夏季校園廣場邊緣空間對小氣候環(huán)境影響研究

陳鑄 傅偉聰 黃雅冰 闕晨曦

[摘 要]以福建農(nóng)林大學校園內3處廣場的邊緣空間為調查對象，選擇夏季典型天氣（雨后、多云和晴天），監(jiān)測不同空間的風速、濕度、溫度等數(shù)據(jù)，通過分析探討氣候監(jiān)測數(shù)據(jù)及人體舒適度指數(shù)在不同構成類型邊緣空間中的空間變化特征和時間變化規(guī)律。結果表明：（1）從不同天氣條件下看：各測點溫度濕度變化規(guī)律基本相同，晴天、多云天人體舒適度指數(shù)表現(xiàn)為不舒適，雨后天氣人體舒適度指數(shù)表現(xiàn)為舒適;（2）不同空間反饋出：植物構成為主且有喬木遮蔭的邊緣空間調節(jié)能力最強，下墊面為硬質鋪地且無樹木遮蔭的監(jiān)測點調節(jié)能力最弱;（3）不同類型邊緣空間具有不同功能，其與相鄰空間小氣候環(huán)境具有明顯差異。

[關鍵詞]校園廣場;邊緣空間;典型天氣;小氣候;人體舒適度

[中圖分類號]TU111 [文獻標識碼]A

隨著我國城市休閑生活的發(fā)展，人們對戶外活動的需求與日俱增，廣場是城市中提供人們休閑活動的空間形式，同時影響人們的生理和心理健康。高校廣場屬于城市廣場中的一部分，相對城市廣場而言其服務對象更為明確集中，更具有場所的歸屬感及更強的限定性。廣場邊緣空間為人們提供觀察和使用的場所，保證視線不受干擾，給人以安全感和領域感，是人們使用頻率相對較高的區(qū)域，因此其小氣候環(huán)境對于使用者的生活有著重要影響。目前對于小氣候的研究主要集中在綠地系統(tǒng)，城市濱水帶，城市廣場，城市居住區(qū)等，少有關于校園廣場的研究，且主要集中于場地內部，鮮有邊緣空間的小氣候環(huán)境研究。

本文所闡述的廣場邊緣空間是指廣場用地紅線范圍內，與廣場周邊用地直接相鄰的交接空間，具有不同空間功能和一定范圍及寬度的連接過渡地帶，是圍繞廣場內部活動區(qū)域的帶型空間，是具有開放性的實體空間，即廣場的最外圍空間。研究選取福建農(nóng)林大學校園內廣場不同類型邊緣空間為研究對象，其相鄰空間為參照對象，探討不同典型天氣、不同時間段、不同方位、不同下墊面材質、不同遮蔭情況與溫度、濕度、風速的關系。近些年廣場的邊緣空間大都直接以鋪裝形式構成，本文為城市廣場邊緣空間的規(guī)劃設計提供數(shù)據(jù)支持以及新的建設思路，及如何通過鋪裝與植物不同配比提升景觀效果，同時保證舒適的小氣候環(huán)境。本研究也可拓展小氣候環(huán)境研究的相關方面，為福州乃至全國的廣場規(guī)劃設計、人群出行提供一定的指導作用。

1 試驗樣地與研究方法

1.1 樣地選擇

試驗樣地選在福建省福州市福建農(nóng)林大學校園（東經(jīng)119°23'，北緯26°08'）內，校園地處福州市西部，屬于海洋性亞熱帶季風氣候，氣候溫暖濕潤，年平均氣溫16～20℃，年降雨量 900～2100 mm，平均日照時間1700～1980h，冬季短夏季長，因此本研究的季節(jié)為持續(xù)時間較長的夏季。選取福建農(nóng)林大學校園內3處人群使用相對頻繁且有一定代表性的廣場空間：博學樓前廣場、逸夫圖書館前廣場、拓荒廣場。分別在3個廣場中找尋符合本研究闡述的邊緣空間設置測試點，并在廣場中心及廣場外部設置對照測試點，總計17個測試點進行小氣候數(shù)據(jù)實測。

測試點構成要素主要包括：植物、鋪裝、水泥等。本次實測17個監(jiān)測點可分為6種類型：以草坪為主的邊緣空間（S7），以喬草為主的邊緣空間（S2、S4），以喬灌草為主的邊緣空間（S9、S16），以喬草與鋪裝為主的邊緣空間（S12、S14），以鋪裝為主的相鄰空間（S1、S6、S11、S13、S15），以水泥為主的相鄰空間（S3、S5、S8、S10、S17）。

1.2 測試儀器

測試儀器采用美國 NK5920 Kestrel 4500 便攜式氣候測量儀，度測定范圍為-29.0～70.0℃，分辨率為 0.1℃;濕度測定范圍為0%～100.0%RH，分辨率為0.1%RH;風速測定范圍為0.4～4 m/s，分辨率為0.1 m/s。

1.3 測試內容與方法

監(jiān)測日期為2018年6月22日與6月27日（雨后多云2d）;6月24日、6月25日與7月10日（晴天3d）;7月3日、7月4日與7月11日（多云3d）。觀測時間段為人群活動較為密集的6：00-22：00，每隔2小時觀測一次，每日監(jiān)測8次。觀測采用NK5920 Kestrel4500便攜式氣候測量儀分別在3個樣地預先設置的不同方位邊緣空間及相鄰空間進行測量，總計17個觀測點。具體實測數(shù)據(jù)為溫度、濕度和風速與人體舒適度相關的數(shù)據(jù)，每個觀測點每次測量設置3次重復，測試高度為1.5m處即人體對溫濕度最為敏感的高度。最終數(shù)據(jù)統(tǒng)計、處理以及圖表的制作采用SPSS19.0、Excel2013軟件進行。

1.4 人體舒適度

人體舒適度是以人體與周圍環(huán)境能量交換相互平衡原理為基礎，是從氣象的角度來評價人類在不同氣候環(huán)境下的一項生物氣象指標。為了能夠具體衡量其數(shù)值大小，國內外也有多種研究方法，綜合影響人體舒適度的重要因子，包括溫度、濕度、風速。本實驗采用陸鼎煌提出的“綜合舒適指數(shù)”評價福建農(nóng)林大學校園廣場邊緣空間的小氣候舒適度，計算公式如下：

S=0.6（|T-24|）+0.07（|RH-70|）+ 0.5（|V-2|）

式中：S為綜合氣候舒適度指數(shù)，T為氣溫（℃），RH為相對濕度（%），V為風速（m/s）。S與人體舒適度的劃分標準如表所示。

2 結果與分析

2.1 不同天氣下小氣候要素的日變化規(guī)律

2.1.1 溫度日變化特征

根據(jù)圖2顯示，小氣候要素在不同典型天氣下具有明顯的變化，3種典型天氣下各觀測點變化特征基本相同，總體呈先上升后下降的趨勢，日最高溫出現(xiàn)在14：00左右。晴天和多云天氣下無樹木遮蔭觀測點相對有樹木遮蔭觀測點溫度高;雨后天氣各觀測點整體溫差相對多云和晴天較小，由于降雨與雨水蒸發(fā)促使溫度下降較快，同時由于雨后天氣空氣中濕度相對晴天和多云天較高，導致大氣擴散減緩，升溫作用降低;晴天和多云天氣下樹木遮蔭觀測點相對無樹木遮蔭觀測點溫度整體變化平緩;當室外溫度越高時，有樹木遮蔭的邊緣空間觀測點降溫作用越大，降溫效果越明顯。

2.1.2 濕度日變化特征

根據(jù)圖3顯示，3種典型天氣下各觀測點濕度變化規(guī)律基本相同，變化趨勢與溫度相反，呈現(xiàn)先下降后上升的“V”型變化趨勢，濕度最低基本出現(xiàn)在14：00左右。晴天與多云天氣觀測點濕度隨著溫度升高而下降，濕度在溫度最高時達到最低值，之后又逐漸上升;雨后天氣各類型觀測點的濕度值較為接近，這是因為雨后天氣空氣內水汽增加，使得太陽輻射減弱，因此空氣內濕度整體差值較小，但變化趨勢依然是隨著溫度升高先下降之后再緩慢上升。3種天氣下濕度最大值均出現(xiàn)在以植物構成為主的邊緣空間，植被種類越多濕度越高，這是由于植物空間內郁閉度相對較大，空氣交換和流動的能力較低，且由于植物的蒸騰作用，在喬木冠幅上形成隔離層，阻止了水汽與外界交換，所以濕度相對其他邊緣空間較大。

2.1.3 風速日變化特征

根據(jù)圖4顯示，3種典型天氣下場地較為開闊周邊或內部無遮擋物的觀測點，風速變化最大;而植被豐富有遮擋物的觀測點風速變化相對平緩。因為有喬木或灌木構成的邊緣空間能夠一定程度上的阻擋和降低風速，而四周開放且無遮擋的廣場空間空氣流動頻繁，所以風速變化趨勢較為明顯。3種天氣下風速最大值均出現(xiàn)在空曠且無遮擋物的觀測點，而有植物構成的邊緣空間風速較低，說明郁閉度越大風速越低。

2.1.4 人體舒適度日變化特征

人體綜合舒適度指數(shù)能夠直接反應人群活動時的舒適與否，同時也是場地小氣候環(huán)境的評價指標。如圖5可以看出，晴天和多云天氣各觀測點人體舒適度指數(shù)總體呈現(xiàn)倒“V”型，基本在14：00左右出現(xiàn)最大值，此時間段基本與最高溫度和最低濕度出現(xiàn)的時間段吻合;雨后天氣總體變化趨勢也呈先上升后下降，但是變化幅度與晴天和多云天相比更加平緩。晴天，喬灌草構成的邊緣空間在12：00之后才達到3級，出現(xiàn)體感不舒適現(xiàn)象，而其余觀測點均在10：00之后達到;多云天，基本趨勢與晴天一致，但除了喬灌草構成的邊緣空間外，喬草以及喬草和鋪裝構成的邊緣空間舒適度達到3級的時間也均延后2小時;雨后，各觀測點舒適度達到3級的時間均有推遲，主要是因為雨后濕度增加且溫度降低有關。

2.2 不同類型監(jiān)測點小氣候數(shù)據(jù)對比

2.2.1 不同類型邊緣空間小氣候調節(jié)作用對比

本次試驗觀測的邊緣空間主要可分為以草坪、喬草、喬灌草、喬草與鋪裝為主的四種類型。根據(jù)表2、3、4可知，以喬灌草構成為主的邊緣空間在三種典型天氣下日均溫度均為最低，而以草坪構成為主的邊緣空間日均溫度在四種類型中最高且日變幅最大，這主要因為其無樹木遮蔭，且郁閉度較低，接受太陽輻射增多，因此熱量散失速度快，調節(jié)溫度能力弱;同樣在三種天氣下喬灌草為主的邊緣空間日均濕度最高且日變幅最小，這是由于郁閉度較高，植物葉片能夠附著水蒸氣，且內部空氣對流緩慢，蒸發(fā)效果減緩;而日均風速最大值基本出現(xiàn)在以草坪構成為主的邊緣空間，其余三種類型邊緣空間均相對較低，說明植物郁閉度大的邊緣空間能夠一定程度上降低平均風速。

以草坪、喬草、喬草及鋪裝構成為主的邊緣空間，植物中間層較為開敞通透，對于廣場內外的景觀交融具有積極效果，其開放性相對植物茂密的邊緣空間較強;而由喬灌草構成的邊緣空間植被種類豐富，廣場內外景觀視線不通透，故開放性較差，封閉性相對較強，且其對于小氣候環(huán)境調節(jié)能力較強。草坪、喬草及鋪裝構成為主的邊緣空間人可穿行其中，屬于相對開放的邊緣空間;但以喬草、喬灌草構成為主的邊緣空間一般起到空間分隔與限制的功能，不是人們進入廣場的主要通行方式。

2.2.2 邊緣空間與相鄰空間小氣候調節(jié)作用對比

從表2、3、4可以看出，以鋪裝構成為主的廣場內部空間和水泥構成為主的外部空間日均溫度在各類型觀測點中最高，其中與喬灌草類型的邊緣空間差值最大，與草坪類型的邊緣空間差值最小。由于場地無任何遮擋，太陽輻射直接作用于下墊面，調節(jié)溫度能力較弱，有樹木遮陰的邊緣空間與廣場內觀測點溫差較大，這主要由于植物具有一定蒸騰作用，喬木冠幅本身也具有吸熱和反射的作用，所以降溫幅度較大，但全天溫度變化幅度最小，3種天氣下各類型觀測點降溫率排序為：喬灌草>喬草>喬草與鋪裝>草坪>水泥;3種天氣下以喬灌草構成為主的邊緣空間增濕率最大，以水泥構成為主的外部空間增濕率最小，由于下墊面屬于硬質鋪地，其增加了空氣對流和交換能力。其中在晴天各觀測點增濕率差值最大，而雨后天差值最小，因為降雨后空氣中水汽增加從而使得各觀測點增濕率有所下降，但是觀測點濕度日變幅相對晴天和多云天有所提高，各觀測點增濕率排序為：喬灌草>喬草>喬草與鋪裝>草坪>水泥;風速日變幅最小的為喬灌草構成的邊緣空間，減風率相對其他觀測點更高，因為有植物遮擋風速變化相對平緩，同時也能夠降低風速。

邊緣空間的小氣候環(huán)境與場地內部具有一定差異，通過場地邊緣空間與場地內部及外部空間的小氣候要素對比分析，不同類型邊緣空間對場地小氣候環(huán)境具有一定的調節(jié)作用，證明邊緣空間對場地小氣候環(huán)境有較大影響。

3 結論與討論

（1）邊緣空間對小氣候環(huán)境具有調節(jié)作用。通過本研究得出有植物遮蔭的監(jiān)測點相對無遮蔭的監(jiān)測點對小氣候的調節(jié)能力較強，研究結果基本與前人一致;但在研究主要選取場地邊緣空間與相鄰空間的小氣候及人體舒適度對比，而前人主要集中于場地內部的小氣候環(huán)境研究。

（2）給予人群出游一定參考價值。不同天氣下不同構成類型的邊緣空間對小氣候及人體舒適度的影響顯著。校園廣場邊緣空間的人體舒適度綜合指數(shù)表現(xiàn)為雨后天氣最低，晴天最高;由豐富植物要素構成的邊緣空間，降溫增濕的作用相對明顯，人體舒適度指數(shù)相對較低，而下墊面主要由鋪裝或水泥構成的相鄰空間調節(jié)能力較弱，人體舒適度指數(shù)相對較高。本研究結論可為校園師生以及外來游客的游憩活動選擇建議相對舒適的天氣、空間、時間等，同時也為開放游憩空間的規(guī)劃設計者提供一定的數(shù)據(jù)參考和有利依據(jù)。

（3）指導廣場規(guī)劃設計。邊緣空間主要起到圍合與隔離的作用，同時也能夠一定程度上調節(jié)廣場小氣候環(huán)境，因此場地邊緣空間的規(guī)劃設計是場地規(guī)劃設計中需要解決的重要問題。本研究主要通過實測小氣候數(shù)據(jù)進行對比，利用統(tǒng)計學的方法進行相關數(shù)據(jù)的整理和分析，得到不同類型邊緣空間對于小氣候及人體舒適度的調節(jié)具有較大差異。本研究所得結果對未來城市廣場的建設以及改造具有一定的借鑒意義。

（4）研究的局限性。邊緣空間是一種線性成分，是兩種不同事物之間的空間界定，是區(qū)分內外的物理界線，不同類型邊緣空間所起到的作用也各不相同。本次研究僅局限于城市廣場中高校廣場的邊緣空間對小氣候及人體舒適度的調節(jié)作用，下一步研究可將樣地拓展至城市的公共開放空間以及其邊緣空間更多不同屬性，進一步深化邊緣空間的小氣候研究，同時拓展至其他功能的研究，例如降低外部道路帶來的噪音或大氣污染等不利影響。

[參考文獻]

[1] 傅偉聰，陳梓茹，朱志鵬，等.福州城郊不同游憩空間大氣顆粒物濃度的變化規(guī)律——以福建農(nóng)林大學校園為例[J].福建農(nóng)林大學學報（自然版），2016（04）.

[2] Chen L， Ng E. Outdoor thermal comfort and outdoor activities： A review of research in the past decade[J].Cities， 2012， 29（2）：118-125.

[3] 段文嘉.西安城市公園綠地小氣候實測分析[D].西安建筑科技大學，2016.

[4] 劉濱誼，林俊.城市濱水帶環(huán)境小氣候與空間斷面關系研究以上海蘇州河濱水帶為例[J].風景園林，2015（06）.

[5] 熊詠梅，葉凱圖，黃穎.廣州市居住區(qū)綠地小氣候及影響因子分析[J].園林科技，2013（02）.

[6] 盧薪升，黃玥怡，段佳佳，等.北京城市公園邊界空間寬度對小氣候環(huán)境的調節(jié)作用研究[J].現(xiàn)代園藝，2016（05）.

[7] 楊鑫，黃玥怡.交通影響下的北京城市公園邊界空間小氣候調節(jié)作用實測研究與改善策略[J].華中建筑，2016（09）.

[8] 梁爽，劉慧民，韓雪，等.城市開放性公園邊界空間類型的研究——以哈爾濱市為例[J].林業(yè)工程學報，2014（04）.

[9] 杜萬光，王成，包紅光，等.夏季典型天氣下公園綠地小氣候環(huán)境及對人體舒適度的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報，2017（04）.

[10] 玄明君，王鼎震，孫彥坤.哈爾濱市郊八月不同下墊面人體舒適度指數(shù)日變化特征[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報，2011（05）.