南京濱江公園綠地冬春季溫濕度調(diào)節(jié)能力研究*

周忠勝 衛(wèi) 笑 魏家星 張明娟 張文豹

1 南京濱江公園管理有限公司 南京 210019 2 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 南京 210095

研究論文

南京濱江公園綠地冬春季溫濕度調(diào)節(jié)能力研究*

周忠勝1衛(wèi) 笑2魏家星2張明娟2張文豹1

1 南京濱江公園管理有限公司 南京 210019 2 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 南京 210095

文章以南京濱江公園為例，在2016年1月、3月和5月對綠地微氣候環(huán)境的氣象數(shù)據(jù)進行定量監(jiān)測，探討綠地在冬春季的溫濕度調(diào)節(jié)能力。結(jié)果表明：綠地的溫濕度調(diào)節(jié)能力具有較顯著的季節(jié)性差異，1月份的降溫增濕強度最為明顯，5月份次之，3月份表現(xiàn)則較一般；不同景觀類型的微氣候環(huán)境溫濕度調(diào)節(jié)情況也有差異，水邊的樣地降溫增濕效益最大，其次為綠地和有透水鋪裝的樣地；但是1月份的溫濕指數(shù)要明顯低于3月份和5月份，人的體感為冷、不舒適。該研究對于綠地在改善南京冬春季節(jié)的微氣候舒適度有一定參考意義。

城市綠地，溫濕度調(diào)節(jié)，微氣候，熱舒適度

在全球變暖的氣候大背景下，城市綠地溫濕度調(diào)節(jié)機制的定量研究作為氣候適應(yīng)性設(shè)計的重要內(nèi)容，對緩解氣候變化帶來的負面影響具有重要的指導(dǎo)意義。

目前針對夏季綠地降溫增濕效益的研究較多，并且取得了顯著成效[12-15]。但是南京屬于典型的夏熱冬冷城市，其冬、春季的氣候情況也具有明顯的特色，如冬季溫度低而濕度大，戶外空間多為冷不舒適，春季時長較短等，然而卻很少有學(xué)者關(guān)注冬春季綠地溫濕度的調(diào)節(jié)情況。因此，本文以南京市濱江公園為研究對象，在2016年的冬春季測定不同微氣候環(huán)境的氣候數(shù)據(jù)，比較分析不同月份、不同景觀類型樣地的溫濕度調(diào)節(jié)情況，并結(jié)合溫濕指數(shù)，對微氣候環(huán)境的人體舒適度體驗進行分析。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

南京位于中國東部，地處長江下游，屬于北亞熱帶中部季風氣候區(qū)，四季分明、光照充足、無霜期長、熱量充裕；年平均溫度15.5 ℃，1月份平均氣溫2.3 ℃，7月份平均氣溫25.3 ℃。濱江公園位于南京市建鄴區(qū)河西新城，毗鄰長江夾江，占地面積近200 hm2，是典型的城市濱江帶狀綠地。這里曾是2005年首屆中國綠化博覽會的舉辦地，也是國內(nèi)最大的綠化主題公園。作為南京濱江風光帶的重要組成部分，目前已建設(shè)成為集娛樂、生態(tài)、科普、健身為一體的新型城市公園。

1.2 樣地選擇

為滿足對不同微氣候環(huán)境類型的研究，在對濱江公園進行詳細的實地調(diào)研基礎(chǔ)上，共選擇了26個樣地。其中包括6種不同的景觀類型，每種類型選擇了2-7個典型的樣地。每個樣地的樣方面積設(shè)定為10 m×10 m，測量時手持儀器站在樣方的中心位置。各樣地的景觀類型及分布情況如表1。

1.3 觀測時間及指標

阮孚用手掂了掂布袋，笑答：“只裝了一文錢，我是怕這布袋因為沒有裝任何錢財而感到難為情，所以就用這一文錢來安慰安慰它?！?/p>

研究從2016年1月起，每隔2個月在園中選擇連續(xù)的2天進行觀測，共收集了6天的氣候數(shù)據(jù)。測量盡量選在連續(xù)3天及以上的晴朗天氣。具體日期為2016年1月1日和2日，2016年3月19日和20日，2016年5月11日和12日。測量當天的天氣

表1 樣地類型

表2 觀測當天天氣情況 ℃

情況如表2。每天測定時間從早上9點到下午4點，每小時測1次，共計8次；每次記錄3組數(shù)據(jù)，之后計算平均值作為該時間點的觀測數(shù)據(jù)。使用4臺Kestrel 4 000手持式移動氣象站，測量每個樣地距離地面1.5 m高度處的空氣溫度、相對濕度和風速。

1.4 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)實測的氣候數(shù)據(jù)，取相對值進行比較，避免因天氣原因造成的誤差。記錄當天中國氣象局發(fā)布的同一時間點南京市氣象數(shù)據(jù)作為對照，分別用降溫強度Tp和增濕強度Hp表示各樣地的降溫增濕效果，具體計算方法如下：

(1)

其中Tci是第i時刻的對照溫度(℃)，Ti為第i時刻樣地的空氣溫度(℃)。

(2)

其中Hci是第i時刻的對照濕度(%)，Hi為第i時刻樣地的相對濕度(%)。

分析不同類型樣地的溫濕效益差異時，將同類型的樣地降溫強度和增濕強度進行算術(shù)平均后作為該類型樣地的平均降溫增濕強度。針對每個樣地，將2天中同一時刻的降溫增濕強度加以算術(shù)平均，作為該月份該時刻樣地的平均降溫增濕強度。

人體舒適度是用來反映不同空氣溫度、相對濕度、風速、太陽輻射等氣象環(huán)境下人體的舒適感覺。其中，以空氣溫度和相對濕度2個氣象要素對人體感覺影響最大[16]。本文采用Thom(1959)提出的溫濕指數(shù)(THI)[17]來評價戶外環(huán)境中人體熱舒適度。其計算公式如下：

THI=T-0.55×(1-0.01H)×(T-14.5)

(3)

式中，THI為溫濕指數(shù)，T為空氣溫度(℃)，H為相對濕度(%)。本文按照2011年我國《人居環(huán)境氣候舒適度評價(GB/T 27963-2011)》中規(guī)定的舒適度等級進行分類[18]。

2 結(jié)果與分析

2.1 各樣地降溫增濕強度的季節(jié)性差異

數(shù)據(jù)的測量分別在1月、3月和5月進行，將3個月份每個樣地2天所有時刻的降溫增濕數(shù)據(jù)進行平均值計算，得出該樣地在該月份的平均降溫和增濕強度(表3)。表3顯示1月份的平均降溫強度和增濕強度最大，分別為(1.62±0.77) ℃和3.12%±2.13%；其次為5月份，平均降溫增濕強度分別為(1.48±0.70) ℃和2.10%±1.49%。3月份基本沒有表現(xiàn)出降溫趨勢，多為升溫效益，同時增濕強度也不明顯，平均降溫增濕強度分別為(-0.69±0.96) ℃和-0.26%±1.06%。比較結(jié)果顯示降溫增濕強度具有較明顯的季節(jié)性差異，總體來看，1月份和5月份綠地的降溫增濕效果都比較顯著，而在3月份時則表現(xiàn)為一定的增溫降濕傾向。

2.2 不同景觀類型的樣地降溫增濕強度比較

對同類型樣地的降溫增濕強度進行平均值計算(表4)。從表4可以看出，1月份時位于水邊的樣地降溫增濕效果都最為明顯；其次為綠地，平均降溫強度為1.83 ℃，平均增濕強度為3.82%；有透水鋪裝的樣地也表現(xiàn)出較好的降溫增濕效果，平均強度分別為1.60 ℃和3.68%，隨后是瀝青道路和硬質(zhì)廣場，沙地的平均降溫增濕強度均為負值，說明沙地沒有降溫增濕作用。

表3 1月、3月和5月平均降溫增濕強度

表4 不同景觀類型樣地的平均降溫增濕強度

3月份時，只有水邊表現(xiàn)出降溫增濕效益，但是強度明顯小于1月份和5月份；其余各點的降溫強度均為負值，表現(xiàn)出升溫效益，且綠地的升溫強度最高，其次為沙地和透水鋪裝；增濕作用上，透水鋪裝的樣地表現(xiàn)出了增濕強度，但是強度也較小，其余各點均為減濕作用。

5月份時，同樣是水邊的樣地有最顯著的降溫增濕效益。其次是綠地，平均降溫增濕強度分別為1.77 ℃和2.28%；降溫強度方面，硬質(zhì)廣場>透水鋪裝>瀝青道路；增濕強度方面，透水鋪裝>瀝青道路>硬質(zhì)廣場；沙地的降溫增濕強度同樣為負值。

2.3 微氣候環(huán)境的溫濕指數(shù)比較

根據(jù)上文1.4節(jié)中的公式(3)，結(jié)合測得的溫濕度數(shù)據(jù)，計算各月份樣地的平均溫濕指數(shù)，再根據(jù)2011年我國《人居環(huán)境氣候舒適度評價(GB/T 27963-2011)》中規(guī)定的舒適度等級表判斷人體舒適度感覺[18]。計算1月份平均溫濕指數(shù)為15.23±0.51，3月份為17.81±0.45，5月份為24.53±0.39(圖1)，根據(jù)人居環(huán)境氣候舒適度分類可知，1月份的溫濕指數(shù)屬于偏冷、較不舒適，3月份和5月份屬于舒適范圍。

將不同景觀類型樣地的溫濕指數(shù)進行平均值計算，并繪制成圖2。計算得出1月份各景觀類型樣地的溫濕指數(shù)排序為：水邊<綠地=瀝青道路<透水鋪裝<硬質(zhì)廣場<沙地。3月份時各景觀類型樣地的溫濕指數(shù)排序為：硬質(zhì)廣場<瀝青道路<水邊=透水鋪裝<沙地<綠地。5月份時各景觀類型樣地的溫濕指數(shù)排序為：水邊<綠地<硬質(zhì)廣場<透水鋪裝<瀝青道路<沙地。

圖1 1月、3月和5月的溫濕指數(shù)

圖2 不同景觀類型的樣地溫濕指數(shù)

3 結(jié)論

1) 綠地的溫濕度調(diào)節(jié)能力具有較顯著的季節(jié)性差異，1月份和5月份綠地的降溫增濕強度更為明顯，但在3月份樣地總體沒有表現(xiàn)出明顯的降溫增濕效益。

2) 不同景觀類型的微氣候環(huán)境溫濕度調(diào)節(jié)情況也有差異，水邊的樣地降溫增濕效益最大，其次為綠地和有透水鋪裝的樣地。

3) 1月份溫濕指數(shù)較低，人的體感為偏冷、較不舒適，而且除了水體以外，綠地和瀝青道路的溫濕指數(shù)在不同景觀類型的樣地中最小；3月份到5月份溫濕指數(shù)逐漸升高，人的體感為舒適。

4 討論

4.1 不同月份樣地降溫增濕差異性分析

將1月份、3月份和5月份各樣地的平均降溫增濕強度進行比較之后發(fā)現(xiàn)，1月份的降溫增濕作用最為顯著，其次為5月份，3月份時各樣地的降溫增濕作用都比較小，甚至表現(xiàn)出升溫減濕作用。冬季綠地的降溫增濕效果反而最為明顯，這與傳統(tǒng)的觀點不太一致，分析可能的原因是冬季溫度較低，周邊下墊面對測量點林下環(huán)境的熱輻射較少，所測數(shù)據(jù)主要是植物群落本身降溫增濕作用的結(jié)果，而夏季溫度較高，周邊下墊面對林下環(huán)境的熱輻射也更強，所測得的數(shù)據(jù)是植物群落降溫增濕與下墊面熱輻射共同作用的結(jié)果，所以相比較來看，冬季測量的降溫增濕數(shù)據(jù)反而比夏季更為明顯。其次公園內(nèi)常綠樹種較多，即使在冬季溫度較低時，也會因為林冠層的遮陰和蒸騰等作用，使林下空間及周圍環(huán)境的溫度降低。而在3月份時，戶外整體溫度較為適宜，綠地的降溫增濕作用不是很明顯。5月份時已經(jīng)進入初夏，室外溫度逐漸升高，常綠及落葉樹種也都已經(jīng)進入生長旺盛期，降溫增濕作用逐漸顯著。另外2016年為暖冬，1月上旬南京平均氣溫與常年同期相比顯著偏高3.4～4.2 ℃，逼近歷史極值[19]，這種天氣情況也可能會對結(jié)果造成一定影響。

4.2 不同景觀類型的樣地降溫增濕的差異性分析

在對不同景觀類型樣地的降溫增濕情況進行比較之后，發(fā)現(xiàn)3個月份水邊樣地平均降溫增濕強度都最高，這是因為同樣的溫度情況下，水體由于其比熱容較大，吸收熱量更多，使周邊環(huán)境的溫度降低，而水體蒸發(fā)的水汽也會使周圍環(huán)境的相對濕度增加。沙子的比熱容小，相比之下能更快地吸收熱量，升溫也快，所以沙地均表現(xiàn)為升溫減濕作用。1月份和5月份時，除去水邊的樣地，綠地的降溫增濕強度最高，主要是由于植物具有遮陰和蒸騰作用，植物的枝葉可以反射和吸收大部分太陽輻射熱，只有少部分太陽輻射到達地表，從而有效地降低林下和地表的溫度。同時蒸騰作用能將從土壤中吸收的水分通過葉片以水蒸氣狀態(tài)散失到大氣中，進而增加環(huán)境濕度，降低空氣溫度。有透水鋪裝的樣地降溫增濕強度要高于硬質(zhì)廣場和道路，這是因為透水鋪裝的路面能將水分吸收下滲，儲存在地下，之后再通過緩慢的蒸發(fā)過程與周圍環(huán)境進行熱量交換，從而降低溫度，增加濕度。而普通路面的徑流系數(shù)較高，水分會很快流失。另外瀝青混凝土路面對太陽輻射的反射率較低，更容易吸收和儲存熱量，因此溫度也會比透水路面更高。而在3月份時，水體的降溫增濕強度要明顯小于1月和5月份；另外除了透水鋪裝的樣地有增濕作用以外，其余樣地均為升溫減濕作用，且綠地的升溫效益最明顯。這些現(xiàn)象表明綠地的溫濕度調(diào)節(jié)與外界環(huán)境溫度也有很大關(guān)系，在不同的季節(jié)月份會有不同的調(diào)節(jié)效果。

4.3 城市綠地人體舒適度體驗分析

通過溫濕指數(shù)的計算，得出1月份的溫濕指數(shù)較低，人的體感為冷不舒適。1月份屬于冬季，室外溫度較低，人們在戶外活動時更希望有比較溫暖的環(huán)境，這時綠地應(yīng)該承擔升溫減濕的作用，但實際情況卻正好相反，測量數(shù)據(jù)表明1月份的降溫增濕效益相對較高。而且在對不同景觀類型樣地的溫濕指數(shù)比較時發(fā)現(xiàn)，除了水邊由于比熱容以及水體本身的蒸發(fā)作用使得溫濕指數(shù)比較低以外，綠地的溫濕指數(shù)也很低，這是由于冬季室外溫度較低，但是常綠樹種的大量應(yīng)用使得綠地在冬季缺少足夠的疏透空間，陽光無法透射到地表，林下空間及周圍環(huán)境的溫度會相應(yīng)降低，導(dǎo)致溫濕指數(shù)降低，人們在這種環(huán)境中會感覺更加寒冷，綠地的利用效率也會隨之降低。5月份時進入初夏，溫度升高，此時總體的溫濕指數(shù)屬于舒適范圍，其中綠地的溫濕指數(shù)在舒適的范圍內(nèi)更小，這是因為綠地的降溫增濕效益逐漸顯著，在不同景觀類型的樣地中綠地的舒適度體驗也相對較好。因此城市綠地除了要關(guān)注夏季的降溫增濕作用，還要考慮在冬季時的升溫減濕效益，合理配置常綠樹種與落葉樹種，為人們創(chuàng)造良好的戶外舒適度體驗。

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Temperature and Humidity Regulation Capacity of Urban Green Spaces of Nanjing Riverside Park in Winter and Spring

Zhou Zhongsheng1Wei Xiao2Wei Jiaxing2Zhang Mingjuan2Zhang Wenbao1

(1. Nanjing Riverside Park Management Limited Company, Nanjing 210019, Jiangsu, China; 2. College of Horticulture, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, Jiangsu, China)

Taking Nanjing Riverside Park as an case study, the paper quantitatively measured the climatic data of the green space microclimate in January, March and May 2016 and discussed the green spaces’ capacity to regulate the temperature and humidity in winter and spring. The results indicated that the green spaces showed seasonal variation in their capacity for temperature and humidity regulation, which was strongest in January, followed by May and March; the regulation capacities in various types of microclimate also showed differences, the waterfront area showing the largest benefits for temperature decrease and humidity increase, followed by green spaces and the area permeable pavement; the Temperature-Humidity Index (THI) in January was obviously lower than those in March and May, which makes people feel cold and uncomfortable. The research could have some references to improve microclimate thermal comfort with green spaces in winter and spring.

urban green space, temperature and humidity regulation, microclimate, thermal comfort

2017-04-05

南京市園林綠化行業(yè)科技計劃項目：“基于微氣候優(yōu)化的城市濱江帶狀綠地生態(tài)功能定量研究”(201603JH)；中央高校基本業(yè)務(wù)費項目：“城鎮(zhèn)綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建”(1306J0817)

周忠勝 (1971-)，男，總經(jīng)理，高級工程師，研究方向為園林工程建設(shè)、鄉(xiāng)土景觀營造、公園綠地管理和公園景區(qū)運營管理，E-mail: 577309708@qq.com

魏家星(1986-)，男，在讀博士，講師，研究方向為風景園林規(guī)劃與設(shè)計，E-mail: weixing061206@163.com

10.3969/j.issn.1672-4925.2017.04.004