小氣候適應性與街旁游園下墊面關系研究★

李 彬 彭 歷

(北方工業(yè)大學建筑與藝術學院，北京 100144)

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小氣候適應性與街旁游園下墊面關系研究★

李 彬 彭 歷

(北方工業(yè)大學建筑與藝術學院，北京 100144)

選取北京街旁游園磚、石、木、塑膠、花崗巖和裸露草地6種下墊面，以及相同材質，不同顏色的燒結磚進行了為期3 d的實測，通過整理分析相對濕度、地表溫度及熱應力指數(shù)等小氣候要素數(shù)據(jù)，提出了以調節(jié)改善小氣候為導向的城市街旁游園設計的優(yōu)化對策，以提高城市街旁游園的生態(tài)功能，減少城市熱島效應。

街頭綠地，溫濕度，下墊面，小氣候

1 街旁游園下墊面對小氣候的影響

1.1 城市街旁游園下墊面

城市人群活動對氣候的影響，首先是通過對下墊面性質的改變來體現(xiàn)的，它與空氣間存在著復雜的物質交換和能量交換[1]。城市內的下墊面類型由于其比熱容、保蓄水能力、反射能力等性質的不同，地表溫度和相對濕度也表現(xiàn)出較大的差異性。北京城區(qū)街旁游園下墊面主要包括其中的綠地與園林硬質地面。由于城市街旁游園的不斷建設，瀝青、混凝土等輻射高、透水性低的鋪裝較少出現(xiàn)在北京城市街頭綠地硬質鋪裝當中，本研究主要選擇了最為常見的磚、石、花崗巖以及木、塑膠此類特色廣場或步道鋪裝，與城市街頭綠地中占地面積最大的草地進行對比，進而研究城市街頭綠地下墊面對小氣候溫濕度的影響。

1.2 景觀下墊面與小氣候溫濕環(huán)境的基本關系

街旁游園中，影響溫度的主要因素為太陽輻射和地面構造兩項，其熱量來源主要依靠太陽輻射，當太陽輻射達到地面時，一部分被反射，另一部分被地面吸收，使得地面增熱。地面再通過傳導、對流等手段，把熱量傳給空氣。由于空氣的比熱容比地面鋪裝、草地等下墊面的比熱容高，導致空氣的隔熱效果比地面要好，太陽輻射直接被大氣吸收的部分對空氣的增溫作用較低。因此，地表與空氣間的熱量交換是影響小氣候溫度變化的直接原因。

相對濕度是指某一時段絕對濕度與最高濕度之間的比值，表示空氣中水蒸氣的飽和度有多高，相對濕度與空氣溫度成負相關關系。而空氣中的水蒸氣除了受植物的蒸騰作用、風、溫度等因素影響外，地表的保蓄水能力、輻射強度等因素也是導致相對濕度變化的重要原因。

由于不同質地的下墊面其地質構造不同，導致其對熱量的吸收能力和保蓄水能力也不同。軟質地表兼具地面蒸發(fā)的潛在熱交換、太陽輻射的明顯熱量交換以及地面儲熱延時釋放交換3種溫濕場效應，因而軟質下墊面對于生態(tài)效益的改善最為明顯，對小氣候溫濕度具有較好的調控作用。例如草地等軟質地面對于太陽輻射的吸收性較好，夏天會降低局部溫度，而冬季會釋放吸收的熱量，提高局部溫度，從而形成相對舒適的局地小氣候環(huán)境。

2 北京城市街旁游園下墊面與小氣候溫濕度影響關系測定

2.1 觀測方法

對6種不同下墊面地表處空氣溫度、相對濕度、熱應力指數(shù)利用NK4500小型氣象站在實驗場地內各測點同時監(jiān)測，5月21日～5月23日的8:00～18:00，連續(xù)3 d，每10 min自記一次，儀器垂直放置下墊面上方。測試天氣情況：晴朗、少云。

2.2 觀測點環(huán)境特征

北京市半月科普園(北側至魯谷南路、南側為詩景長安小區(qū))，占地約8 hm2，園內中心主要以大面積草坪為主，點綴少量喬灌木。東西兩側配植郁閉度相對較高的植物群落，植物種類豐富。園路寬度較平均(1 m～3 m)，路旁配植草坪。

2.3 觀測點情況

監(jiān)測點1：磚，監(jiān)測點2：石，監(jiān)測點3：木，監(jiān)測點4：塑膠，監(jiān)測點5：花崗巖，監(jiān)測點6：裸露草地，以及測點1中黃、淺灰、紅三種顏色鋪裝(見表1)。通過公式計算，灰墊面顏色g=R×0.299+G×0.587+B×0.114，g越小顏色越深。紅色=185×0.299+163×0.587+150×0.114=168.096；黃色=245×0.299+225×0.587+192×0.114=227.218；淺灰色=211×0.299+205×0.587+189×0.114=204.97。所以得到的深度結果為黃色<淺灰色<紅色。

表1 監(jiān)測點基本情況

2.4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

1)下墊面材質對小氣候溫濕度的影響。將各測點每1 h平均空氣溫度進行比較分析,磚和木的溫度變化基本相同，石與花崗巖的溫度變化基本相同。塑膠溫度最高，草地溫度最低。木、塑膠、花崗巖和草地的溫度最大值出現(xiàn)在下午14:00～15:00，磚的最高溫度出現(xiàn)在15:00～16:00，石的最高溫度出現(xiàn)在13:00～14:00。由此可見，貯熱量相對小的石溫度最大值出現(xiàn)的較早，比其他材質提前約1 h。比熱容值相對低、導熱率相對高的塑膠與木材質空氣溫度最高，與草地的最大差值達到2.8 ℃。

將各測點每1 h平均相對濕度進行比較排序可見,各測點變化趨勢基本相同，隨溫度升高逐漸降低。草地>磚、石、塑膠>木和花崗巖，相對濕度最低點都出現(xiàn)在下午15:00前后。夏季環(huán)境濕度在30%～60%時人體感覺最為舒適，結果顯示具有植物蒸騰作用、保蓄水能力相對最好的草地相對濕度較大，保持在30%～60%間，人體感受舒適；保蓄水能力相對較好的塑膠、磚、石等硬質鋪裝材質好于防腐木及花崗巖等保蓄水能力相對較差的材質。在較干燥的環(huán)境下，無水分來源的木鋪裝和不透水的花崗巖相對濕度最低，與草地的相對濕度最大差值達18.2%。

2)下墊面材質對小氣候熱應力指數(shù)的影響。有效溫度是使用最為廣泛的，衡量熱應力指數(shù)的指標。熱應力指數(shù)是綜合空氣流速、黑球溫度、濕球溫度及平均輻射溫度所得出的數(shù)值，它表示在假設相對濕度50%的情況下，不同戶外活動強度下人體所需最為理想的有效溫度，活動強度越高，所需有效溫度則越低。依據(jù)對各測點監(jiān)測所得熱應力指數(shù)數(shù)值進行比較排序可見,草地<木<石<磚<花崗巖<塑膠。在戶外活動中，草地的舒適性最好。塑膠的熱應力指數(shù)最高，人體感受不佳。木的舒適度要好于園林內部最常見的磚、石鋪裝，而花崗巖要略差于磚、石鋪裝。結果表明城市街頭綠地下墊面設計應盡量使用綠墊面，灰墊面應多選用木、磚與石，盡量減少使用塑膠等熱應力指數(shù)較高的材質。

3)下墊面材質、顏色溫濕指數(shù)對比分析。溫濕指數(shù)表示人體對熱環(huán)境的不舒適程度。最適宜的環(huán)境ITHI指數(shù)一般在15～20之間，人體感覺最為舒適，數(shù)值越高，人體感覺越不舒適。ITHI指數(shù)一般在20.1～23.5之間時人體感覺較舒適，在23.6～25.5之間時人體感覺較熱，不小于25.6時人體感覺極不舒適。

依據(jù)上述實驗所得數(shù)值，通過溫濕指數(shù)公式：ITHI=t-(0.55-0.005 55f)(t-14.5)(其中，t為溫度；f為相對濕度)計算可獲得各測試下墊面的溫濕指數(shù)(ITHI)。如表2，表3所示溫濕指數(shù)數(shù)據(jù),即：20<草地<花崗巖<木<石<磚<塑膠。由此可見，所有下墊面溫濕指數(shù)均高于人體感覺最為舒適的區(qū)間。在此范圍內，草地是人體感覺相對最為舒適場地；花崗巖、木、磚、石的舒適度差別不大,數(shù)值在22.5～23之間,人體感覺偏熱；塑膠環(huán)境溫濕指數(shù)值最高，人體感受最不舒適。與此同時，相同材質的下墊面中，顏色越淺輻射越低，顏色亮度越低，溫濕指數(shù)越低，人體舒適度越佳。

表2 不同下墊面材質溫濕指數(shù)數(shù)值

表3 相同下墊面不同顏色溫濕指數(shù)數(shù)值

2.5 對夏季北京街頭綠地下墊面設計的啟示

1)選取保蓄水、比熱容適當?shù)南聣|面材質。除植物的蒸騰作用之外，優(yōu)化下墊面的蒸發(fā)效果是提升相對濕度的有效措施之一[4]。在中國北方地區(qū)，空氣較為干燥，所以保持較高的相對濕度更有利于城市街旁游園小氣候適宜性的營造。下墊面的保蓄水能力是影響環(huán)境相對濕度的重要因素，保蓄水能力越高，可提供水蒸氣蒸發(fā)量的能力也就越強。實測點相對濕度數(shù)值分析表明：保蓄水能力較強的草地相對濕度數(shù)值要比其他下墊面材質高，燒結磚、馬蹄石在灰墊面中較為理想，塑膠、防腐木次之，花崗巖最不理想，草地相對濕度值比花崗巖高18.2%。因此增加草地面積，多采用保蓄水能力強的灰墊面材質更加有利于夏季城市街頭綠地的濕度調節(jié)。

監(jiān)測點各材質比熱容數(shù)據(jù)：塑膠<木<磚<石<花崗巖<草地。由此可見，比熱容數(shù)據(jù)的排序與上述各測點溫度數(shù)值排序結果一致，草地的熱舒適度最佳，而在灰墊面中燒結磚、馬蹄石、花崗巖則要優(yōu)于防腐木及塑膠，溫度差最高達到3 ℃。因此，在下墊面材質選擇方面應盡量選擇比熱容較高的材質，以形成較為舒適的局部區(qū)域小氣候環(huán)境。

2)選用適當?shù)南聣|面顏色與亮度。在相同材質的下墊面中，顏色是影響其溫濕度的關鍵要素之一，而亮度是對其顏色變化的重要量值。亮度越低，輻射越低，在測試的三種顏色中，黃色的顏色最淺，所以其溫度最低。但淺灰色的亮度遠低于紅色與黃色，吸熱能力也就越強，導致其表面相對濕度越低，空氣中的相對濕度也就更好，其溫度也相對較低。因此，在下墊面顏色中應選擇更有利于提高人體舒適度的亮度低、顏色淺的下墊面，提升局部的小氣候適宜性。

3 結語

現(xiàn)今城市的發(fā)展進程中，城市綠地景觀下墊面對調節(jié)小氣候溫濕度具有明顯作用，本文通過有針對性的實驗獲取不同景觀下墊面的溫度、相對濕度、溫濕指數(shù)、熱應力指數(shù)等數(shù)據(jù)指標，在此基礎上分析、總結發(fā)現(xiàn)不同下墊面由于其比熱容、貯熱量、保蓄水等熱學性質的不同，以及顏色鮮艷度、深淺度等物理性質的不同，使得地表溫度、相對濕度、變化速率、最高點出現(xiàn)時間均有所差別。綠色下墊面由于其比熱容高、保蓄水能力強，因此最有利于調節(jié)夏季城市街旁游園小氣候的舒適性。在灰墊面中磚、石鋪裝由于較好的保蓄水能力及低貯熱量的特性，使其有利于緩解下墊面地表溫度對熱島效應的影響，同時可以多增加木鋪裝，在考慮觀賞度的同時，盡量采用亮度低，顏色淺的下墊面顏色，以提升初夏時期北京街旁游園中人的熱舒適性感受。

[1] 李 英,周楊娜.北京三里屯地區(qū)城市下墊面熱環(huán)境研究[J].低溫建筑設計,2010,32(7):110-112.

[2] 肖金香.農業(yè)氣象學[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008:20.

[3] 劉濱誼,張德順,張 琳,等.上海城市開放空間小氣候適應性設計基礎調查研究[J].中國園林,2014(12):17-22.

[4] 劉 芳.西安戶外城市公共空間環(huán)境行為的小氣候影響調查分析——以夏季大雁塔東苑為例[D].西安：西安建筑科技大學,2015.

Research on the relationship of microclimate adaptability and underlying surface of street garden★

Li Bin Peng Li

(Architecture and Art School, North China University of Technology, Beijing 100144, China)

Taking brick, stone, wood, plastic, granite and bare grass 6 kinds of underlying surface of Beijing street parks, the sintered brick with same material, different colors as the measurement for a period of three days, through the arrangement and analysis on relative humidity, surface temperature and thermal stress index and other microclimate element data, put forward the optimization countermeasures of city street parks design taking improvement of microclimate as the guide, in order to improve the city street parks ecological function, reduced urban heat island effect.

street green space, temperature and humidity, underlying surface, microclimate

1009-6825(2016)30-0200-02

2016-08-16 ★:北京市教委科技計劃一般項目(項目編號：KM201610009013)；北方工業(yè)大學“2016校內人才強校-青年拔尖”項目(項目編號：XN071017)

李 彬(1991- )，男，在讀碩士； 彭 歷(1983- )，男，講師

TU986.4

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