寒地城市公園春季休閑體力活動(dòng)水平與微氣候熱舒適關(guān)聯(lián)研究

趙曉龍

卞 晴

侯韞婧

張 波

體力活動(dòng)缺乏的現(xiàn)代生活方式導(dǎo)致慢性疾病率迅速增長(zhǎng)。城市公園是服務(wù)公共健康的重要綠色基礎(chǔ)設(shè)施。隨著極端氣候條件對(duì)城市公園休閑體力活動(dòng)水平的沖擊，如何營(yíng)造熱舒適的微氣候環(huán)境、激發(fā)市民休閑體力活動(dòng)意愿、增強(qiáng)活動(dòng)水平，成為提高城市公園公共健康效能的首要問題?，F(xiàn)有研究集中在微氣候因子、熱舒適與休閑體力活動(dòng)關(guān)聯(lián)兩方面。張博[1]、Watanabe[2]、Elnabawi[3]等分別在城市街道、公園等空間類型下證明，太陽輻射、風(fēng)速、黑球溫度與活動(dòng)人次顯著相關(guān)；陳睿智[4]、王德順[5]等人在熱舒適層面指出，舒適度指數(shù)(Comfort Index)、風(fēng)效指數(shù)(Wind Effect Index)和濕球溫度(WBGT)是影響人流量的重要指標(biāo)；劉濱誼[6-8]進(jìn)一步探討了微氣候因子、活動(dòng)人次以及空間要素三者的關(guān)聯(lián)關(guān)系。然而，現(xiàn)有相關(guān)研究多以濕熱環(huán)境為背景[4，6，9]，寒地休閑體力活動(dòng)水平與微氣候熱舒適的關(guān)聯(lián)研究相對(duì)薄弱。其次，現(xiàn)有活動(dòng)水平評(píng)價(jià)測(cè)度以活動(dòng)人次為主且較為單一，活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)、強(qiáng)度類型的細(xì)化及其代謝量與微氣候熱舒適的關(guān)聯(lián)有待建立。

因此，本研究針對(duì)寒地城市長(zhǎng)期受不利氣候影響帶來的城市公園日利用率下降等問題，以增強(qiáng)城市公園休閑體力活動(dòng)水平為目標(biāo)，以期解決以下研究問題。

問題1：休閑體力活動(dòng)水平與微氣候熱舒適是否存在關(guān)聯(lián)性？關(guān)聯(lián)特征如何？

問題2：哪些微氣候因子對(duì)休閑體力活動(dòng)水平起主導(dǎo)作用？適宜值如何？

1 研究?jī)?nèi)容及方法

1.1 研究時(shí)間選擇

哈爾濱四季分明、冬季漫長(zhǎng)寒冷，寒地氣候特征顯著。長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月之久的嚴(yán)寒氣候條件促使在乍暖還寒的春季，城市公園自發(fā)性休閑體力活動(dòng)頻發(fā)。研究于寒地早春季節(jié)4—5月，隨機(jī)選取10d無云晴好天氣。每日6：00—17：00連續(xù)觀測(cè)，并依據(jù)氣象預(yù)報(bào)時(shí)間概念及特征劃分觀測(cè)時(shí)段，以便準(zhǔn)確定位休閑體力活動(dòng)水平與微氣候熱舒適關(guān)聯(lián)的具體時(shí)段及關(guān)聯(lián)特征(表1)。

圖1 微氣候熱舒適日變化趨勢(shì)

1.2 數(shù)據(jù)采集方法

研究以哈爾濱休閑體力活動(dòng)頻發(fā)的市級(jí)公園——兆麟公園為研究區(qū)域。該公園(N45°46'26.4", E126°36'56.16")位于哈爾濱商務(wù)核心區(qū)域，占地面積8.4hm2。交通便捷，免費(fèi)入園，植被覆蓋率高達(dá)62%。通過預(yù)調(diào)研篩選出園內(nèi)6個(gè)高聚集休閑體力活動(dòng)場(chǎng)地作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，進(jìn)行全日段觀測(cè)(表2)。

1.2.1 微氣候因子數(shù)據(jù)采集及熱舒適度擬合

依據(jù)微氣候數(shù)據(jù)地面采集方法，距地1.5m處利用Testo-435多功能測(cè)量?jī)x(空氣溫度：±0.3℃、相對(duì)濕度：2%～98%RH、風(fēng)速：0.03m/s+4%測(cè)量值)和建通JTR05太陽輻射儀(0～2 000W/m2)，每分鐘自動(dòng)采集數(shù)據(jù)。并通過Rayman模型擬合生理等效溫度(PET)作為微氣候熱舒適評(píng)價(jià)指標(biāo)。城市背景點(diǎn)微氣候數(shù)據(jù)由中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)獲得。

1.2.2 休閑體力活動(dòng)水平采集

實(shí)地采集各觀測(cè)點(diǎn)休閑體力活動(dòng)水平(表3)。研究共計(jì)有效樣本2 284人次，Cronbach's α系數(shù)0.75信度良好。其中，由于觀測(cè)人數(shù)較多、流動(dòng)性較強(qiáng)，難以逐一對(duì)活動(dòng)者的代謝量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因此，研究選取體力活動(dòng)能量消耗編碼表[10](Compendium of Physical Activities)這一低成本、方便快捷的體力活動(dòng)評(píng)估工具，作為本研究代謝量取值及強(qiáng)度劃分的重要參考依據(jù)[11-13]。該表廣泛應(yīng)用于公共健康領(lǐng)域，以代謝量METs表示休閑體力活動(dòng)消耗水平[13]。休閑體力活動(dòng)水平與微氣候數(shù)據(jù)同步采集，記錄間隔為30min，逐時(shí)段疊加。

2 休閑體力活動(dòng)水平與微氣候熱舒適關(guān)聯(lián)

寒地城市公園春季熱舒適總體呈現(xiàn)出上升速度緩慢、下降速度快且變化幅度大的單峰曲線狀趨勢(shì)(圖1)。峰值出現(xiàn)在13：00—13：30，城市背景點(diǎn)最高熱舒適為22.3℃；觀測(cè)點(diǎn)最高值為21.8℃。以生理等效溫度理論指標(biāo)衡量顯示：各觀測(cè)點(diǎn)均僅于高溫時(shí)段達(dá)到熱舒適標(biāo)準(zhǔn)。其余觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，各點(diǎn)熱舒適集中在8～18℃。近14℃的熱舒適差值體現(xiàn)出顯著的寒地地域春季微氣候特征。

借此，研究針對(duì)寒地城市公園春季微氣候熱舒適大幅變化影響下，休閑體力活動(dòng)水平是否隨之改變？?jī)烧叽嬖诤畏N關(guān)聯(lián)特征？展開以下探討。

2.1 休閑體力活動(dòng)水平與微氣候熱舒適關(guān)聯(lián)性

分別以微氣候熱舒適為自變量、各休閑體力活動(dòng)水平測(cè)度為因變量進(jìn)行秩相關(guān)分析。結(jié)果表明：活動(dòng)水平測(cè)度與熱舒適相關(guān)且時(shí)段性差異顯著(表4)。積溫、高溫時(shí)段，活動(dòng)人次、時(shí)長(zhǎng)、代謝量與熱舒適呈顯著正相關(guān)；降溫時(shí)段，與熱舒適呈顯著負(fù)相關(guān)。高溫時(shí)段，低、中等強(qiáng)度活動(dòng)與熱舒適呈正相關(guān)；降溫時(shí)段，與熱舒適呈負(fù)相關(guān)。中等以上強(qiáng)度活動(dòng)于積溫、高溫時(shí)段與熱舒適呈正相關(guān)。

2.2 休閑體力活動(dòng)水平與微氣候熱舒適關(guān)聯(lián)特征

研究進(jìn)一步利用復(fù)式折線圖對(duì)各休閑體力活動(dòng)水平測(cè)度與微氣候熱舒適的日變化趨勢(shì)進(jìn)行關(guān)聯(lián)擬合，揭示關(guān)聯(lián)特征。

2.2.1 活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)、代謝量與熱舒適呈線性關(guān)聯(lián)

活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)、代謝量與熱舒適呈梯段式線性關(guān)聯(lián)特征(圖2、3)。初溫時(shí)段，各觀測(cè)點(diǎn)熱舒適介于8.6～10.5℃。非舒適的環(huán)境下，晨練活動(dòng)平均時(shí)長(zhǎng)維持在30～60min；代謝量均值保持在50～100METs。隨著熱舒適升高至18.4～21℃，各觀測(cè)點(diǎn)平均活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)均達(dá)到≥60min，代謝量最高可達(dá)149.6METs。降溫時(shí)段，隨著熱舒適的下降，各觀測(cè)點(diǎn)平均活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)減少至30min。除觀測(cè)點(diǎn)3、5受植被及建筑物產(chǎn)生遮蔽效應(yīng)影響其代謝量驟然下滑外，其余觀測(cè)點(diǎn)活動(dòng)代謝量均可與初溫時(shí)段持平。

熱舒適對(duì)人體熱能的不斷刺激引發(fā)了活動(dòng)主體的選擇、調(diào)試和應(yīng)變能力。自適應(yīng)、熱適應(yīng)的生理調(diào)節(jié)過程，促使活動(dòng)主體隨著熱舒適的改變而不斷增減活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)、調(diào)整活動(dòng)代謝量。熱舒適的微氣候環(huán)境作為滿足人體生理需求的基礎(chǔ)因素，成為有效提高休閑體力活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)與代謝量的重要先決條件。

2.2.2 活動(dòng)人次與熱舒適呈時(shí)段性、滯后性關(guān)聯(lián)

活動(dòng)人次呈現(xiàn)追隨熱舒適最大化的關(guān)聯(lián)趨勢(shì)，且時(shí)段性、滯后性特征顯著(圖4)。初溫時(shí)段，各觀測(cè)點(diǎn)以太極拳、操舞等晨練活動(dòng)為主，伴有較強(qiáng)的團(tuán)體性、社交性特征。非舒適的微氣候環(huán)境下，主觀意愿及社交需求緩解了活動(dòng)主體熱感知，提高了7.5℃的熱舒適對(duì)抗強(qiáng)度。隨著熱舒適的升高，活動(dòng)人次逐漸達(dá)到峰值。其中，受寒地市民午休習(xí)性影響，高溫時(shí)段內(nèi)活動(dòng)主體由中壯年群體、老年群體向周邊青年務(wù)工群體轉(zhuǎn)變，各觀測(cè)點(diǎn)活動(dòng)人次小幅度下降后高度回彈。不同活動(dòng)主體的自發(fā)性休閑體力活動(dòng)追隨熱舒適的變化而發(fā)生，是一系列具有思考性的反應(yīng)過程。該過程使得活動(dòng)人次的變化較熱舒適具有一定的滯后性及延遲性，滯后時(shí)間約30min。

活動(dòng)人次的變化同時(shí)受制于熱環(huán)境的刺激以及活動(dòng)主體的主觀意愿，兩者相互作用、互為依存。主觀意愿在并不舒適的微氣候環(huán)境下，大大提高了活動(dòng)主體的微氣候?qū)箯?qiáng)度，對(duì)吸引活動(dòng)人次、有效增強(qiáng)休閑體力活動(dòng)水平起能動(dòng)作用。

2.2.3 活動(dòng)強(qiáng)度類型與熱舒適呈非線性關(guān)聯(lián)

活動(dòng)強(qiáng)度類型與熱舒適呈非線性關(guān)聯(lián)特征(圖5)。其中，育兒、棋牌、太極拳、操舞等低、中等強(qiáng)度活動(dòng)人次隨熱舒適的升高而增加，并以高溫時(shí)段尤為顯著。中等以上強(qiáng)度活動(dòng)一定程度上受廊亭座椅、乒乓球臺(tái)、健身器械等人工活動(dòng)設(shè)施影響，使得其熱舒適關(guān)聯(lián)特征并不顯著。

自發(fā)性休閑體力活動(dòng)不僅依賴于熱舒適的物理環(huán)境，同時(shí)取決于活動(dòng)場(chǎng)地的景觀條件及活動(dòng)設(shè)施配置。作為誘發(fā)休閑體力活動(dòng)強(qiáng)度、有效增強(qiáng)活動(dòng)水平的基礎(chǔ)物質(zhì)條件，促使微氣候熱環(huán)境與休閑體力活動(dòng)的互動(dòng)關(guān)系更為緊密。

表1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)觀測(cè)時(shí)段劃分及其微氣候特征

表2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)及活動(dòng)類型所占百分比

3 休閑體力活動(dòng)水平與微氣候因子關(guān)聯(lián)機(jī)理

上述研究結(jié)果表明，初溫時(shí)段休閑體力活動(dòng)水平無熱舒適關(guān)聯(lián)特征，其余時(shí)段活動(dòng)水平與熱舒適存在顯著關(guān)聯(lián)。因此，研究進(jìn)一步利用線性回歸、單因素方差挖掘積溫、高溫、降溫時(shí)段下，活動(dòng)水平與各微氣候因子的內(nèi)在關(guān)聯(lián)機(jī)理，并利用散點(diǎn)圖尋找微氣候因子的適宜值區(qū)間。

表3 休閑體力活動(dòng)水平采集方法

3.1 活動(dòng)人次與太陽輻射、溫度、風(fēng)速關(guān)聯(lián)機(jī)理

活動(dòng)人次與太陽輻射、溫度呈顯著正相關(guān)，與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)。其關(guān)聯(lián)強(qiáng)度依次為：太陽輻射＞溫度＞風(fēng)速(表5)。太陽輻射對(duì)活動(dòng)人次的控制能力最強(qiáng)且較為規(guī)律，尤其體現(xiàn)在高溫階段(R2=0.600 3)(圖6)?；顒?dòng)人次均值集中出現(xiàn)在太陽輻射量400～600W/m2、溫度16～18℃。當(dāng)太陽輻射量大于600W/m2、溫度上升至18℃時(shí)活動(dòng)人次顯著增加。受地域特征影響，風(fēng)速較大且離散性較強(qiáng)。降溫時(shí)段，風(fēng)速對(duì)活動(dòng)人次的控制作用明顯高于太陽輻射(R2=0.536 2)。

表4 休閑體力活動(dòng)水平與微氣候熱舒適相關(guān)性關(guān)系

3.2 活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)與太陽輻射、風(fēng)速、溫度關(guān)聯(lián)機(jī)理

不同活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)與微氣候因子的關(guān)聯(lián)機(jī)理具有顯著差異。短時(shí)活動(dòng)與溫度、太陽輻射呈正相關(guān)；中長(zhǎng)時(shí)活動(dòng)與溫度、太陽輻射呈顯著正相關(guān)，與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)。隨著活動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)，風(fēng)速增大加快了人體表面散熱，導(dǎo)致人體耐熱性下降。長(zhǎng)時(shí)活動(dòng)與溫度、太陽輻射呈顯著正相關(guān)，與風(fēng)速呈顯著負(fù)相關(guān)(表6)。從散點(diǎn)圖離散性來看，微氣候因子對(duì)活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)的控制能力及規(guī)律性明顯強(qiáng)于活動(dòng)人次(圖7)。太陽輻射500～720 W/m2、風(fēng)速0.2～0.75m/s、溫度16～20℃時(shí)，活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)顯著延長(zhǎng)。

3.3 活動(dòng)代謝量與微氣候全因子關(guān)聯(lián)機(jī)理

活動(dòng)代謝量與溫度、太陽輻射呈顯著正相關(guān)，與風(fēng)速呈正相關(guān)，與濕度呈負(fù)相關(guān)。其關(guān)聯(lián)強(qiáng)度依次為：溫度＞太陽輻射＞濕度＞風(fēng)速(表7)。隨著活動(dòng)代謝量的增強(qiáng)，活動(dòng)主體耐濕耐風(fēng)性降低。同時(shí)，由于活動(dòng)類型的選擇受活動(dòng)意愿、個(gè)人體力及社交需求等因素影響，其代謝量樣本較為離散。社會(huì)性影響因素對(duì)活動(dòng)代謝量的控制能力高于微氣候影響。微氣候因子對(duì)活動(dòng)代謝量的控制影響僅于降溫階段較強(qiáng)，以風(fēng)速(R2=0.276 6)及溫度(R2=0.345 3)影響最為顯著(圖8)。

3.4 活動(dòng)強(qiáng)度類型微氣候特征偏好

圖2 活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)與熱舒適關(guān)聯(lián)特征

圖3 活動(dòng)代謝量與熱舒適關(guān)聯(lián)特征

圖5 活動(dòng)強(qiáng)度類型與熱舒適關(guān)聯(lián)特征

不同強(qiáng)度活動(dòng)主體的微氣候偏好具有顯著差異。隨著活動(dòng)強(qiáng)度的增加，主體對(duì)活動(dòng)場(chǎng)地溫濕需求也越強(qiáng)(表8)。低、中等強(qiáng)度活動(dòng)的微氣候差異偏好趨同，呈現(xiàn)出較強(qiáng)耐風(fēng)(0.441～0.514 m/s)耐濕性(5.611～6.997%)。該強(qiáng)度活動(dòng)主體對(duì)場(chǎng)地的選擇具有陰涼通風(fēng)的微氣候特征偏好。以毽球、健身器械為主的中等以上強(qiáng)度活動(dòng)所在場(chǎng)地太陽輻射量需求明顯高于低強(qiáng)度活動(dòng)(194.266～208.834W/m2)。中等以上強(qiáng)度活動(dòng)具有溫暖干燥的微氣候需求。高濕及風(fēng)速對(duì)體表散熱的阻礙作用使得低風(fēng)、低濕、高日照的微氣候環(huán)境有利于誘發(fā)中等以上活動(dòng)強(qiáng)度增加。

圖6 活動(dòng)人次與微氣候因子關(guān)聯(lián)機(jī)理

圖7 活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)與微氣候因子關(guān)聯(lián)機(jī)理

4 結(jié)語

熱舒適的微氣候環(huán)境是有效提高休閑體力活動(dòng)水平的重要基礎(chǔ)因素。休閑體力活動(dòng)水平與微氣候熱舒適并非相對(duì)獨(dú)立的存在，而是活動(dòng)個(gè)體主觀意愿與所在活動(dòng)空間微氣候條件相互依存與能動(dòng)的結(jié)果。提高寒地城市公園日利用率需要共同滿足微氣候環(huán)境熱舒適、生理需求安全、物質(zhì)環(huán)境良好、社交需求偏好等綜合條件。

本文受限于理論基礎(chǔ)與實(shí)驗(yàn)條件，仍存在一定局限。如實(shí)驗(yàn)區(qū)域缺少公園類型的橫向?qū)Ρ龋坝^特征、活動(dòng)主體主觀認(rèn)識(shí)偏好等對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響有待探討，秋冬季節(jié)休閑體力活動(dòng)水平與微氣候熱舒適相關(guān)問題有待展開等，以逐步完善寒地城市公園休閑體力活動(dòng)水平與微氣候熱舒適關(guān)聯(lián)研究實(shí)證理論體系的建立。

表5 活動(dòng)人次與微氣候因子相關(guān)性分析

表6 活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)與微氣候因子相關(guān)性分析

表7 活動(dòng)代謝量與微氣候因子相關(guān)性分析

表8 活動(dòng)強(qiáng)度類型的微氣候特征偏好差異顯著性分析

圖8 活動(dòng)代謝量與微氣候因子關(guān)聯(lián)機(jī)理

注：文中圖片均由作者繪制。