杭州學院路綠化對夏季熱環(huán)境的改善研究

岳 甲 陳志駿 宋莎莎 呂 楚 吳學謙 嚴少君 申亞梅

浙江農林大學風景園林與建筑學院 浙江臨安 311300

杭州學院路綠化對夏季熱環(huán)境的改善研究

岳 甲 陳志駿 宋莎莎 呂 楚 吳學謙 嚴少君 申亞梅

浙江農林大學風景園林與建筑學院 浙江臨安 311300

該研究選擇杭州學院路部分路段為研究對象，將其劃分為4個長度為50 m的樣地，并對各個樣地街谷綠化進行詳實的基礎調查。該研究還對學院路綠化區(qū)域溫濕度、太陽輻射等環(huán)境因子進行調查，同時分析人體舒適度指數(shù)等參數(shù)。結果顯示:1)綠化能顯著改善街谷溫濕度和人體舒適度指數(shù)；2)多排喬木與灌草結合的綠化空間形式對改善街谷熱環(huán)境有明顯效果；3)綠化覆蓋率越高降低鋪裝表面溫度越明顯，其中瀝青鋪裝表面日平均降低溫度最高可達18.5℃，花崗巖鋪裝表面降低溫度最高可達17℃；4)選擇樣地3研究不同位置的太陽輻射強度、空氣溫濕度等參數(shù)，比較懸鈴木和香樟兩種樹種的生態(tài)效益，發(fā)現(xiàn)懸鈴木改善熱環(huán)境的能力優(yōu)于香樟。通過對比各個樣地綠化對熱環(huán)境的改善效果，得出街谷綠化優(yōu)化建議，以期為街谷綠化建設提供依據。

街谷，綠化，熱環(huán)境，人體舒適度指數(shù)

城市街谷亦稱都市 “峽谷”，是指城市覆蓋層內相鄰建筑物與地面圍合形成的類似 “峽谷”的空間[1]。街谷熱環(huán)境亦稱街谷微氣候，是街谷內影響人體熱感覺和熱舒適等生理、心理反應等一系列環(huán)境參數(shù)的總稱[2]。在全球變暖和城市化進程加速的背景下，城市熱環(huán)境不斷惡化，尤其是城市高溫現(xiàn)象的頻繁發(fā)生[3－4]，直接影響到城市的舒適性和宜居性。城市熱環(huán)境定量評價一直是城市氣候與環(huán)境研究領域的重要內容，大多利用數(shù)值模擬、地面氣象觀測、熱紅外遙感進行研究[5]。此外，董靚[6]建立了一個矩形街谷的模型進行模擬，選擇WBGT作為評價城市街谷熱環(huán)境的指標進行討論，他將模型進行了一定程度的簡化，其模擬計算的實用性和準確度受到了很大的影響，其模擬結果也很難推廣。周淑貞[7]等對廣州的3條不同走向、不同高寬比的街谷進行了風向、風速和氣溫等的觀測等，驗證了實測街谷的熱環(huán)境質量可以給出一種可靠的評估，所得結論為進一步分析研究奠定了基礎，找到了解決問題的門徑[8]。由于實地測量參考價值大且更符合實際情況，所以本研究以杭州學院路部分路段為研究對象，從街谷綠化覆蓋率、綠化空間形式切入，測定街谷溫度、空氣濕度、太陽輻射強度等指標，并測算人體舒適度指數(shù)等數(shù)值，結合熱成像圖分析夏季高溫天氣下，綠化對城市街谷熱環(huán)境的影響指數(shù)，該結果的提出將為城市熱島效應的改善提供重要的依據。

1 研究方法

1.1 樣地概況

杭州 市 (E118°21′—120°30′， N29°11′—30°33′)地處亞熱帶季風區(qū)，全年平均氣溫17.8℃，平均相對濕度70.3%。杭州城區(qū)南北走向路段占總路段的40%以上，是城區(qū)熱環(huán)境的重要組成部分，學院路位于杭州西湖區(qū)，熱島效應明顯。

本研究選擇學院路與文一路交口附近路段為研究對象，分為Y－1，Y－2，Y－3，Y－4共4個樣地，每個樣地長度為50m，總共22個測點，其中內側非機動車道鋪裝為瀝青，外側人行道鋪裝為花崗巖石板。

1.1.1 樣地綠化空間形式

為使本研究更加科學合理，對4個樣地綠化空間形式基礎情況進行實地測繪，其中樣地1(Y－1)東側為單排香樟，西側為單排懸鈴木加綠化帶，樣地寬度為46.80 m；樣地2(Y－2)東側無綠化，西側有一棵傾斜的泡桐，樣地寬度為29.80 m；樣地3(Y－3)兩側均為雙排喬木綠化加綠化帶，樣地寬度為31.40 m；樣地4(Y－4)東側為雙排喬木綠化加綠化帶，東側無綠化，樣地寬度為31.28 m。

1.1.2 樣地綠化覆蓋

每個樣地中東西側綠化覆蓋率不同，且在人行道與非機動車道的綠化覆蓋對熱環(huán)境影響最大，因此該研究計算綠化覆蓋率時去除車行道面積，結果見表1。

表1 各樣地東西向綠化覆蓋率

1.2 測量參數(shù)與方法

本研究在2016年7月26日進行，測量時段為8∶00—10∶00， 10∶00—12∶00， 13∶00—15∶00， 16∶00—18∶00這4個標準時段。每2小時每個測點測量一組數(shù)據，空氣溫度、空氣濕度、下墊面溫度每次采集3個數(shù)據，瞬時風速、風向、太陽輻射每次采集1個數(shù)據，熱成像圖每次拍攝1張圖片。

1.3 人體舒適度計算方法

人體舒適度指數(shù) (Human Comfort Index，HCI)是指主要由于個體差異使人對環(huán)境產生不同的舒適感[9]。其中溫度是起決定因素的指標，濕度是重要指標，風速是不能忽視的因素。本文采用如下公式:

HCL＝1.8t－ (0.99t－14.3) (1－rh/100) －3.2V1/2＋32

其中HCI為人體舒適度指數(shù)，t為日平均氣溫，rh為日平均相對濕度，v為日平均風速。參考文獻[10－11]給出人體舒適度指數(shù)等級劃分表 (表2)。

表2 人體舒適度指數(shù)等級劃分

2 結果與分析

2.1 綠化對道路空間濕溫度的影響

圖1－A顯示，樣地綠化空間的溫度在8∶00—15∶00時段為上升趨勢， 16∶00—18∶00 時段降落， 只有Y－1E測段溫度一直上升，對應的空氣濕度一直呈下降趨勢 (圖1－B)。而Y－2E，Y－3E，Y－4E， Y－1W， Y－2W 空氣濕度在8∶00—15∶00時間段為下降階段，16∶00—18∶00時段空氣濕度開始上升或停止下降；樣地Y－3W，Y－4W的空氣濕度在 8∶00—10∶00 時段下降， 10∶00—12∶00 時段上升， 13∶00—15∶00 時段下降，16∶00—18∶00 時段上升，與溫度均成反相關。各樣地平均溫濕度比較見圖2－A，圖2－B。

2.2 綠化對人體舒適度指數(shù)的影響

圖3－A顯示，日均人體舒適度指數(shù)為Y－1＝75.834 0， Y－2＝77.169 6， Y－3＝75.621 5，Y－4＝76.167 8，由此可得出對人體舒適度貢獻大小依次排序為:Y－1＞Y－3＞Y－4＞Y－2。其中樣地東側日平均舒適度指數(shù)依次為:Y－1E＝74.606 0，Y－2E＝77.156 3， Y －3E＝75.084 8，Y－4E＝75.111 0(圖3－B)。樣地西側日平均舒適度指數(shù)為 Y－1W＝77.061 9，Y－2W＝77.182 9， Y－3W＝76.158 2，Y－4W＝77.224 5(圖3－C)。經測算，東側測段人體舒適度等級均為5級，屬于偏熱等級；西側測段人體舒適度等級大部分為5級屬于偏熱等級，而 Y－4W在10∶00—12∶00時段屬于6級，為酷熱等級。

圖1 樣地溫濕度的變化注:A東西兩側樣地空氣溫度變化；B東西兩側樣地空氣濕度變化。

圖2 樣地平均空氣溫濕度比較注:A.東西兩側樣地平均空氣溫度；B.東西兩側樣地平均空氣濕度。

圖3 樣地人體舒適度指數(shù)變化注:A樣地總體人體舒適度指數(shù)變化B東側樣地人體舒適度指數(shù)變化C西側樣地人體舒適度指數(shù)變化。

2.3 綠化空間形式對熱環(huán)境的影響

該研究選用13∶00—15∶00時段熱成像圖對比分析各個樣段綠化空間形式對熱環(huán)境的改善情況，對比結果顯示Y－1E的高溫斑塊在樣地東側最大，最高溫度為47.1℃；Y－2E的高溫斑塊較大，最高溫度為52.0℃在樣地東側溫度最高；Y－3E與Y－4E的高溫斑塊都明顯小于Y－1E，Y－2E，最高溫度分別為45.1℃和41.1℃，明顯低于Y－1E和Y－2E。Y－1W的高溫斑塊主要集中在人行道和非機動車道，最高溫度為47.8℃；Y－2W的高溫斑塊主要集中在車行道和非機動車道，最高溫度為48.8℃；Y－3W的高溫斑塊在樣地西側面積最小，最高溫度為43.8℃在樣地西側最低；Y－4W的高溫斑塊在樣地西側面積最大，最高溫度為57.2℃在樣地西側最高。

由此可見，高溫斑塊的出現(xiàn)與光照有直接的關系。從樣地熱成像圖中可以得出各個樣地東側的熱環(huán)境舒適度的排序為Y－4E＞Y－3E＞Y－1E＞Y－2E，西側為Y－3W＞Y－1W＞Y－2W＞Y－4W。

2.4 綠化覆蓋率對街谷熱環(huán)境的影響

研究以無遮蔭Y－2E、Y－4W樣地中的瀝青和花崗巖石板鋪裝的表面溫度作為對照組比較有遮蔭樣地中兩種材質的鋪裝表面溫度的差值來衡量綠化覆蓋率對熱環(huán)境的改善效果。結果顯示 (表3，表4)，綠化覆蓋能有效降低路面溫度。

表3 各樣地與Y－2E瀝青路面溫度差值 ℃

表4 各樣地與Y－2E花崗巖石板路面溫度差值 ℃

2.5 綠化樹種對街谷熱環(huán)境的影響

植物葉片可以反射并遮擋太陽輻射，以減少地表及樹冠以下的太陽輻射。不同樹種的植物葉片大小密度不同，對太陽輻射的穿透有影響。研究發(fā)現(xiàn)喬木類降溫增濕效果最顯著，占總降溫量的87.3%，總增濕量的88.0%[12]。不同樹種對空氣溫濕度的影響也是不同的[13]。本文綠化樹種對街谷熱環(huán)境的影響以Y－3為研究對象，將Y－3分為東側的P1香樟、P2懸鈴木、P3香樟、P4懸鈴木；西側的P5香樟、P6懸鈴木、P7香樟、P8懸鈴木8個測點測量參數(shù)，對比研究得出結果。其中平均太陽輻射強度為:P1香樟＜P2懸鈴木、P3香樟＜P4懸鈴木、P5香樟＞P6懸鈴木、P7香樟＜P8懸鈴木；平均空氣溫度為:P1香樟＜P2懸鈴木、P3香樟＞P4懸鈴木、P5香樟＜P6懸鈴木、P7香樟＜P8懸鈴木；平均空氣濕度為:P1香樟＞P2懸鈴木、P3香樟＜P4懸鈴木、P5香樟＜P6懸鈴木、P7香樟＞P8懸鈴木。根據參數(shù)的大小比較，可以看出懸鈴木的生態(tài)效益略優(yōu)于香樟。

3 結論與討論

本研究結果表明，空氣溫度先升后降的主要原因與太陽輻射強度由弱變強、再由強變弱有關，且有效的遮蔭是降低溫度的主要原因。本研究中Y－1E空氣溫度變化反常，可能原因是樣地附近有建筑遮蔭和大片綠地，使空氣溫度在13∶00—15∶00時段增長效果不如其他樣地明顯，另外受到太陽西曬的影響，16∶00—18∶00時段的空氣溫度高于其他時段。

與此同時，樣地東側平均人體舒適度優(yōu)于樣地西側，說明日照方向和時長及強度對人體舒適度影響較大。Y－1E平均人體舒適度優(yōu)于Y－3E、Y－4E，這說明建筑遮蔭及大面積綠地對人體舒適度的貢獻大于行列式喬木綠化遮蔭。Y－2E人體舒適度指數(shù)低于所有東側樣地，Y－1W和Y－3W人體舒適度指數(shù)低于Y－2W和Y－4W，說明綠化可以在一定程度上改善人體舒適度。研究進一步表明，懸鈴木改善熱環(huán)境能力高于香樟。

在夏季，遮蔭是有效改善熱環(huán)境的主導因子，樹木對熱環(huán)境的改善主要由樹冠遮擋太陽輻射形成，稀疏地點綴幾棵樹木對環(huán)境的整體影響較弱[14]，Y－2W單株泡桐對街谷整體熱環(huán)境改善效果甚微。對街谷而言，連接成排的行道樹才能為行人提供舒適的戶外區(qū)域。所以在進行街谷綠化時，應該在道路紅線外場地適當增加綠地；利用建筑遮蔭改善空間熱環(huán)境；街谷應采用綠化形式為喬木＋灌草的復合結構；可在道路內側綠化帶位置種植樹籬以減輕太陽東西向輻射；落葉喬木可能比常綠喬木更適合改善夏季熱環(huán)境。

[1]趙敬源，劉加平.城市街谷熱環(huán)境數(shù)值模擬及規(guī)劃設計對策[J].建筑學報，2007(3):37 －39.

[2]王煒.近代北京公園開放與公共空間的拓展[J].北京社會科學，2008(2):52－57.

[3]ZHAO L，LEE X，SMITH R B，et al.Strong contributions of local background climate to urban heat islands[J].Nature，2014，511(7508):216－219.

[4]劉勇洪，權維俊.北京城市高溫遙感指標初探與時空格局分析[J].氣候與環(huán)境研究，2014，19(3):332 －342.

[5]孫鐵鋼，肖榮波，蔡云楠，等.城市熱環(huán)境定量評價技術研究進展及發(fā)展趨勢[J].應用生態(tài)學報，2016，27(8):2717－2728.

[6]董靚，黃光宇.城市空間的熱環(huán)境及其改善[J].大自然探索，1995，14(51):54 －57.

[7]周淑貞，束炯.城市氣候學[M].北京:氣象出版社，1994.

[8]趙敬源.城市街谷熱環(huán)境及控制機理研究[D].西安:長安大學建筑工程院，2007.

[9]靳寧，景元書，武永利.南京市區(qū)不同下墊面對人體舒適度的影響分析[J].氣候與環(huán)境研究，2009，14(4):445－450.

[10]吳兌，鄧雪嬌.環(huán)境氣象學與特種氣象預報[M].北京:氣象出版社，2011.

[11]嚴明良，沈樹勤.幾個氣象指數(shù)的開發(fā)以及中尺度樹脂產品在其中的釋用[G].江蘇省環(huán)境氣象指數(shù)系列論文集，2001:2－6.

[12]關賽，張明娟，陳宇.基于生態(tài)功能量分析的綠地改造案例[J].中國城市林業(yè)，2017，15(1):25 －28.

[13]李鳳霞，石輝，魏峰遠，等.不同綠化樹種景觀格局對城市局部小氣候的影響[J].河南理工大學:自然科學版，2017，36(1):69－74.

[14]趙敬源，劉加平.城市街谷綠化的動態(tài)熱效應[J].太陽能學報，2009，30(8):1013 －1017.

Contribution of Urban Greening to Summer Thermal Environment Improvement Along Xueyuan Road，Hangzhou City

Yue Jia Chen Zhiun Song Shasha Lv Chu Wu Xueqian Yan Shaojun Shen Yamei
(School of Landscape Architecture，Zhejiang Agriculture＆ Forestry University，Lin'an 311300，Zhejiang，China)

The paper made an analysis of the current state that urban street canyon greening is lack of sufficient theoretical basis with the aim to find a solution to the poor habitat environment in the street canyon.In this study detailed investigation was carried out on the 4 sample plots with a length of 50m，which were divided from a selected section of the Xueyuan road.Then，this study investigated the environmental factors in the greened areas of Xueyuan road， such as temperature， humidity， and solar radiation， and analyzed the parameters including the human comfort index.The results showed:(1)The temperature，humidity and human comfort index of street canyon had been significantly improved with the greening； (2)The greening spatial form combining multiple row arbor， grass and shrub had obviously improved the thermal environment of street canyon；(3)The higher the greening coverage rate was，the lower the surface temperature of the pavement was.The surface temperature of the asphalt pavement could lower averagely by 18.5℃through the greening，while the granite pavement surface could lower averagely by 17℃in temperature；(4)By comparing the ecological benefits of 2 species of Platanus and Cinnamomum after obtaining the solar radiation intensity， air temperature， humidity parameters of different locations in Sample 3， it was found that Platanus is better than Cinnamomum in its ability to improve the thermal environment.The comparison of thermal environment improvement through greening in the 4 sample plots came to the suggestions for optimizing the greening of street canyon.This study is expected to provide basis for the street canyon greening.

street canyon， greening， thermal environment， human comfort index

10.3969/j.issn.1672－4925.2017.06.008

2017－06－18

岳甲 (1989－)，男，在讀研究生，研究方向為植物景觀及效益，E－mail:1337257161＠qq.com