杭州郭莊春季園林小氣候?qū)崪y與分析

王亞男 金荷仙 呂鳴楊

Measurement and Analysis of Microclimate in Spring in Hangzhou Guo Zhuang

摘要：通過對郭莊春季小氣候因子的實(shí)地觀測，分析各個(gè)小氣候因子的時(shí)間變化規(guī)律和空間分布特點(diǎn)以及相互關(guān)系，得出：郭莊內(nèi)部環(huán)境對空氣溫度及相對濕度都有顯著調(diào)節(jié)作用，氣溫相對園外環(huán)境更為穩(wěn)定，相對濕度更高;遮陰可以有效削弱太陽輻射，顯著影響局部空間的熱環(huán)境、濕環(huán)境;地表溫度主要受到達(dá)地面的太陽輻射水平影響，輻射越強(qiáng)溫度越高，而環(huán)境溫度對其影響不明顯;因園內(nèi)水體所占面積比例較大且不同水體相距較近，均勻地調(diào)節(jié)了全園的氣溫和濕度，因此各測點(diǎn)的溫、濕度沒有明顯差異;西湖的風(fēng)島效應(yīng)對園內(nèi)有明顯影響，并且主導(dǎo)了園內(nèi)的主導(dǎo)風(fēng)向。

關(guān)鍵詞：古典園林;春季;小氣候因子;實(shí)測

文章編號：1671-2641（2019）02-0073-06

中圖分類號：TU986

收稿日期：2018-11-26

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

修回日期：2019-01-09

Abstract： Through the field observation of Guozhuang's microclimate factors in spring， the time variation law and spatial distribution characteristics and interrelationship of each microclimate factor are analyzed. It is concluded that the internal environment of Guozhuang has a remarkable adjustment effect on air temperature and relative humidity， and the temperature is more stable and the relative humidity is higher than that of the outdoor environment. Secondly， shading can effectively weaken the solar radiation， significantly affecting the thermal environment and wet environment of the local space. Thirdly， the surface temperature is mainly affected by the level of solar radiation reaching the ground， and the stronger the radiation， the higher the temperature. But the influence of the ambient temperature is not obvious. Next， because of the large proportion of the water in the garden and the close distance between different waters， the temperature and humidity of the whole garden are uniformly adjusted， the temperature of each measuring point has no significant difference in humidity. Finally， the wind island effect of West Lake has a significant impact on the park and dominates the dominant wind direction in the park.

Key words： Classical garden; Spring; Microclimate factors; Field measurement

隨著社會經(jīng)濟(jì)增長、城市化進(jìn)程加速，全球氣候變暖已成為既定事實(shí)，尤其是21世紀(jì)以來，全球變暖趨勢越來越嚴(yán)重。有研究指出21世紀(jì)末全球平均升溫幅度為1.1°C～6.4°C[1]，在全球變暖的大背景下，我國夏季高溫?zé)崂耸录l繁發(fā)生[2～5]，加上近年來城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)引起的城市熱島效應(yīng)，使得一些城市酷熱程度增加的趨勢更嚴(yán)峻[6～7]，而戶外環(huán)境過熱導(dǎo)致人體熱負(fù)荷增大，居民疾病發(fā)病率和死亡率明顯增高，嚴(yán)重威脅了居民的日常生活和身體健康[8]，城市環(huán)境問題和居民室外活動(dòng)空間舒適度需求的矛盾越漸突出。除了尋找新方法和新途徑，傳統(tǒng)園林中蘊(yùn)含的智慧也值得進(jìn)一步研究和借鑒。劉熙《釋名》謂：“陰者，陰也，氣在內(nèi)而奧陰也;陽者，揚(yáng)也，氣在外而發(fā)揚(yáng)也”，釋明陰陽向背的小氣候[9];在白居易的《廬山草堂記》中有記載“松下多灌叢，蘿蔦葉蔓，駢織承翳，日月光不到地，盛夏風(fēng)氣如八九月時(shí)”，形容植物交織遮蔽，使得陰翳處在盛夏亦如八九月般秋涼;等等。由此可見，古典園林在氣候適宜性營造的方面蘊(yùn)含著豐富的歷史經(jīng)驗(yàn)，前人在造園的過程中進(jìn)行的深入考慮和對各種園林要素的巧妙布局都值推敲。

目前杭州城市小氣候方面的研究主要在于現(xiàn)代園林方面，還未展開古典園林小氣候的研究。古典園林是杭州園林的重要組成部分，郭莊又為杭州古典園林的代表作，其氣候適宜性體現(xiàn)在多種園林要素相互影響產(chǎn)生的關(guān)聯(lián)效應(yīng)。在選址方面，郭莊背靠西山，面臨西湖，這與風(fēng)水理論中“背山面水”“左右圍護(hù)”等理想居所的選址原則相吻合。水體在郭莊中占據(jù)比例較大，有調(diào)節(jié)周圍環(huán)境溫度的作用。各種亭廊建筑連成一體，起到遮陰避雨的作用，同時(shí)又有效地遮擋了夏季強(qiáng)烈的太陽輻射，阻擋了冬季的寒風(fēng)。植物在氣候方面具有降溫增濕的作用，也是不可缺少的園林要素。研究通過3個(gè)工作日的現(xiàn)場實(shí)測，用現(xiàn)代小氣候的理論和方法，探討杭州郭莊中各個(gè)小氣候因子的變化規(guī)律和對小氣候的影響，為今后城市營造更加舒適宜人的室外活動(dòng)空間提供參考。

1 研究方法

1.1 場地概況

郭莊位于杭州市西湖區(qū)，瀕臨西里湖，與蘇堤相望。園子總體呈長方形，占地9788m2，水面近3000m2，建筑總面積1629m2，分“靜必居”和“一鏡天開”兩部分。今屬于浙江省重點(diǎn)文物保護(hù)單位，清光緒三十三年（1907）由綢商宋端甫所建，俗稱宋莊，也名“端友別墅”，后賣給汾陽郭氏，改稱“汾陽別墅”，俗稱郭莊[10]。

1.2 實(shí)測方法

實(shí)測季節(jié)為春季，為了較為穩(wěn)定地獲得氣象數(shù)據(jù)，實(shí)測日均選擇天氣為晴朗且風(fēng)速較小的日期，實(shí)測開始時(shí)間為8：30，結(jié)束時(shí)間為17：00（表1）。同時(shí)，從杭州上城區(qū)氣象站獲得與實(shí)測時(shí)間同步的逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)，與園中小氣候因子變化相比較。

測量方法為移動(dòng)觀測法，每2人一組，手持測量儀器，待數(shù)據(jù)平穩(wěn)后記錄，每半個(gè)小時(shí)觀測一輪。具體實(shí)測儀器及實(shí)測內(nèi)容如表2所示。為減小誤差，實(shí)測選擇連續(xù)三個(gè)晴天進(jìn)行，將3個(gè)實(shí)測日數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作為最終結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

在樹陰下、橋上、水邊、連廊及涼亭內(nèi)設(shè)置18個(gè)測點(diǎn)（圖1），其中以測點(diǎn)1～10為一組，測點(diǎn)1～18為另外一組，兩組同時(shí)進(jìn)行測量，測量順序即為測點(diǎn)序號順序。

2 實(shí)測結(jié)果與分析

2.1 太陽輻射

3個(gè)實(shí)測日中各測點(diǎn)太陽輻射范圍為4.2～972.6wat/m2。將各點(diǎn)測得的太陽輻射值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，各測點(diǎn)太陽輻射值差別較大，且變化較為復(fù)雜，并不具有明顯一致性。其中P2、P6、P10、P11、P13、P14、P15、P18為沒有遮陰的測點(diǎn)，太陽輻射值隨時(shí)間推移而增加，基本在中午達(dá)到最大值，之后逐漸回落，有明顯峰值，且增幅和降幅較大;A3、A4、A5、A8、A9、A12為全天有建筑遮陰的測點(diǎn)，G1、G7、G16、G17為全天有植物遮陰的測點(diǎn)，在實(shí)測時(shí)間段內(nèi)，太陽輻射值始終處于較低水平，并隨時(shí)間變化而逐漸降低，且變化十分平緩。園內(nèi)太陽輻射最大值出現(xiàn)在P10的11：30時(shí)左右，數(shù)值為972.6wat/m2，太陽輻射最小值出現(xiàn)在P8的16：30時(shí)左右，數(shù)值為4.2wat/m2，最大值為最小值的232倍。此外，不同測點(diǎn)在測試時(shí)間段內(nèi)的太陽輻射差值也有較大差異，其中P10差值最大，為925.8wat/m2，A12差值最小，為20.6wat/m2。說明有太陽直射的空間太陽輻射變化較大，而有遮陰的則相對更為穩(wěn)定。

各測點(diǎn)的平均太陽輻射差值較大（圖2），P18平均太陽輻射值最高，為604.9wat/m2;A12最低，為16.4wat/m2，最高值約為最低值的37倍。其中低于園內(nèi)太陽輻射平均值的測點(diǎn)均為有植物或建筑遮陰的測點(diǎn)，而建筑遮陰的測點(diǎn)（A類測點(diǎn)）整體太陽輻射水平較植物遮陰的測點(diǎn)（G類測點(diǎn)）更低，表明遮陰情況類似時(shí)，建筑對太陽輻射的削弱作用較植物更為顯著。

2.2 空氣溫度

三個(gè)實(shí)測日中各測點(diǎn)空氣溫度范圍為18.2°C～32.7°C。比較同一時(shí)間段氣象站氣溫和各個(gè)測點(diǎn)氣溫平均值可以看出（圖3），園內(nèi)氣溫與氣象站氣溫有一定差異，在不同時(shí)間段相差1°C～2°C，在11：30時(shí)之前園內(nèi)氣溫高于氣象站氣溫，在11：30之后園內(nèi)氣溫低于氣象站氣溫，園內(nèi)最高溫度低于氣象站最高溫度，園內(nèi)降溫早于氣象站?？傮w變化上，園內(nèi)氣溫較為穩(wěn)定，說明郭莊內(nèi)部對氣溫有顯著的調(diào)節(jié)作用。

各測點(diǎn)的累積空氣溫度差異相對較?。▓D4），其中P15的累積氣溫最高，為457.9°C;A4最低，為411.1°C，二者相差46.8°C。結(jié)合其他測點(diǎn)累計(jì)溫度情況可以發(fā)現(xiàn)，累計(jì)氣溫較低的測點(diǎn)多為位于水體邊、且有植物或建筑遮陰的測點(diǎn)，同時(shí)建筑下測點(diǎn)累計(jì)氣溫更低，而位于水體旁有太陽直射的測點(diǎn)空氣溫度依然保持較高水平。表明太陽輻射水平會顯著影響局部氣溫，而園內(nèi)水體所占面積較大，可視為園內(nèi)主要的小氣候調(diào)節(jié)因素，且不同水體間距較小，均勻調(diào)節(jié)了全園氣溫，不同水體周邊空間及不臨近水體空間并未表現(xiàn)出明顯氣溫差異。

2.3 地表溫度

三個(gè)實(shí)測日中各測點(diǎn)地表溫度范圍為13.9°C～47.7°C，累積地表溫度差異相對較大（圖5），P18累積地表溫度最高，為639.2°C;A5最低，為345.6°C，二者相差293.6°C。其中明顯低于園內(nèi)累積地表溫度平均值的測點(diǎn)有G16、A12、G7、A4、G1、P13、A8、P15、A3、A5，均為地表受植物或建筑遮陰的測點(diǎn)，觀察該部分測點(diǎn)在園中的位置分布與所處空間環(huán)境并未表現(xiàn)有明顯聯(lián)系。同時(shí)，P15處太陽輻射及空氣溫度整體水平都較高，而地表溫度顯著低于大部分測點(diǎn)，表明地表溫度受空間環(huán)境影響并不顯著，主要受到達(dá)地面的太陽輻射水平的影響。

比較太陽輻射不同的相同鋪裝材質(zhì)的測點(diǎn)（圖6），其中有太陽直射、鋪裝為石材2的測點(diǎn)（P10、P13、P14、P18）地表面溫度與太陽輻射的變化規(guī)律相同，隨著時(shí)間先增大后減小;但花街鋪地2的測點(diǎn)（P15）并沒有明顯增幅，與沒有太陽直射的測點(diǎn)溫度相近，可能由于被周邊灌木叢遮擋地面。而全天沒有太陽直射、鋪裝為石材1的測點(diǎn)（G7）和花街鋪地1的測點(diǎn)（G1）地表溫度變化較小，始終維持在一個(gè)較穩(wěn)定的水平。表明石材鋪裝的地表溫度受太陽輻射的影響顯著，太陽照射越強(qiáng)溫度越高。

統(tǒng)計(jì)實(shí)測數(shù)據(jù)可以得出，各測點(diǎn)地表溫度差別較大，其中G1、A3、A4、A5、G7、A8、A12、P15測點(diǎn)在實(shí)測時(shí)間段內(nèi)地表均沒有太陽直射，數(shù)值起伏較小且十分平緩。而P6、A9、P13、P16、G17在部分有太陽直射的時(shí)間段內(nèi)地表溫度有明顯上升，其余P類有太陽直射的測點(diǎn)，地表溫度隨著時(shí)間變化先升高后逐漸降低，與該測點(diǎn)的太陽輻射值變化趨勢十分相似。其中地表溫度最大值出現(xiàn)在P14的14：30，為47.7°C，最小值出現(xiàn)在P13的8：30，數(shù)值為13.9°C，二者相差33.8°C。整體上園內(nèi)各測點(diǎn)在同一實(shí)測時(shí)間段內(nèi)地表溫度差值變化相對較小，9：00–10：00和13：00–15：00時(shí)間段內(nèi)差值相對較大，呈現(xiàn)兩個(gè)峰值。

2.4 相對濕度

3個(gè)實(shí)測日中各測點(diǎn)相對濕度范圍為26.4%～63.4%。比較同一時(shí)間段氣象站氣溫和各個(gè)測點(diǎn)氣溫平均值可以看出（圖7），兩者都隨著時(shí)間的變化逐漸降低后升高，而園內(nèi)相對濕度明顯高于氣象站相對濕度，表明園子在春季有一定的增濕效果。

統(tǒng)計(jì)得到各測點(diǎn)在實(shí)測時(shí)間段的相對濕度情況（圖8），P13的平均相對濕度最高，為45.4%;P18最低，為37.5%，二者相差7.9%。其中明顯低于園內(nèi)相對濕度平均值

的測點(diǎn)有P2、G7、P15、P6、A9、G1、P10、P18，結(jié)合各測點(diǎn)位置及周邊環(huán)境可以發(fā)現(xiàn)，雖然園內(nèi)整體濕度較高，但是不同相對濕度的測點(diǎn)在園內(nèi)的分布比較均勻，說明水面較大的小型古典園林在春季時(shí)園內(nèi)水體對濕度的調(diào)節(jié)作用在不同生境差別不明顯。統(tǒng)計(jì)得出各測點(diǎn)相對濕度變化趨勢較為一致，隨著時(shí)間變化逐漸降低，然后緩慢回升，升幅和降幅較小，且沒有明顯峰值。其中，在8：30–11：30時(shí)間段內(nèi)，各測點(diǎn)相對濕度處于較高水平，最大值出現(xiàn)在P16，數(shù)值為63.4%;在13：00–15：00時(shí)間段內(nèi)，各測點(diǎn)相對濕度處于較低水平，最小值出現(xiàn)在P15，數(shù)值為26.4%，二者相差37%。

2.5 風(fēng)速和風(fēng)向

春季園內(nèi)風(fēng)速范圍為0～1.7m/s。比較園內(nèi)測點(diǎn)平均風(fēng)速和氣象站風(fēng)速（圖9），可以看出，園內(nèi)風(fēng)速明顯小于氣象站風(fēng)速，且在氣象站風(fēng)速較大時(shí)園內(nèi)風(fēng)速較小。將各點(diǎn)測得的風(fēng)速進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（圖10），園內(nèi)平均風(fēng)速為0.30m/s，高于0.30m/s的測點(diǎn)為G17、A12、P14、P18、P11、P15、G16，主要分布在園子靠近東部近西湖一側(cè)，其風(fēng)量占全園總風(fēng)量的78.8%。

統(tǒng)計(jì)園內(nèi)測點(diǎn)風(fēng)向，其中無風(fēng)測點(diǎn)比重最大約為48%，有風(fēng)測點(diǎn)中比重較大是東風(fēng)和東北風(fēng)，兩者各占13%。3個(gè)實(shí)測日中每個(gè)測點(diǎn)的風(fēng)向測試為54次，其中有風(fēng)頻率在一半以上的測點(diǎn)有G17、P18、P14、G16、A12、P11、P15。比較這7個(gè)測點(diǎn)的風(fēng)向（圖11），其中G17、P15的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，P14、P11、P18、A12的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，均來自于西湖方向。

2.6 相關(guān)性分析

利用SPAS軟件對各氣象因子的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果顯示：空氣溫度與太陽輻射的變化呈正相關(guān)關(guān)系，其Pearson相關(guān)性系數(shù)為0.863（sig.=0.000），在0.01級別（雙側(cè)）上極強(qiáng)相關(guān);地表溫度與太陽輻射的變化呈正相關(guān)關(guān)系，其Pearson相關(guān)性系數(shù)為0.715（sig.=0.001），在0.01水平（雙側(cè)）上強(qiáng)相關(guān);空氣溫度與相對濕度的變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其Pearson相關(guān)性系數(shù)為-0.609（sig.=0.007），在0.01水平（雙側(cè)）上強(qiáng)相關(guān);地表溫度與相對濕度的變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其Pearson相關(guān)性系數(shù)為-0.657（sig.=0.003），在0.01水平（雙側(cè)）上強(qiáng)相關(guān);空氣溫度與地表溫度的變化呈正相關(guān)關(guān)系，其Pearson相關(guān)性系數(shù)為0.543（sig.=0.020），在0.05水平（雙側(cè)）上中等程度相關(guān)。進(jìn)一步證實(shí)太陽輻射顯著地影響著各項(xiàng)氣象因子。

4 結(jié)論與探討

綜合分析現(xiàn)場實(shí)測所得數(shù)據(jù)，可得出以下結(jié)論：

1）在水體、植物、建筑等園林要素及其空間布局的共同作用下，園內(nèi)小氣候得到顯著調(diào)節(jié)，使得園內(nèi)氣溫在清晨及上午高于園外、下午低于園外，相對于園外氣溫變化幅度更小，在白天時(shí)更為宜人，同時(shí)園內(nèi)相對濕度較園外更高。

2）遮陰可以有效削弱太陽輻射，對局部空間的熱環(huán)境、濕環(huán)境都有顯著的影響效果，合理利用植物、建筑遮陰可以有效調(diào)節(jié)園林空間小氣候，而相較于植物，建筑遮陰對太陽輻射的削弱作用更為顯著。

3）地表溫度主要受到達(dá)地面的太陽輻射水平影響，輻射越強(qiáng)溫度越高，而環(huán)境溫度對其影響不明顯。

4）有關(guān)研究表明，淺水域在春季小氣候效應(yīng)或不明顯，或可增溫0.2°C～0.3°C[11]，在本研究中水體所占面積比例較大，且不同水體距離較近，水體對園中各處的小氣候調(diào)節(jié)作用較為均勻，各測點(diǎn)并未因周邊水體情況在溫濕度上表現(xiàn)出較明顯差異，對于局部空間來說太陽輻射對溫濕度的影響比周邊水體情況的影響更為顯著。

5）西湖的風(fēng)島效應(yīng)[12]對園內(nèi)有明顯影響，園內(nèi)臨近西湖一側(cè)總體風(fēng)速、風(fēng)量顯著高于另一側(cè)，而風(fēng)向也多為來自西湖的方向。

通過對郭莊春季小氣候的實(shí)測研究可以發(fā)現(xiàn)，各種園林要素及其組合可以對所在區(qū)域的小氣候有顯著的調(diào)節(jié)作用，對于更小的幾米范圍內(nèi)的小型空間太陽輻射水平對其溫濕度的影響最為顯著。因此合理安排設(shè)計(jì)各園林要素所占比例及其形式、組合方式、空間布局對營造適宜的小氣候環(huán)境有重要作用，對于小尺度的活動(dòng)空間則應(yīng)根據(jù)空間功能，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)恼谑a以控制太陽輻射水平，調(diào)節(jié)局部溫濕度，為人們提供舒適宜人的活動(dòng)場所。

實(shí)測研究沒有進(jìn)行全天定點(diǎn)觀測，未能完整詳實(shí)反應(yīng)杭州郭莊小氣候因子變化狀況，同時(shí)由于室外空間中的各個(gè)園林要素難以精確把控變量，只能在總體上把握，從發(fā)展趨勢中得出結(jié)論，與理論指導(dǎo)風(fēng)景園林實(shí)際操作還有一定的距離。

致謝：感謝杭州郭莊給予支持與幫助。感謝浙江農(nóng)林大學(xué)李勝男、樓宇青、黃龍妹、張麗同學(xué)參與場地實(shí)測和相關(guān)研究工作;感謝浙江農(nóng)林大學(xué)莊曉林、段玉俠、楊小樂、彭海峰同學(xué)在研究過程中給予的幫助。

注：圖1依據(jù)參考文獻(xiàn)[10]改繪，其余圖表均為作者研究團(tuán)隊(duì)繪制。

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