)點(diǎn)，相對(duì)濕度差值最大為12%，增幅達(dá)到17%，表現(xiàn)出較好的小氣候效應(yīng)；河西側(cè)步道和河南側(cè)步道的相對(duì)濕度變化趨勢(shì)與它們的溫度變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，在14:00前河西側(cè)步道測(cè)點(diǎn)相對(duì)濕度優(yōu)于河南側(cè)步道測(cè)點(diǎn)，與河西側(cè)步道臨水的河道面積較大有關(guān)。

停住空間中休憩廊、陽光草坪、樹陣廣場(chǎng)、觀景平臺(tái)的相對(duì)濕度變化較為相似，休憩廊南面密植一排紫葉李，北臨淠河，相較于另外3個(gè)測(cè)點(diǎn)的臨水距離、頂部空間遮蔽和植物遮陰作用的優(yōu)勢(shì)，增濕效果更顯著；文化橋下測(cè)點(diǎn)緊鄰淠河，頂部空間全遮蔽，東西兩側(cè)的橋墩形成一個(gè)良好的通風(fēng)道，風(fēng)吹過水面的蒸散作用較好，帶來的水汽明顯較高，其相對(duì)濕度在9:00至12:00為所有測(cè)點(diǎn)中最高，其平均相對(duì)濕度較其他測(cè)點(diǎn)最大提高7.3%，增幅約12%。

對(duì)比太陽輻射和相對(duì)濕度逐時(shí)變化趨勢(shì)可以發(fā)現(xiàn)，太陽輻射量大的空間，其相對(duì)濕度越低，太陽輻射受到植物和建筑的削弱時(shí)，近地面空氣濕度明顯更高，無植物圍合、無頂部遮蔽的環(huán)境增濕效應(yīng)較弱。水體對(duì)空氣濕度有一定的調(diào)節(jié)作用：水流速度大較水流速度小的水體表現(xiàn)出較好的增濕作用；臨水空間的濕度基本高于無水空間。

2.4 風(fēng)速

實(shí)測(cè)期間，距離地面1.5 m高度的各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速均在2 m/s以下，根據(jù)風(fēng)力等級(jí)劃分表(表2)，各測(cè)點(diǎn)的平均風(fēng)速可劃分為兩級(jí)，屬于0級(jí)風(fēng)力的有河南側(cè)步道、陽光草坪，1級(jí)風(fēng)力的有觀景平臺(tái)、文化橋下、樹陣廣場(chǎng)、河?xùn)|步道、河北步道、河西步道、休憩廊(圖7)，在這兩級(jí)分力中，人體的“風(fēng)感”不明顯。

圖7 各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速逐時(shí)變化趨勢(shì)

表2 風(fēng)力等級(jí)劃分表

觀景平臺(tái)東側(cè)為淠河西側(cè)是草坪，周圍無任何植物和構(gòu)筑物遮擋，空間十分開敞，實(shí)測(cè)期間內(nèi)最大風(fēng)速是1.68 m/s，平均風(fēng)速為1.06 m/s，遠(yuǎn)高于其他測(cè)點(diǎn)，河南側(cè)步道、陽光草坪的氣流受到東南側(cè)45%坡度的草坡和喬—灌—草復(fù)層結(jié)構(gòu)植物組團(tuán)的阻擋，表現(xiàn)為風(fēng)速較低甚至是無風(fēng)狀態(tài)，二者風(fēng)速均在風(fēng)速排名末尾，對(duì)比可知，開敞空間中的風(fēng)感明顯優(yōu)于半開敞空間。

河西側(cè)步道與觀景平臺(tái)處于迎風(fēng)面，風(fēng)速明顯較高，河北側(cè)步道與休憩廊的氣流受到南面植物的圍擋，和外部空間的通風(fēng)聯(lián)系較弱，故日間空氣流動(dòng)較為緩和，可見迎風(fēng)面空間的風(fēng)速較背風(fēng)面高。文化橋下內(nèi)外溫差較大，增大了其空氣密度差，使得空氣流動(dòng)速度加快，在熱壓和風(fēng)壓的雙重影響下使得橋下空間通風(fēng)效果較好。

對(duì)各測(cè)點(diǎn)空間的風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)調(diào)控風(fēng)速風(fēng)向可以通過改變空間結(jié)構(gòu)布局方式，利用迎合主導(dǎo)風(fēng)向和空氣氣壓差設(shè)置活動(dòng)空間可有效地改變其的通風(fēng)效果。

2.5 人體舒適度效應(yīng)分析

人在所處的環(huán)境中既不感到炎熱酷暑、也不感到嚴(yán)寒冰冷，此時(shí)的人體舒適狀態(tài)稱為“熱舒適”。相關(guān)研究結(jié)果表明：空氣溫度是影響人體熱舒適度的一個(gè)主要因子，通常人體感到舒適的空氣溫度為22～28 ℃[12]；空氣濕度是影響人體熱舒適度的另一個(gè)主要因子，當(dāng)空氣相對(duì)濕度為30%～70%時(shí)，人體的熱舒適度適宜[13]，所以，根據(jù)這些小氣候因子可判斷人體的熱舒適度。本研究采用溫濕指數(shù)(Thermohygrometri Index，簡(jiǎn)寫為THI)作為人體熱舒適度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，溫濕指數(shù)是Kyle在1994年基于空氣溫度和相對(duì)濕度這兩個(gè)因子，通過計(jì)算得出的，其計(jì)算公式為THI=T-0.55(1-RH)(T-14.5)(T——空氣溫度，RH——空氣相對(duì)濕度)，THI與人體舒適度的劃分標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 THI與人體舒適度

由上式公式計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的THI,結(jié)果見表4，由表4可看出：月亮島測(cè)點(diǎn)空間的人體舒適度包含了較舒適(20≤THI≤26.5)、不舒適(26.5≤THI≤30)和極不舒適(THI≥30)三個(gè)等級(jí)。從各測(cè)點(diǎn)的平均值可知，文化橋下、休憩亭、河北側(cè)步道空間中人體感到熱，人的感受為不舒適；河西側(cè)步道、觀景平臺(tái)、樹陣廣場(chǎng)、陽光草坪、河南側(cè)步道、河?xùn)|側(cè)步道空間中人體感到炎熱，人的感受為極不舒適。

表4 各測(cè)點(diǎn)逐時(shí)周邊環(huán)境溫濕指數(shù)

停駐空間中文化橋下的空氣溫度在8:00小于28 ℃，相對(duì)濕度較高，達(dá)80%，THI小于26.5，表現(xiàn)出較舒適的感受。9:00—17:00期間人的感受變化表現(xiàn)為：不舒適——極不舒適——不舒適，其平均溫濕指數(shù)較其他測(cè)點(diǎn)最大降低2.73，最大降幅為9.5%；休憩廊測(cè)點(diǎn)與文化橋下測(cè)點(diǎn)周邊環(huán)境相似，表現(xiàn)出一致的人體舒適狀態(tài)，說明在夏季，頂部全遮蔽空間和臨水空間能提高人體舒適度；樹陣廣場(chǎng)全天溫度排名一直保持在前列，相對(duì)濕度排名一直處于末尾狀態(tài)，其THI全天都高于30，處于酷暑難耐的范圍；觀景平臺(tái)和陽光草坪，全天表現(xiàn)出不舒適和極不舒適兩個(gè)狀態(tài)。

通行空間各測(cè)點(diǎn)在上午9:00起至下午16:00均令人感到不舒適，其中河北側(cè)測(cè)點(diǎn)在早晨和傍晚THI改善明顯，其平均溫濕指數(shù)較其他通行空間測(cè)點(diǎn)最大降低1.65，最大降幅為5.7%，通過圖5、6可以發(fā)現(xiàn)其逐時(shí)空氣溫度明顯低于其他通行空間，且相對(duì)濕度一直大于50%，說明植物郁閉度高的空間對(duì)局部空氣的增濕、降溫效果較好，且對(duì)人體舒適度有一定的提高作用。通過比較測(cè)點(diǎn)與淠河的距離發(fā)現(xiàn)，離水體較近的測(cè)點(diǎn)THI值明顯較低，表明靠近水體的空間具有改善小氣候效應(yīng)和提高人體舒適度的作用。

總體來講，人體在植被空間中的舒適度優(yōu)于硬質(zhì)空間，頂部空間遮蔽高的區(qū)域有較舒適的感受，早晚時(shí)段都沒有極不舒適的感受，淠河在一定程度上提高了人體舒適度效應(yīng)。因此，建議在濱水游步道和活動(dòng)廣場(chǎng)旁適當(dāng)增植綠蔭覆蓋率高的植物，休憩娛樂設(shè)施盡量避免設(shè)置在頂部空間無遮蔽的環(huán)境中，在夏季時(shí)市民盡量選擇早晨和傍晚時(shí)段進(jìn)行晨練或娛樂活動(dòng)。

3 討論與結(jié)論

綜合分析實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明：淠河對(duì)月亮島周邊環(huán)境具有降溫增濕、提高人體舒適度的作用，并受到地形、植物、建筑等景觀要素的影響，初步研究結(jié)果如下：

第一，水體對(duì)近地面空氣有降溫增濕作用，在周邊景觀要素相近的情況下，月亮島臨水測(cè)點(diǎn)比遠(yuǎn)水測(cè)點(diǎn)最多可降低2.5 ℃；一定程度上，更大面積的水體增濕效應(yīng)更高，相對(duì)濕度差值最大為12%，增幅達(dá)到17%。

第二，較高的綠蔭覆蓋率對(duì)太陽輻射的削弱效果較為突出[12]，綠蔭覆蓋率高的測(cè)點(diǎn)較綠蔭覆蓋率低的測(cè)點(diǎn)日間最大溫差為3.1 ℃，降幅為11%左右，同時(shí)對(duì)近地面空氣濕度具有一定的增大效應(yīng)。因此，可以對(duì)植物景觀要素進(jìn)行調(diào)節(jié)，如適當(dāng)增加喬木覆蓋，利于水體環(huán)境效應(yīng)的發(fā)揮。

第三，由地形、水體、植物和建筑圍合形成的各種空間，開敞空間對(duì)周邊空氣的自然流動(dòng)干擾較小，實(shí)測(cè)時(shí)段最大風(fēng)速可達(dá)1.71 m/s，半開敞和半圍合空間改變空氣自然流通狀況，影響局部風(fēng)速小氣候效應(yīng)，風(fēng)感較弱。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)可以通過適宜的空間結(jié)構(gòu)布局，如利用植物配置來調(diào)控風(fēng)風(fēng)速，喬—灌—草復(fù)層結(jié)構(gòu)在一天的自然周期內(nèi)對(duì)風(fēng)速的削弱效率方面相對(duì)最好，同時(shí)也可利用地形、建筑迎合主導(dǎo)風(fēng)向和空氣氣壓差，調(diào)節(jié)空間風(fēng)環(huán)境。

第四，改善月亮島小氣候舒適度的有效方式是針對(duì)空間結(jié)構(gòu)布局、景觀要素進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。通行空間臨河規(guī)劃布局，濱水空間的結(jié)構(gòu)布局，可以朝著有利于調(diào)控風(fēng)速風(fēng)向進(jìn)行調(diào)整，提高市民游憩的舒適感；通行空間主要是半開敞空間，沿路周邊適當(dāng)提高植物郁閉度，增植落葉喬木，既有利于夏季遮陰納涼，又可以方便冬季納陽采暖。停駐空間的小氣候環(huán)境主要受太陽輻射的影響，應(yīng)盡量避免在頂部空間無遮蔽的環(huán)境中設(shè)置休憩娛樂設(shè)施，可以適當(dāng)增加構(gòu)筑和大喬木等景觀要素，來遮擋太陽輻射；臨水區(qū)域的小氣候效應(yīng)較好，應(yīng)合理規(guī)劃濱水活動(dòng)空間的數(shù)量。