城市公園小型水體夏季小氣候效應(yīng)實測分析

呂鳴楊 金荷仙 王亞男

摘要：文章以杭州太子灣公園為研究對象，根據(jù)水體、植被環(huán)境的不同選取測點18個，對其不同氣象因子進(jìn)行實測分析。研究表明，小型水體對小氣候有降溫增濕作用，部分類型水體可提高局部風(fēng)速，但其小氣候效應(yīng)易受其他景觀要素影響，有時表現(xiàn)并不明顯;湖泊的降溫增濕作用高于溪流，且更有利于提高局部風(fēng)速;喬木遮蔭可以大幅度削弱太陽輻射，降溫增濕作用顯著，但是密集的植物會阻礙空氣流通，降低局部風(fēng)速，因此，設(shè)計時應(yīng)綜合考慮多種因素，合理安排水體和植物的比例及位置，以營造更為舒適的小氣候環(huán)境。

關(guān)鍵詞：小型水體，小氣候，城市公園，夏季

DOI：10.3969/j.issn.1672-4925.2019.00.038

小氣候是指在具有相同大氣候特點的范圍內(nèi)，由于下墊面條件、地形方位等各種因素不一致而在局部地區(qū)形成的獨特氣候狀況[1]。國內(nèi)學(xué)者對不同氣候區(qū)的廣場、住區(qū)等不同場所的小氣候效應(yīng)以及地形、水體等風(fēng)景園林要素的影響進(jìn)行了大量研究。研究表明，水體對城市小氣候有顯著調(diào)節(jié)作用，大到湖泊、河流、濕地，小到池塘噴泉等都對小氣候有不同程度的影響[1]。

目前對水體的小氣候效應(yīng)研究主要包括濕地[2-4]、河流[5-6]、湖泊[7]、濱水帶[8-10]等大、中型水體的小氣候效應(yīng);在城市綠地[11-12]、廣場[13]、居住區(qū)[14]、古典園林小氣候[15-17]的研究中也會涉及到水體小氣候;針對小型水體景觀的小氣候研究比較缺乏，但是噴泉的小氣候效應(yīng)研究相對偏多[18]。目前國內(nèi)外尚無小型景觀水體的明確定義，對小型城市景觀水的范圍也沒有明確界定。一般情況下，小型城市景觀水體是指平均深度0.4-1.Om，面積不大于500m，設(shè)置于居住區(qū)、院校、公園、企業(yè)園區(qū)內(nèi)等以觀賞、休閑為主的小型水體[19]。

本研究以杭州太子灣公園為例，通過對其夏季小氣候要素進(jìn)行實測，探究自然式公園中不同形式小型水體對小氣候的影響作用，為此類型城市公園營造宜人小氣候環(huán)境設(shè)計提供理論依據(jù)。

1研究方法及場地概況

杭州太子灣公園位于杭州西湖區(qū)，總面積80.03hm，公園的地形、空間形態(tài)豐富。水系借錢塘江-西湖引水工程帶來的便利，將園內(nèi)部分水系變?yōu)閯铀坝^[20]。園中水流或湍急或平緩，水體曲折回環(huán)，聚散有致，形態(tài)各異。

1.1測試儀器與內(nèi)容

本研究使用儀器包括高精度溫濕度計（臺灣產(chǎn)衡欣AZ8706）、太陽輻射儀（臺灣產(chǎn)泰仕TES1333）、風(fēng)速風(fēng)向儀（艾測8232）、紅外測溫槍（美國產(chǎn)福祿克Fluke62MAX）;測試內(nèi)容包括各測點空氣溫度、相對濕度、太陽輻射、瞬時風(fēng)速、風(fēng)向以及下墊面表面溫度。

1.2測試方法

為排除極端天氣因素對實測數(shù)據(jù)影響，實驗選擇在晴朗少云的天氣進(jìn)行，測試日期為2018年8月5-7日共3天。實測方法為走動觀測，儀器距離地面高1.5m，測試時間為8：00-18：00，每1h觀測1次，各測試日天氣情況見表l。

1.3測試選點

除部分對照點外，本研究測試選點多臨近水體，選取測試點共18個，分別用Pl～P18表示。各測試點水體形態(tài)、面積、流速都有所不同。

2數(shù)據(jù)分析

為避免實驗結(jié)果的偶然性，將各測點3天實測數(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;為避免下墊面材質(zhì)不同的影響，將全部測點按下墊面分為5類進(jìn)行分析。

2.1草坪下墊面

草坪下墊面為P5和P7兩個測點。P5南側(cè)為靜水水體，北側(cè)有少量喬木林。兩測點在測試時間段均無遮蔭，太陽輻射變化情況基本一致（圖1）。P5和P7平均氣溫分別為36.5℃和36.9℃，P5基本全天氣溫低于P7，平均氣溫低0.4℃，且最高值出現(xiàn)時間晚3h左右（圖2）。P5和P7平均相對濕度分別為60%和58.1%，P5的相對濕度幾乎在整個測試時間段均高于P7。兩點相對濕度變化趨勢基本相同，最低值均出現(xiàn)在12：00-15：00，此時太陽輻射與空氣溫度均為最高，相對濕度與二者呈顯著負(fù)相關(guān)（圖3）。兩測點地表溫度均在12：00達(dá)最高值，P5平均地溫35.0℃，P7為36.7℃，兩點相差1.7℃（圖4）。平均風(fēng)速均為0.4m/s，無差異，P5相對于P7未表現(xiàn)出顯著提高風(fēng)速的作用，可能與水體面積較小和處于低洼地形及植物遮擋有關(guān)。

綜上所述，靜水水體對氣溫、地表都有降溫增濕作用并可有效縮短高溫時長。

2.2混凝土下墊面

混凝土下墊面為P2和P6兩個測點。P6流速、寬度大于P2，周圍喬灌草植物郁閉度較P2低。14：00之前，P6太陽輻射顯著高于P2（圖5）。由圖6，7，8可看出，14：00之后，兩測點太陽輻射情況接近，氣溫、相對濕度、地表溫度差異顯著縮小。8：00-13：00，P6平均氣溫較P2高2.0℃，平均相對濕度較P2低10.1%.平均地表溫度較P2高8.9℃。而在13：00-18：00，P6平均氣溫較P2低0.3℃，平均相對濕度較P2低1.4%，平均地表溫度較P2高1.2℃。P6風(fēng)速0.3m/s，P2為0.2m/s，這是因為P2周圍植物較密集，降低了風(fēng)速。

P2在14：00之前小氣候效應(yīng)明顯優(yōu)于P6，其原因可能是P2處于兩個較大水面之間，且兩側(cè)植物郁閉度較高，大幅度削弱了太陽輻射。P2在14：00之后植物遮蔭與P6相似，兩測點小氣候因素基本一致。由此可見，在8：00-14：00，P2的增濕降溫效果強于P6主要是因為植物的遮蔭作用，兩測點小氣候效應(yīng)差異不顯著。

2.3卵石下墊面

卵石下墊面為P3和P8兩個側(cè)點。P3水流平緩、面積較大，P8水流湍急，兩測點除在早上有短暫遮蔭外，其余時間均無遮蔭，太陽輻射情況基本一致（圖9）。P3和P8平均氣溫為35.8℃和36.1℃，兩測點全測試時間段平均氣溫接近.15：00前P8平均氣溫較P3高l℃，之后較P3低1.8℃（圖10）。P3和P8平均相對濕度分別為63.3%和64.9%，P8在15：00之后的相對濕度顯著高于P3（圖II）。P3和P8全天平均地表溫度分別為42.℃和40.2℃，P8幾乎全天低于P3，在15：00之后差值較大（圖12）。P3平均風(fēng)速為0.2m/s，P8為0.1m/s，P3的風(fēng)速高于P8是因為P3臨近開闊水面、水體面積較大[21]，且P3地形較P8平緩。

兩測點水體對小氣候整體影響差異較小，但是在15：00之后，P8表現(xiàn)出較好的小氣候效應(yīng)，可能是因為兩測點均位于水體東側(cè)，P3較為平靜的大水面對于陽光的反射更強，使之對氣溫、地表溫度的降溫作用減弱[21]，P8增加水體與空氣的接觸面積和運動速率可以加強水對空氣的降溫增濕作用[22]。測試結(jié)果表明，當(dāng)太陽輻射強烈時，小型水體中水流較湍急的溪流和平緩的開闊水面對氣溫和相對濕度的調(diào)節(jié)能力差異不大，而在下午太陽高度角較低時動態(tài)水較靜態(tài)水表現(xiàn)出更好的降溫增濕作用;同時，開闊水面有利于提高局部風(fēng)速，動態(tài)水對地表的降溫能力較強。

2.4木板下墊面

P13，P14，P15，P16，P17，P18是木板下墊面的6個測點。以P13，P14為對照點，其余測點分為兩組探究不同靜水面和不同溪流的小氣候效應(yīng)。P13在測試時間段內(nèi)全程有喬木遮蔭，太陽輻射基本在100W/m以下。P14較開敞，在10：00-13：00太陽輻射較高。

2.4.1靜水測點

靜水測點為P13，P14，P16，P18。P16靠近水面較P18小，西北側(cè)喬灌木較密集，P18僅在東南側(cè)有一株香樟。受喬木遮蔭影響，各測點太陽輻射變化波動較大，且不同步，平均值由高到低為P14，P18，P16，P13（圖13）。在8：00-10：00，各測點氣溫高低情況與太陽輻射情況類似，太陽輻射水平最高的P16氣溫最高，P13最低。15：00-18：00，P18在接受太陽輻射明顯高于其他測點時氣溫迅速下降至與其他測點相似溫度，氣溫下降差值大于其他3個測點，表現(xiàn)出較強的降溫能力（圖14）。在8：00-13：00，P13相對濕度顯著高于其他測點，P14略高于P18，P16最低。15：00-17：00，P18太陽輻射下降至其他測點相似水平，相對濕度快速上升，由最低上升為最高，而與P13、P14太陽輻射水平接近的P16，相對濕度也快速上升超過P13和P14，表現(xiàn)出較強增濕能力（圖15）。

綜上所述，靜水面對氣溫具有一定降溫增濕作用，且水面面積越大效果越顯著，但從整體看，遮蔭率高的植物降溫增濕效果更顯著（圖16）。

2.4.2溪流測點

溪流測點為P13，P14，P15，P17。P15臨近溪流較P17窄且流速慢，兩測點周圍均有豐富的植被，但遮蔭時間略有不同。在8：00-12：00，太陽輻射水平最高的P14氣溫也最高，其次為P15。P17與P13相似，略低于P13，但此時段平均氣溫卻較P13高0.4℃。在8：00-10：00，P15太陽輻射水平低于P14，氣溫略高于P14。在12：00-17：00，P15太陽輻射略低于P13，而此時段平均氣溫較P13高0.1℃（圖17）。P17受太陽輻射影響，相較于其他測點小氣候效應(yīng)不顯著。P15，P17水體對氣溫的降溫作用較植物更豐富的P13，P14弱（圖18）。

在8：00-9：30.P13的相對濕度顯著高于其他測點，P14雖然太陽輻射水平較高，相對濕度仍然高于P15，P17。在9：30-12：30，P13相對濕度最高，P17太陽輻射水平與P13接近，相對濕度低于P13;其次是P15，P14太陽輻射水平最高，濕度最低。15：00-17：00，P15太陽輻射水平最低，相對濕度最高，其他3測點相對濕度接近。以上結(jié)果說明P15和P17水體的增濕能力弱于植物豐富的P13和P14（圖19）。

綜合兩組對比數(shù)據(jù)表明：P15，P17在多個時間段的太陽輻射接近甚至小于對照點時氣溫仍高于對照點，P17在太陽輻射弱于P13時相對濕度接近甚至低于P13，P15僅在太陽輻射低于P13時相對濕度高于P13，故P15和P17兩測點降溫增濕效果不顯著。P16，P18由于遮蔭時間較短，平均氣溫較高，平均相對濕度較低，但是在下午太陽輻射下降時表現(xiàn)出較顯著的降溫增濕作用，同時還提高了局部風(fēng)速（圖20）。兩組測點地表溫度變化趨勢、平均值與太陽輻射情況相似，水體的降溫作用不顯著。P18平均風(fēng)速為0.2m/s，高于其他各測點，其次是P16，由于P16和P18均臨近較大靜水面，進(jìn)一步證實較大的靜水面更有利于提高風(fēng)速。

2.5石板下墊面

Pl，P4，P9，PlO，P11為石板下墊面各測點。Pl臨近溪流，流速、寬度均小于P4，周邊喬灌木較少，僅在上午有遮蔭。P4水面較寬闊，流速快，全天遮蔭。P1l臨近較大靜水面，周邊植物密集，全天遮蔭。P9，PlO為對照點，P9全天遮蔭，PlO基本無遮蔭。

Pl氣溫在測量時段均高于P9，在8：00-11：30，太陽輻射小于PlO，平均氣溫較PlO高0.8℃。在15：00-18：00，太陽輻射與PlO接近，平均氣溫也接近，降溫效果不明顯（圖21）。相對濕度變化與P9接近，除在10：00-15：00時PlO相對濕度大幅下降時高于PlO，其余時間接近（圖22，23）。

P4氣溫全天高于P9，僅在10：00-14：30，PlO太陽輻射大幅度高于P4時，氣溫低于P10，其余時間均高于PlO，且在12：00-18：00，太陽輻射小于Pl和Pll時，氣溫仍高于P1和Pll。相對濕度僅在10：00-13：30時高于PlO，其余時間均低于其他測點（圖22，23）。

Pll在8：00-13：00時與P9太陽輻射接近，此時段平均氣溫較P9低，0.4℃。在15：30-18：00，太陽輻射略高于P9，此時段平均氣溫較P9低0.7℃，平均相對濕度較P9高0.6%。全天僅在14：00-15：00太陽輻射高峰時氣溫高于、濕度低于其他測點，降溫增濕作用顯著。

上述各測點地表溫度變化趨勢與太陽輻射情況相似，水體的降溫作用不顯著（圖24）。平均風(fēng)速各測點差異不大，P4為本組最高，Pll最小。Pll雖然水面面積較大且水面平靜，但周圍植被空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于空氣流通，使風(fēng)速下降。綜合來看，Pl，P4和Pl1是臨近水體的3個測點，其降溫增濕最顯著的是Pll，其次是Pl，最后為P4。

3結(jié)論與討論

1）小型水體具有降溫增濕、提高風(fēng)速的小氣候效應(yīng)。一般來講動態(tài)水降溫增濕作用強于靜態(tài)水，水體面積越大降溫增濕、提高風(fēng)速作用越強，但是小型水體因為體量較小，其小氣候效應(yīng)更容易受下墊面材質(zhì)、空間開敞程度、周圍植物綠量、太陽照射角度、有無遮蔭地形等其他因素影響而與一般規(guī)律不符;當(dāng)夏季太陽輻射強烈時，不同類型水體小氣候效應(yīng)差異很小。因此實際操作中需綜合考慮多種因素，單純依靠水體自身的調(diào)節(jié)能力實際效果可能并不理想。

2）小型水體湖泊的降溫增濕作用強于溪流。這可能是因為溪流的水體面積小于湖泊，而溪流的流速優(yōu)勢難以彌補這種面積差距產(chǎn)生的劣勢。

3）水體有加快局部風(fēng)速的作用，湖泊較溪流更強，水面越大風(fēng)速越大;但同時周邊環(huán)境也會顯著影響局部風(fēng)速，地形越平坦、越開闊，越有利于局部風(fēng)速的提高。植物雖然可以提高降溫增濕效果，但是會減弱風(fēng)速，因此，在設(shè)計時應(yīng)合理安排水體和植物的比例及位置。

4）雖然水體對小氣候有一定的調(diào)節(jié)作用，但整體看來，水體的降溫增濕作用不如植物顯著，如喬木遮蔭大幅削弱了太陽輻射強度。因此，增加喬木覆蓋，水體和植物結(jié)合降溫增濕作用更顯著。

本研究結(jié)論是在對杭州地區(qū)城市公園的實測基礎(chǔ)上得出的，杭州屬于夏熱冬冷地區(qū)，夏季炎熱濕潤，而小氣候的變化會受到大氣候環(huán)境的影響，因此本結(jié)論不一定適用于其他氣候差異較大的地區(qū)。同時，本研究是以小型水體為研究對象，所得結(jié)論對如何合理設(shè)計城市公園、綠地中的水體景觀以及如何與其他園林要素結(jié)合以營造宜人小氣候環(huán)境、創(chuàng)造舒適的活動空間有一定指導(dǎo)作用，但不一定適用于城市規(guī)劃層面大型水體的規(guī)劃設(shè)計。

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收稿日期：2018-11-10

*基金項目：國家自然科學(xué)基金重點項目“城市宜居環(huán)境風(fēng)景園林小氣候適應(yīng)性設(shè)計理論和方法研究”（51338007），浙江農(nóng)林大學(xué)“校發(fā)展基金人才啟動”項目（2014FR080）

第一作者：呂鳴楊（1994-），男，學(xué)士，研究方向為城市小氣候。E-mail.1039307353@qq.com

通信作者：金荷仙（1964-），女，博士，教授，研究方向為風(fēng)景園林歷史與理論、康復(fù)花園研究與實踐、植物景觀規(guī)劃設(shè)計、寺觀園林等。E-mail：lotusjhx@zafu.edu.cn