高校校園綠地秋季小氣候效應(yīng)人體舒適度感知研究

[摘 要] 校園環(huán)境的舒適性與校園師生的快樂(lè)學(xué)習(xí)和生活有著密切關(guān)系。為了探究不同類型校園綠地所產(chǎn)生的小氣候效應(yīng)對(duì)人體舒適度的影響，本文以福建農(nóng)林大學(xué)金山校區(qū)為例，選取校園內(nèi)具有代表性的濱水及平地2種綠地空間類型，于2017年10月23—25日進(jìn)行為期3 d的小氣候數(shù)據(jù)收集、分析，并運(yùn)用THI溫濕指數(shù)獲得人體感知的舒適程度，以探索不同空間的植物配置及其在水體、尺度等外界因素的影響下與校園小氣候舒適度營(yíng)造之間的邏輯關(guān)系。研究表明，校園綠地相對(duì)于校外實(shí)驗(yàn)區(qū)有著顯著的降溫增濕效應(yīng)，不同結(jié)構(gòu)與尺度的校園綠地空間對(duì)該地的溫濕度及人體舒適度會(huì)產(chǎn)生顯著影響，且不同因素影響下校園綠地空間類型有著明顯的保溫增濕作用。最后基于研究結(jié)論提出適應(yīng)風(fēng)景園林小氣候舒適性的校園綠地空間設(shè)計(jì)策略。

[關(guān)鍵詞] 高校;校園綠地;小氣候效應(yīng);人體舒適度

[中圖分類號(hào)] TU985.12 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-7909（2019）22-59-6

園林綠地作為城市系統(tǒng)中的自然生產(chǎn)力主體，在改善空氣質(zhì)量、調(diào)節(jié)局部小氣候方面發(fā)揮著一定的作用[1-2]。校園綠地不但擔(dān)負(fù)著保護(hù)和改善學(xué)校生態(tài)環(huán)境的功能，而且能綠化和美化校園環(huán)境，給師生提供一個(gè)舒適、休閑的活動(dòng)空間[3]。然而，如何實(shí)現(xiàn)校園綠地生態(tài)效益和服務(wù)功能最大化，使其改善校園小氣候，提高校園環(huán)境的舒適性，具有重要意義[4]。近年來(lái)，有關(guān)學(xué)者對(duì)城市綠地的生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行了研究。馮悅怡等在夏季高溫季節(jié)對(duì)不同類型綠地進(jìn)行了研究，結(jié)果表明各類綠地對(duì)人體舒適性均有一定的改善作用，改善程度上呈半天然喬灌草>人工喬草>人工喬草>人工草坪的趨勢(shì)[5]。胡秀麗等研究了綠化對(duì)校園小氣候的影響，結(jié)果表明校園中栽植的樹(shù)木、花草在小區(qū)域范圍內(nèi)有著顯著的降溫、增濕、防風(fēng)效應(yīng)，證實(shí)了綠化能起到改善環(huán)境的作用[6]。

然而，以往研究多側(cè)重于夏季高溫綠地的降溫增濕效應(yīng)，而關(guān)于校園秋季小氣候效應(yīng)的研究則缺乏相關(guān)的理論貢獻(xiàn)。因此，本文以福建農(nóng)林大學(xué)校園內(nèi)幾處具有代表性的綠地為例，以人體舒適度感知為指標(biāo)，定量分析秋季校園不同綠地類型對(duì)校園小氣候的改善作用，為之后建設(shè)更舒適的校園環(huán)境提供科學(xué)參考。

1 試驗(yàn)樣地與研究方法

1.1 樣地選擇

本試驗(yàn)選擇享有“全國(guó)生態(tài)文明教育基地”美譽(yù)的福建農(nóng)林大學(xué)金山校區(qū)為研究地，以不同類型的綠地為例，選取校園內(nèi)具有代表性的平地及濱水2種綠地空間類型，分別為校內(nèi)中華園景觀和觀音湖濱水景觀。在2種類型綠地中分別對(duì)小氣候影響變量中的地表溫度、空氣溫度、相對(duì)濕度及風(fēng)速進(jìn)行實(shí)測(cè)記錄。

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容與方法

試驗(yàn)時(shí)間為秋季氣候較為明顯的2017年10月23—25日，對(duì)樣地進(jìn)行溫濕度及風(fēng)速的測(cè)量，每天07：00測(cè)量溫濕度及風(fēng)速，每2 h測(cè)一次。試驗(yàn)期間參照的福州市氣象參數(shù)由福州市氣象站自動(dòng)測(cè)量。測(cè)量?jī)x器采用臺(tái)灣生產(chǎn)的Lutron LM-8000，具備記錄功能。溫度測(cè)定范圍為-100～1 300 ℃，精度為0.1 ℃;相對(duì)濕度測(cè)定范圍為10%～95%，當(dāng)相對(duì)濕度<70%RH時(shí)，其精度為±4%RH;當(dāng)相對(duì)濕度≥70%RH時(shí)，則精度為±（4%rdg+1.2%RH）。風(fēng)速的測(cè)定范圍為0.4～30.0 m/s，風(fēng)速≤20 m/s，精度為±3%F.S;風(fēng)速>20 m/s時(shí)，則精度為±4%F.S。儀器設(shè)置在人體對(duì)溫、濕度最敏感的1.5 m處。對(duì)所得數(shù)據(jù)采用Excel 2013軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.3 人體舒適度研究方法

人體舒適度指數(shù)是從氣象角度評(píng)價(jià)不同氣候條件下的人體舒適感，根據(jù)人類機(jī)體與大氣環(huán)境之間的熱交換而制定的生物氣象指標(biāo)[7]。影響人對(duì)熱環(huán)境感受的因素很多，除了生理因素，還包括溫度、濕度、風(fēng)、太陽(yáng)輻射和氣壓等氣象因素[5]。國(guó)內(nèi)外許多研究表明，溫度、濕度及風(fēng)速是影響人體舒適度的重要因子。關(guān)于人體舒適度的預(yù)報(bào)公式有很多，本文采用人居環(huán)境氣候舒適度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)（GB/T 27963—2011），其等級(jí)劃分是按照中國(guó)氣象局規(guī)定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表1。溫濕指數(shù)計(jì)算公式如下：

式（1）中，I表示溫濕指數(shù)，保留一位小數(shù);T表示某一評(píng)價(jià)時(shí)段平均溫度，單位為℃;RH表示某一評(píng)價(jià)時(shí)段平均空氣相對(duì)濕度，單位為%。

2 平地景觀對(duì)小氣候效應(yīng)影響研究

2.1 觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置及其環(huán)境特征

為研究各小氣候要素變化與植物空間形態(tài)、植物郁閉度的關(guān)系，本試驗(yàn)以福建農(nóng)林大學(xué)中華名特植物園為研究對(duì)象。中華名特植物園位于福建農(nóng)林大學(xué)校本部中華廣場(chǎng)中央，占地面積約7萬(wàn)m2。整體為平地空間，最大高差僅1.5 m。在園內(nèi)植物空間及下墊面選取特征點(diǎn)處布置測(cè)點(diǎn)，中華園供試點(diǎn)綠地基本信息如表2所示。

2.2 結(jié)果與分析

2.2.1 植被空間結(jié)構(gòu)對(duì)小氣候及人體舒適度的影響

2.2.1.1 溫度日變化影響。3種不同植物空間結(jié)構(gòu)氣溫日變化特征基本一致，呈先上升后下降的倒“V”型單峰值變化，最高溫出現(xiàn)在13：00—15：00。在最高溫度的時(shí)刻呈現(xiàn)P2（水泥地）>P4（草地）>P6（喬草）>P9（喬灌草）的溫度順序;在07：00—09：00、09：00—11：00及19：00—21：00這3個(gè)時(shí)間段，各樣地的空氣溫度呈P9>P6>P4>P2，其他時(shí)間段，不同類型樣地的內(nèi)部環(huán)境溫度順序則與之相反。

2.2.1.2 濕度日變化影響。3種不同植物空間結(jié)構(gòu)的相對(duì)濕度變化特征基本一致，與溫度變化相反，呈下降后上升的“V”型連續(xù)變化。盡管通過(guò)數(shù)據(jù)整理分析可以看出相對(duì)濕度的變化在很大程度上與溫度變化有關(guān)，然而其變化也與風(fēng)速有著密切的關(guān)系。由溫度表可知，溫度在13：00—15：00為最高值，一般其相對(duì)濕度應(yīng)在13：00—15：00出現(xiàn)最小值，然而在13：00—15：00各樣地均具有風(fēng)速，因此相對(duì)濕度的最小值出現(xiàn)在11：00—13：00，最小相對(duì)濕度表現(xiàn)為喬灌草>喬草>草地>水泥地。即使不同植物空間的綠地在秋季所呈現(xiàn)的增濕效應(yīng)較為不明顯，但對(duì)于水泥地均表現(xiàn)出相應(yīng)的增濕效應(yīng)。

2.2.1.3 舒適度日變化影響。將測(cè)點(diǎn)P2、P4、P6、P9的3 d平均舒適度進(jìn)行比較可知，測(cè)點(diǎn)P9（喬灌草）>P6（喬草）>P4（草地）>P2（水泥地）。結(jié)果表明植被空間越復(fù)雜，其舒適度的值越接近最適舒適度的值。

2.2.2 喬木郁閉度對(duì)小氣候及舒適度的影響。喬木的郁閉度在一定程度上會(huì)影響所在空間的空氣溫度。在秋季，植物的小氣候效應(yīng)表現(xiàn)在保溫、增濕、減緩溫度變化方面。

2.2.2.1 溫度日變化影響。紫葉李在達(dá)到一天最高氣溫前，其升溫速率高于榔榆。紫葉李一天中最高氣溫為30.55 ℃，比榔榆高0.55 ℃，對(duì)比榔榆，紫葉李空間執(zhí)行著保溫和減緩溫度變化的職能。因此，在一定范圍內(nèi)，秋季喬木的郁閉度越高，其保溫效果越明顯。

2.2.2.2 濕度日變化影響。紫葉李濕度下降的速率高于榔榆，全天溫度最高時(shí)段榔榆濕度達(dá)到一天最低。然而結(jié)合風(fēng)速圖可知，此時(shí)在其測(cè)量空間具有風(fēng)速，所以出現(xiàn)榔榆濕度高于紫葉李的現(xiàn)象。因此，在一定范圍內(nèi)，喬木郁閉度越高，其增濕效果越明顯，其濕度與溫度、風(fēng)速有著密切的關(guān)系。

2.2.2.3 地表溫度日變化影響。榔榆地表溫度提升速率高于紫葉李，全天溫度最高時(shí)段紫葉李達(dá)23.7 ℃，而此時(shí)榔榆最高溫度為23.0 ℃，兩者相差0.7 ℃。對(duì)比榔榆，紫葉李的空間呈現(xiàn)出保溫效果。因此，在一定范圍內(nèi)，提高喬木的郁閉度，可以降低地表溫度的變化速率，還表現(xiàn)出保溫作用。

2.2.2.4 舒適度日變化影響。將測(cè)點(diǎn)P7、P8的3 d平均舒適度進(jìn)行比較可知，測(cè)點(diǎn)P7（紫葉李）>P8（榔榆）。結(jié)果表明植被空間郁閉度越高，其舒適度的值越接近最適舒適度的值。

3 濱水景觀對(duì)小氣候效應(yīng)的影響

3.1 觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置及其環(huán)境特征

為了解各小氣候要素變化與校園濱水綠道空間形態(tài)間的關(guān)系，本試驗(yàn)以福建農(nóng)林大學(xué)觀音湖景觀為研究對(duì)象。觀音湖是福建農(nóng)林大學(xué)校園內(nèi)最大的湖塘，位于校園北區(qū)。觀音湖的平面形狀為較正規(guī)的長(zhǎng)方形，其改造前的水域面積為7 hm2，統(tǒng)計(jì)范圍為15 m×15 m。在觀音湖綠道選擇特征點(diǎn)測(cè)量，觀音湖供試點(diǎn)綠地基本信息如表3所示。

3.2 結(jié)果與分析

3.2.1 溫度日變化影響。一是不同方位植物空間溫度日變化。無(wú)論封閉的植物空間、水封路開(kāi)還是兩邊開(kāi)敞的植物空間，相對(duì)東西走向的植物空間，南北走向較早達(dá)到一天中最高溫度，且南北走向的最高溫度均低于東西走向的最高溫度。這是由于南北走向的植物空間東側(cè)具有建筑，早上比東西走向植物空間較晚接受到太陽(yáng)，一天中受到太陽(yáng)輻射少于東西走向的植物空間。

二是同一方位的植物空間溫度變化。無(wú)論在東西走向還是南北走向，均呈現(xiàn)出兩開(kāi)植物空間>水封路開(kāi)植物空間>兩閉植物空間。因此，在秋季濱水植物空間，兩閉的植物空間在三者空間類型中保溫效果最明顯，其次是水封路開(kāi)，最差為兩開(kāi)的植物空間。南北走向植物空間最高溫度比東西走向植物空間最高溫度出現(xiàn)的早，為11：00—13：00，而東西走向植物空間最高溫度出現(xiàn)在13：00—15：00。這是由于南北向受光時(shí)間短，接受到的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度不同。

3.2.2 濕度日變化影響。一是不同方位的植物空間濕度變化。無(wú)論封閉的植物空間、水封路開(kāi)還是兩邊開(kāi)敞的植物空間，相對(duì)東西走向的植物空間，南北走向植物空間的空氣濕度下降速率較快，但其相對(duì)濕度仍大于東西走向植物空間的空氣相對(duì)濕度。這是由于南北走向上的植物空間東側(cè)具有建筑，早上比東西走向植物空間較晚接受到光照，一天中接受到的太陽(yáng)輻射少于東西走向的植物空間。17：00—19：00以后，其相對(duì)濕度變化則相反，這與東西走向植物空間所處位置有關(guān)，其位于操場(chǎng)旁，具有周邊硬質(zhì)化率高、人流量大（此時(shí)有許多同學(xué)去操場(chǎng)鍛煉）等特點(diǎn)。

二是同一方位植物空間濕度變化。無(wú)論在東西走向還是南北走向，相對(duì)濕度值均呈現(xiàn)出兩開(kāi)植物空間<水封路開(kāi)植物空間<兩閉植物空間。因此，在秋季濱水植物空間，兩閉的植物空間在三者空間類型中保濕效果最明顯，其次是水封路開(kāi)，最差為兩開(kāi)的植物空間。南北走向植物空間最低濕度比東西走向植物空間最低濕度出現(xiàn)得早，為11：00—13：00，而東西走向植物空間最濕度出現(xiàn)在13：00—15：00。這說(shuō)明相對(duì)濕度與溫度具有一定的關(guān)系。

3.2.3 地表溫度日變化影響。無(wú)論在南北走向還是東西走向，3中植物空間類型的地表溫度均呈現(xiàn)出石板溫度>路邊草地>水邊草地。石板路呈現(xiàn)出升溫速率快，降得也快，由于水邊草地含水分與路邊草地不同，因此在溫度上存在差異。

在同一方位上，由于植物空間類型不同其石板地溫呈現(xiàn)出兩開(kāi)>水封路開(kāi)>封閉。結(jié)果表明，植物空間類型對(duì)地溫有直接的影響，在一定程度上，植物空間越封閉，在地上的陰影程度越重，對(duì)下降地表溫度的效果越明顯。

同一植物空間類型在不同方位上，其石板的地表溫度呈東西>南北。結(jié)果表明，接受光照程度越高、時(shí)間越久的方位，對(duì)提升地表溫度的效果越明顯（在秋季太陽(yáng)為東南方向）。

3.2.4 人體舒適度日變化影響。同一走向上，其舒適度均呈水封路開(kāi)>兩閉>兩開(kāi)。而且南北走向的植物空間比東西走向舒適度高。結(jié)果表明，可以適當(dāng)增加植物空間的郁閉度來(lái)提高人體的舒適度;在秋冬季節(jié)濱水步道的方位選擇與冬季主導(dǎo)風(fēng)相垂直可以達(dá)到保溫效果。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

通過(guò)對(duì)福建農(nóng)林大學(xué)金山校區(qū)平地植物景觀（中華植物園）不同植物空間類型的小氣候要素進(jìn)行對(duì)比觀測(cè)，從整體上來(lái)看，喬灌草的保濕增溫效果最明顯，喬草次之，純草坪最差。在一定范圍內(nèi)增加喬木的郁閉度，其保濕增溫的效果越明顯。通過(guò)對(duì)福建農(nóng)林大學(xué)金山校區(qū)濱水植物景觀（觀音湖）不同植物空間類型以及不同方位的小氣候要素進(jìn)行對(duì)比觀測(cè)，從整體上來(lái)看，兩閉空間的保溫增濕效果最明顯，一封一閉次之，純開(kāi)放最差。

4.2 建議

秋冬季節(jié)在進(jìn)行校園平地景觀綠化建設(shè)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮喬灌草的植物空間結(jié)構(gòu)，這種植物空間類型可以有效減緩溫度變化的速率，起到保溫增濕的作用，還可以吸收較多的二氧化碳，釋放氧氣，給師生提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，提高人體舒適度。此外，在一定范圍內(nèi)，增加喬木的郁閉度可以達(dá)到保溫增濕的效果。

秋冬季節(jié)在進(jìn)行校園濱水綠化建設(shè)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮一封一閉的植物空間結(jié)構(gòu)，這種空間植物空間類型不但可以起到有效的保溫增濕作用，還可以提高視覺(jué)景觀，提高人體舒適度。此外，從不同方位來(lái)看，東西走向的保溫增濕效果高于南北走向。因此，在秋冬季節(jié)，要考慮與秋冬季主導(dǎo)風(fēng)垂直的步道能有效阻擋風(fēng)速，達(dá)到降溫的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]祝寧，李敏，柴一新.哈爾濱市綠地系統(tǒng)生態(tài)功能分析[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2002（9）：1117-1120.

[2]Oliveira S，Andrade H，Vaz T. The cooling effect of green spaces as a contribution to the mitigation of urban heat：a case study in Lisbon[J].Building amp; Environment，2011（11）：2186-2194.

[3]王穎，車紫薇，馮力，等.大學(xué)校園不同綠地類型的小氣候特征[J].現(xiàn)代園藝，2014（1）：10-13.

[4]李帥，敬鑫，于海漪.北方工業(yè)大學(xué)校園微氣候測(cè)試與分析[J].華中建筑，2010（12）：812-818.

[5]馮悅怡，李恩敬，張力小.校園綠地夏季小氣候效應(yīng)分析[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014（5）：812-818.

[6]胡秀麗，鄭海霞，毛訓(xùn)甲，等.綠化對(duì)校園小氣候影響的初步研究[J].河南林業(yè)科技，2002（2）：21-24.

[7]雷桂蓮，喻迎春，劉志萍，等.南昌市人體舒適度指數(shù)預(yù)報(bào)[J].江西氣象科技，1999（2）：40-41.