基于微氣候改善的江南古典園林空間形態(tài)的研究

熊 瑤，王亞杰，趙 鋮，陳 晨，時(shí)亞偉

（南京林業(yè)大學(xué) 藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇 南京210037）

近年來(lái)，世界氣候大會(huì)將公眾的目光不斷引向全球氣候變化以及環(huán)境保護(hù)問題，在高密度、多人口、高能耗的城市，氣候和環(huán)境問題的解決更是迫在眉睫［1］。而江南地區(qū)的城市環(huán)境設(shè)計(jì)普遍缺乏對(duì)微氣候、整體能耗的考慮，加之人類的居住與經(jīng)濟(jì)行為對(duì)城市微氣候所產(chǎn)生的種種沖擊，使得城市風(fēng)、熱環(huán)境問題日益嚴(yán)重。如何通過有效的城市環(huán)境設(shè)計(jì)策略，建立人與自然的和諧機(jī)制，充分利用現(xiàn)有自然資源和氣候條件來(lái)改善和優(yōu)化城市微氣候環(huán)境，成為城市可持續(xù)發(fā)展的重要前提之一。

在江南古典園林中，通過筑山理水、栽植、建筑營(yíng)造等造園手法，創(chuàng)造出了疏密相間、虛實(shí)有致、跌宕起伏、蜿蜒曲折、高低錯(cuò)落和阻暢交織等形式的空間［4］，其中對(duì)微氣候環(huán)境的考慮也是無(wú)微不至。本研究從傳統(tǒng)私家園林中微氣候環(huán)境優(yōu)化這個(gè)角度出發(fā)，探究江南古典園林的空間形態(tài)和微氣候之間的關(guān)系，并對(duì)其中改善微氣候的造園手法進(jìn)行分析、歸納與總結(jié)，進(jìn)而對(duì)現(xiàn)代城市小尺度開放空間的設(shè)計(jì)形成一定的指導(dǎo)意義。

2 場(chǎng)地實(shí)測(cè)

本研究于2013年12月29日、2014年7月22日對(duì)典型的江南古典園林蘇州拙政園、留園的微氣候進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，通過測(cè)試空氣溫度、相對(duì)濕度、空氣流通等微氣候因子，分析其變化的總體規(guī)律，探討園林環(huán)境與微氣候之間的關(guān)系。

2.1 測(cè)試場(chǎng)地簡(jiǎn)介

本研究選取了典型的江南古典園林——拙政園和留園，測(cè)試場(chǎng)地為拙政園及留園的中部區(qū)域。

拙政園的中部區(qū)域由山石景的封閉小空間、水景為主的半開敞小空間、山水主景的開敞大空間、水鄉(xiāng)風(fēng)貌的封閉小空間、建筑與山水主景的開敞大空間、花木景的封閉小空間組成［5］，是全園的核心部分。留園水體主庭居中，其他各庭院繞其周邊布置，并沿四周呈平面展開［6］，其中部是全園的精華，以山水見長(zhǎng)，水空間處于中央位置，是空間的主體，全區(qū)山體、建筑圍繞水空間展開［7］。

2.2 測(cè)試內(nèi)容

本測(cè)試主要以定點(diǎn)觀測(cè)為主，在留園荷花池周圍、拙政園中部等位置設(shè)置溫濕度計(jì)以手動(dòng)記錄距地1.5m高度的空氣溫度、相對(duì)濕度；與此同時(shí)，采用流動(dòng)觀測(cè)的方法，每隔1h觀測(cè)不同測(cè)試點(diǎn)的空氣流通情況。測(cè)試時(shí)間10：00-17：00。

2.3 測(cè)試點(diǎn)設(shè)置

在拙政園的中部和留園內(nèi)共布置測(cè)點(diǎn)9個(gè)，主要考察山石、水體、植物、建筑對(duì)微氣候因子的影響，各測(cè)試點(diǎn)的位置等情況及測(cè)試參數(shù)見表1、表2。

表1 留園測(cè)試點(diǎn)設(shè)置情況Table 1 Information of the measurement points inside the Lingering Garden

表2 拙政園測(cè)試點(diǎn)設(shè)置情況Table 2 Information of the measurement points inside the Humble Administrator＇s Garden

2.4 測(cè)試儀器

采用溫濕度計(jì)測(cè)量空氣溫度、相對(duì)濕度，采用電子風(fēng)速計(jì)觀測(cè)不同測(cè)試點(diǎn)的風(fēng)速。再手動(dòng)記錄制表。各儀器具體參數(shù)見表3。

油脂在高溫有氧的條件下會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)所生成的揮發(fā)性產(chǎn)物和非揮發(fā)性產(chǎn)物對(duì)油脂的風(fēng)味和品質(zhì)有著重要影響。油脂的品質(zhì)，如酸值、過氧化值、脂肪酸組成以及抗氧化性都與其烘烤程度有著密切聯(lián)系。本實(shí)驗(yàn)以豬油為對(duì)照，研究不同的烘焙溫度和循環(huán)加熱次數(shù)條件對(duì)黃油的理化特性及營(yíng)養(yǎng)成分變化，為天然乳脂部分以及全部替代烘焙食品中的人造奶油、起酥油以及棕櫚油提供理論依據(jù)。

表3 測(cè)試儀器主要參數(shù)Table 3 Main parameters of the measurement instruments

2.5 城市氣象參數(shù)

為了更好地比較與研究古典園林各種空間形態(tài)對(duì)微氣候的影響，根據(jù)蘇州市氣象臺(tái)的預(yù)報(bào)［8］，記錄了2013年12月29日以及2014年7月22日蘇州天氣情況（表4）。

表4 觀測(cè)日蘇州市氣象參數(shù)Table 4 Meteorological parameters on the measurement dates of Suzhou

3 測(cè)試結(jié)果與評(píng)析

3.1 空氣溫度

對(duì)實(shí)測(cè)的空氣溫度進(jìn)行分析，得到各個(gè)測(cè)試點(diǎn)在不同時(shí)刻點(diǎn)的空氣溫度與氣象站觀測(cè)溫度的差異（圖1～圖4），通過比較可以發(fā)現(xiàn)，冬季，周圍水體較多的測(cè)試點(diǎn)（坐落于水中的小蓬萊、三面環(huán)水的見山樓）溫度優(yōu)化效果較為明顯且穩(wěn)定，在15：30之前，溫度均遠(yuǎn)高于氣象溫度，且在大部分時(shí)間段溫度都處于最高的狀態(tài)。硬質(zhì)鋪裝較多且空間較為開放的測(cè)試點(diǎn)（涵碧山房、遠(yuǎn)香堂）溫度在一天中的大部分時(shí)間段都處于最低的狀態(tài)，且低于氣象溫度。

夏季，周圍植物較多，所處位置較高（聞木樨香軒、雪香云蔚亭）以及周圍水體較多的測(cè)試點(diǎn)（小蓬萊、見山樓）溫度優(yōu)化效果最為明顯，均低于氣象溫度，且在一天中溫度一直處于較低的狀態(tài)。硬質(zhì)鋪裝較多的測(cè)試點(diǎn)（涵碧山房、遠(yuǎn)香堂、玲瓏館）溫度始終較高，且空間較小的玲瓏館的溫度始終高于氣象溫度。

圖1 2013年12月29日留園測(cè)試點(diǎn)時(shí)刻溫度Fig.1 Temperature of the measurement points inside the Lingering Garden on December 29，2013

圖2 2013年12月29日拙政園測(cè)試點(diǎn)時(shí)刻溫度Fig.2 Temperature of the measurement points inside the Humble Administrator＇s Garden on December 29，2013

圖3 2014年7月22日留園測(cè)試點(diǎn)時(shí)刻溫度Fig.3 Temperature of the measurement points inside the Lingering Garden on July 22，2014

圖4 2014年7月22日拙政園測(cè)試點(diǎn)時(shí)刻溫度Fig.4 Temperature of the measurement points inside the Humble Administrator＇s Garden on July 22，2014

3.2 相對(duì)濕度

對(duì)實(shí)測(cè)的空氣濕度進(jìn)行分析，得到各個(gè)測(cè)試點(diǎn)在不同時(shí)刻點(diǎn)的相對(duì)濕度與氣象站觀測(cè)相對(duì)濕度的差異（表5、表6，圖5、圖6），通過比較可以發(fā)現(xiàn)，冬季，人流量較少，植物凋零，溫度較低，濕度較低且處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，在12：00后優(yōu)化效果明顯，園林中的濕度明顯高于氣象濕度。

表5 2013年12月29日留園測(cè)試點(diǎn)時(shí)刻相對(duì)濕度Table 5 Relative humidity of the measurement points inside the Lingering Garden on December 29，2013 %

表6 2013年12月29日拙政園測(cè)試點(diǎn)時(shí)刻相對(duì)濕度Table 6 Relative humidity of the measurement points inside the Humble Administrator＇s Garden on December 29，2013 %

圖5 2014年7月22日留園測(cè)試點(diǎn)時(shí)刻相對(duì)濕度Fig.5 Relative humidity of the measurement points inside the Lingering Garden on July 22，2014

圖6 2014年7月22日拙政園測(cè)試點(diǎn)時(shí)刻相對(duì)濕度Fig.6 Relative humidity of the measurement points inside the Humble Administrator＇s Garden on July 22，2014

在夏季，園林的濕度優(yōu)化效果11：30后較為明顯，周圍植物較多的測(cè)試點(diǎn)（聞木樨香軒、雪香云蔚亭）濕度高于植物較少的測(cè)試點(diǎn)（涵碧山房、遠(yuǎn)香堂）［9］，周圍水體較多的測(cè)試點(diǎn)（小蓬萊、見山樓）的濕度優(yōu)化效果最為明顯。

3.3 風(fēng)力

對(duì)實(shí)測(cè)的風(fēng)速進(jìn)行分析，得到各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的時(shí)刻瞬時(shí)風(fēng)速與氣象站觀測(cè)所得數(shù)據(jù)的差異（圖7～圖10），通過比較可以發(fā)現(xiàn)，冬季，園林內(nèi)部對(duì)風(fēng)力的優(yōu)化效果明顯，對(duì)風(fēng)力的優(yōu)化最多可達(dá)到5m·s-1；周圍植物、山石較多，所處環(huán)境密閉的測(cè)試點(diǎn)（聞木樨香軒、玲瓏館）風(fēng)速優(yōu)化較為明顯且穩(wěn)定，而所處位置較高且建筑形式通透的測(cè)試點(diǎn)（可亭）風(fēng)速始終最高。

夏季，在留園中，所處位置較高的測(cè)試點(diǎn)（可亭）風(fēng)速始終最高，在拙政園中，周圍水體較多的測(cè)試點(diǎn)（見山樓）風(fēng)速始終最高；而所處環(huán)境較為密閉的測(cè)試點(diǎn)（玲瓏館）風(fēng)速始終最低，幾乎無(wú)風(fēng)；建筑形式較為通透的測(cè)試點(diǎn)（小蓬萊、荷風(fēng)四面亭、雪香云蔚亭）風(fēng)速高于建筑形式密閉的測(cè)試點(diǎn)（涵碧山房、遠(yuǎn)香堂）。

圖7 2013年12月29日留園測(cè)試點(diǎn)時(shí)刻風(fēng)速Fig.7 Wind velocity of the measurement points inside the Lingering Garden on December 29.2013

圖8 2013年12月29日拙政園測(cè)試點(diǎn)時(shí)刻風(fēng)速Fig.8 Windind velocity of the measurement points inside the Humble Administrator＇s Garden on December 29，2013

圖9 2014年7月22日留園測(cè)試點(diǎn)時(shí)刻風(fēng)速Fig.9 Windind velocity of the measurement points inside the Lingering Garden on July 22，2014

圖10 2014年7月22日拙政園測(cè)試點(diǎn)時(shí)刻風(fēng)速Fig.10 Windind velocity of the measurement points inside the Humble Administrator＇s Garden on July 22，2014

4 空間分析

通過實(shí)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)主觀熱舒適性感受以及對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析，從中選取了2個(gè)較為典型的測(cè)試點(diǎn)，對(duì)其空間進(jìn)行分析探究。

4.1 見山樓的空間分析

拙政園中的見山樓，三面環(huán)水，兩側(cè)傍山，建筑體量較大，西部有高大喬木。其所處環(huán)境舒適宜人，冬季溫度高，風(fēng)速低，夏季溫度低，風(fēng)速高。以下為對(duì)其所處環(huán)境的空間形態(tài)與微氣候之間的分析（圖11）。

1）見山樓建筑體量大，高度高，且密閉，西部還有高大喬木，在冬季，對(duì)風(fēng)有一定的遮擋作用；而在夏季高大的建筑、茂密的樹木，以及建筑的重檐卷棚，避免了場(chǎng)地被太陽(yáng)直射［10］，從而使得場(chǎng)地溫度較低。

2）見山樓坐落于水中，三面環(huán)水，與水緊密相連，在冬季，平靜的水面反射太陽(yáng)輻射較強(qiáng)，在陽(yáng)光較強(qiáng)的時(shí)間段，尤其是12：00-15：00，水面反射陽(yáng)光照射使周圍溫度升高；而夏季，池中長(zhǎng)滿荷花，荷花臨于水面之上，保證了水體的清涼，風(fēng)從水面經(jīng)過時(shí)候，由于水面空氣溫度較低，氣流經(jīng)過水體時(shí)便得到冷卻［11］，從而降低場(chǎng)地的溫度，另外，荷花的蒸騰作用，可以降低周圍空氣溫度，形成涼爽的氣流。

3）見山樓周圍水體較多，夏季水體蒸發(fā)，有較強(qiáng)的降溫增濕作用［12-13］，提升場(chǎng)地的舒適性。

圖11 拙政園見山樓分析Fig.11 Analysis of Jianshan Bldg in Humble Administrator＇s Garden

4.2 涵碧山房的空間分析

涵碧山房為留園中部的主要建筑，建筑前方有開闊的場(chǎng)地，全為硬質(zhì)鋪裝，前臨荷花池，周圍植物較少。其所處環(huán)境，舒適度較低，以下為對(duì)其所處環(huán)境的空間形態(tài)與微氣候之間的分析（圖12）。

圖12 留園涵碧山房分析Fig.12 Analysis of Hanbi Mountain Villa in Lingering Garden

1）坐南朝北，建筑體量較大，通透性不高，易形成陰影，在冬季，納陽(yáng)不多，使得溫度較低；而在夏季，高大的建筑，同時(shí)西側(cè)還有墻壁遮擋，使得風(fēng)在其所處環(huán)境中的流動(dòng)性不強(qiáng)，場(chǎng)地較為悶熱，溫度較高。

2）前方為開闊的平臺(tái)，周圍山石植物較少，受到的遮擋較少，鋪裝全為硬質(zhì)鋪裝，冬季不保溫，造成熱量流失，場(chǎng)地溫度較低，夏季反射大量的太陽(yáng)輻射，升溫較快，場(chǎng)地溫度較高［14］。

5 結(jié)論

5.1 園林中水體的布置對(duì)微氣候的影響

冬季，水面反射太陽(yáng)輻射可使場(chǎng)地溫度升高。以留園中小蓬萊及拙政園中見山樓為例，與氣象溫度相比，小蓬萊的平均溫度優(yōu)化為1.1℃，而周圍水體面積更大的見山樓的平均溫度優(yōu)化則更高，達(dá)1.4℃；在太陽(yáng)輻射較高的時(shí)間段，如12：00，小蓬萊的溫度優(yōu)化為2.5℃，而見山樓的溫度優(yōu)化達(dá)到了3.8℃。

夏季，水體蒸發(fā)具有降溫作用。與氣象溫度相比，小蓬萊的平均溫度優(yōu)化為0.8℃，而見山樓的平均溫度優(yōu)化則更高，達(dá)到1.7℃；其原因除了見山樓周圍的水體面積較大，還有見山樓周圍水體中荷花的栽植要比小蓬萊周圍水體中荷花的栽植要多，荷花覆蓋了水面，保證了水體的清涼，當(dāng)風(fēng)吹過的時(shí)候，風(fēng)便得到了冷卻，使得場(chǎng)地溫度降低。

夏季，水體對(duì)場(chǎng)地的增濕效果明顯。在拙政園的測(cè)試點(diǎn)中，見山樓是周圍水體最多的測(cè)試點(diǎn)，其濕度優(yōu)化效果也最為明顯，在一天的大部分時(shí)間段，其濕度都處于最高的狀態(tài)，平均相對(duì)濕度比氣象相對(duì)濕度高3.2%RH。這一效果在留園中的小蓬萊測(cè)試點(diǎn)也得到了同樣的體現(xiàn)。

5.2 園林中植物配置對(duì)微氣候的影響

冬季，場(chǎng)地中植物對(duì)風(fēng)的遮擋導(dǎo)致風(fēng)速降低。以留園中的聞木樨香軒為例，其周圍多為常綠喬灌木，即使在冬季，其所處環(huán)境也較為密閉，在一天中的大部分時(shí)間段都將風(fēng)完全遮擋，與氣象風(fēng)速相比，其平均風(fēng)速優(yōu)化達(dá)到4m·s-1。

夏季，場(chǎng)地中植物的蒸騰作用使得場(chǎng)地濕度增高。在夏季，拙政園中的雪香云蔚亭周圍植物生長(zhǎng)茂盛，其所處環(huán)境的濕度優(yōu)化最為明顯，與氣象相對(duì)濕度相比，其平均相對(duì)濕度優(yōu)化達(dá)到2.6%RH。同樣具有較大面積硬質(zhì)鋪裝的測(cè)試點(diǎn)遠(yuǎn)香堂和玲瓏館，玲瓏館周圍的植物遠(yuǎn)多于遠(yuǎn)香堂周圍的植物，其濕度也遠(yuǎn)高于遠(yuǎn)香堂，相差達(dá)6.3%RH。

5.3 園林中建筑形式對(duì)微氣候的影響

冬季，建筑形式較為通透的測(cè)試點(diǎn)溫度高于建筑形式密閉的測(cè)試點(diǎn)。其原因?yàn)椋菊趽踺^少的場(chǎng)地可以接納更多的陽(yáng)光，溫度便高于遮擋較多的地方［15］。如留園中的小蓬萊，冬季，其溫度優(yōu)化效果明顯，在陽(yáng)光較為充足的時(shí)間段，如12：00，其優(yōu)化效果更為顯著，溫度優(yōu)化可達(dá)2.5℃。

建筑形式較為通透的測(cè)試點(diǎn)風(fēng)速高于建筑形式密閉的測(cè)試點(diǎn)，如拙政園中的荷風(fēng)四面亭與見山樓，前者的建筑形式更為通透，因而其風(fēng)速也更高，在冬季，其所處環(huán)境平均風(fēng)速比見山樓高1.3m·s-1。

5.4 園林中地勢(shì)的高低對(duì)微氣候的影響

地勢(shì)的高低對(duì)微氣候的優(yōu)化主要體現(xiàn)在風(fēng)速上，地勢(shì)較高的場(chǎng)地風(fēng)速較高。以留園中的可亭為例，在所有測(cè)試點(diǎn)中，其所處位置最高，風(fēng)速最大，始終處于最高的狀態(tài)，其平均風(fēng)速比地勢(shì)較低的測(cè)試點(diǎn)高可達(dá)1.4m·s-1，同樣，此現(xiàn)象在拙政園中的雪香云蔚亭測(cè)試點(diǎn)也得到了體現(xiàn)，主要是因?yàn)?，高地?shì)使得風(fēng)在通過的時(shí)候受到較少的遮擋，因而風(fēng)速較高。

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