城市公園游人行為與植物群落微氣候調(diào)節(jié)效應(yīng)適應(yīng)性研究

周鑫鑫 ，郭 超

(浙江農(nóng)林大學(xué)暨陽(yáng)學(xué)院，浙江 諸暨 311800)

1 引言

在全球氣候變化和城市化的大背景下，城市公園綠地被認(rèn)為是緩解城市熱島效應(yīng)的有效途徑之一。因此，如何合理規(guī)劃城市公園綠地公共空間、提升游人舒適感受，越來(lái)越受到研究者的重視。本文通過(guò)探尋城市公園綠地植被群落微氣候物理環(huán)境、使用者舒適度與游人行為活動(dòng)規(guī)律之間的聯(lián)動(dòng)機(jī)制，利用植物群落微氣候調(diào)節(jié)效應(yīng)，提出氣候適應(yīng)性的游人活動(dòng)空間設(shè)計(jì)策略，以此反推在城市不同場(chǎng)地創(chuàng)建適宜小氣候環(huán)境的設(shè)計(jì)方法，以期在提高人體舒適度的同時(shí)提升公園的日常使用率，從而更好地發(fā)揮城市綠地對(duì)城市熱島效應(yīng)的緩解作用，努力為氣候改善做出貢獻(xiàn)。

2 研究方法及內(nèi)容

2.1 研究場(chǎng)地

諸暨市體育公園位于東江橋西側(cè)，東接內(nèi)環(huán)線，西接永昌橋，東西跨度為543 m，南北跨度為360 m，公園總面積約9.23萬(wàn)m2，綠地面積5.87萬(wàn)m2。

本次實(shí)驗(yàn)選取諸暨市體育公園內(nèi)，具有不同的空間形態(tài)的三塊樣地，具體分布如圖1，各樣地具體信息見(jiàn)表1。

圖1 諸暨市體育公園平面圖

表1 樣地基本信息

2.2 研究方法

2.2.1 實(shí)驗(yàn)時(shí)間

本實(shí)驗(yàn)分別在2019年8月21日、22日、24日(因8月23日12：00后下雨，當(dāng)天數(shù)據(jù)無(wú)效，在24日補(bǔ)測(cè)1 d)以及2019年12月7日、8日、9日分別連續(xù)3 d進(jìn)行觀測(cè)。夏冬兩季的觀測(cè)日的諸暨市氣象信息分別如下：夏季，天氣晴朗，氣溫25～35 ℃，相對(duì)濕度0.72%～0.91%，風(fēng)力1級(jí)；冬季，天氣晴朗，氣溫1～9 ℃，相對(duì)濕度74%～82%，風(fēng)力1～2級(jí)。每天觀測(cè)時(shí)段為8：00～18：00，每10 min記錄1次。與此同時(shí)，實(shí)時(shí)記錄各時(shí)間段3塊樣地內(nèi)游人的活動(dòng)情況。

2.2.2 實(shí)地小氣候監(jiān)測(cè)

在夏季和冬季，分別選擇大氣候條件穩(wěn)定的連續(xù)3 d，對(duì)選定的3塊樣地進(jìn)行多次實(shí)地小氣候數(shù)據(jù)采集。測(cè)量高度距離地面1.5m，觀測(cè)參數(shù)包括空氣溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)向和風(fēng)速。

2.2.3 游人舒適度及行為觀測(cè)

(1)溫濕指數(shù)：THI=T-0.55(1-RH)×(T-14.4)

(1)

式(1)中：THI為溫濕指數(shù)；T為環(huán)境空氣溫度(℃)；RH為空氣相對(duì)濕度(%)。

(2)游人行為觀測(cè)。在每個(gè)觀測(cè)樣地，用行為觀察法[1]通過(guò)記錄觀察記錄表、拍照攝像等方式，記錄在各時(shí)間段內(nèi)，3個(gè)樣地空間環(huán)境中游人的行為模式及特征。

2.3 實(shí)驗(yàn)儀器

美國(guó)產(chǎn)小型氣象站W(wǎng)atchdog。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 小氣候要素監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

將夏季和冬季各3 d觀測(cè)日，3塊樣地每間隔10 min測(cè)得1次的熱環(huán)境值(空氣溫度)、濕環(huán)境值(相對(duì)濕度)及風(fēng)環(huán)境值(風(fēng)速及風(fēng)向)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均處理，獲得各類(lèi)數(shù)值每小時(shí)的算數(shù)平均值，結(jié)合3塊樣地的物理空間特征進(jìn)行分析，結(jié)果如下(以下表述中，開(kāi)放空間、半開(kāi)放空間、封閉空間分別用A、B、C代替)。

3.1.1 熱環(huán)境分析

氣溫是表示空氣冷熱程度的物理量，也是決定天氣變化的主要因子[2]。通過(guò)分析夏冬兩季的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

(1) 空氣溫度主要受太陽(yáng)輻射的影響。圖2與圖3顯示，三塊樣地的溫度變化趨勢(shì)大致相同，均呈先升高再降低的趨勢(shì)，并在13:30～14:00時(shí)達(dá)到最大值，與1 d中太陽(yáng)輻射變化情況吻合。

(2)下墊面也會(huì)影響溫度變化，草地比硬質(zhì)鋪裝有更好升溫和降溫作用。圖2和圖3的8:30～10:00和15:00～18:00時(shí)段中，B的溫度明顯低于A且B溫度變化速率都大于A。這是因?yàn)锽的下墊面為草地空間，A的下墊面為硬質(zhì)鋪裝。在8:30～10:00，環(huán)境溫度逐漸升高，草地空間植物蒸騰作用不斷增強(qiáng)，蒸騰作用屬散熱，幫助B加快升溫速率；而在15:00～18:00，環(huán)境溫度大幅降低，植物蒸騰作用大大減弱，加上A下墊面為硬質(zhì)水泥地對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收率與發(fā)射率之比大于B草地，進(jìn)一步阻礙了A溫度的降低。這也是在夏季(8:00～8:30)以及冬季(8:00～11:00和16:30～18:00)，B溫度甚至?xí)陀贑的原因所在。

圖2 夏季3 d平均氣溫

圖3 冬季3 d平均氣溫

(3)郁閉度是影響空間溫度的一個(gè)因素，郁閉度高的空間溫差變化更小且溫度處于一個(gè)相對(duì)較低范圍。最高溫度情況：夏季：B(41.68 ℃)>A(41.42 ℃)>C(35.97 ℃)；冬季：B(17.49 ℃)>A(16.90 ℃)>C(14.27 ℃)。最大溫差情況：夏季：B(12.07 ℃)>A(9.33 ℃)>C(5.86 ℃)；冬季：B(14.97 ℃)>A(12.98 ℃)>C(10.76 ℃)；除早晨外的其他時(shí)間段以及冬季太陽(yáng)輻射最強(qiáng)的時(shí)間段(11:00～15:00)，C的溫度值大大低于B和A。因?yàn)镃郁閉度高，高大茂密的喬木冠層遮擋了大部分的太陽(yáng)輻射，從而導(dǎo)致C的溫差較小，溫度較低。

3.1.2 濕環(huán)境分析

空氣相對(duì)濕度是指空氣中水汽壓與相同溫度下飽和水汽壓的百分比，通常是用來(lái)表示空氣中水汽含量的一個(gè)物理量。對(duì)熱感覺(jué)、熱可接受度、熱舒適和悶熱感等人體熱反應(yīng)有顯著的影響[3]。通過(guò)分析夏冬兩季的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

(1)相對(duì)濕度與太陽(yáng)輻射成負(fù)相關(guān)。圖4、圖5顯示，夏冬兩季，3塊樣地相對(duì)濕度變化都呈先降低在升高的趨勢(shì)，且最大值都出現(xiàn)在測(cè)量時(shí)間段內(nèi)太陽(yáng)輻射最弱的時(shí)間點(diǎn)(8:00)，最小值都出現(xiàn)在太陽(yáng)輻射最強(qiáng)的時(shí)間段(13:30～14:30)內(nèi)。

圖4 夏季3 d平均相對(duì)濕度

圖5 冬季3 d平均相對(duì)濕度

(2)草本植物和水體會(huì)發(fā)生蒸騰作用，因而具有一定的保濕作用。圖4顯示，夏季B的相對(duì)濕度高于A。冬季則因?yàn)锽的下墊面為草本植物，會(huì)出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象且冬季風(fēng)速較大，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成一定影響。

(3)高郁閉度的空間因喬木樹(shù)冠的蒸騰作用，具有顯著的保濕作用。相對(duì)濕度差：夏季：B(32.03%)>A(30.18%)>C(24.41%)；冬季：B(54.60%)>A(47.20%)>C(46.00%)。由此可見(jiàn)，在夏冬兩季的日變化中，C的相對(duì)濕度變化都最小且數(shù)值較高。

3.1.3 風(fēng)環(huán)境分析

風(fēng)是由空氣流動(dòng)引起的一種自然現(xiàn)象，一般是由太陽(yáng)輻射熱引起的。結(jié)合各樣地的植物群落結(jié)構(gòu)以及空間郁閉度等因素綜合分析，可以得出以下結(jié)論。

(1)灌木和小喬木相較于高大喬木對(duì)風(fēng)的阻礙更明顯。夏季，諸暨城市主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，B的東北側(cè)有數(shù)量不少的灌木種植，C則是種植枝下高很高的大喬木——馬尾松。圖6顯示，絕大部分時(shí)間，B的風(fēng)速都低于C和A。可見(jiàn)，對(duì)于距離地面1.5 m的測(cè)量點(diǎn)而言，灌木對(duì)風(fēng)的阻礙效果明顯高于高大喬木。

圖6 夏季3 d平均風(fēng)速

(2)郁閉度對(duì)風(fēng)也有一定影響，郁閉度高的空間，風(fēng)速相對(duì)較低。圖7顯示，相同時(shí)間段，C風(fēng)速都低于A。

圖7 冬季3 d平均風(fēng)速

3.2 游人舒適度及行為觀測(cè)分析

3.2.1 溫濕指數(shù)

溫濕指數(shù)(THI)即人體舒適度指數(shù)，是日常生活中較為常用的表征人體舒適度的方法。人體舒適度正是以人類(lèi)機(jī)體與近地大氣之間的熱交換原理為基礎(chǔ)，從氣象學(xué)角度評(píng)價(jià)人類(lèi)在不同天氣條件下舒適感的一項(xiàng)生物氣象指標(biāo)，其在城市環(huán)境氣象服務(wù)中具有重要地位[4]。通過(guò)分析夏冬兩季各個(gè)樣地的THI變化曲線，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

(1)高郁閉度有助于降低THI。圖8、圖9均顯示，8:00各樣地的THI最低，隨著太陽(yáng)輻射的增強(qiáng)，各樣地THI飛速上升并在13:00～14:00達(dá)到最大值。尤其是在夏季，高郁閉度的C的THI值遠(yuǎn)小于A和B。冬季，太陽(yáng)輻射較強(qiáng)的時(shí)間段，C的THI值也小于A和B。結(jié)合溫度和濕度的變化情況可知：高郁閉度對(duì)THI有一定的調(diào)節(jié)作用，可使其處于相對(duì)較舒適的范圍。

圖8 夏季溫濕指數(shù)

圖9 冬季溫濕指數(shù)

(2)降溫、増濕效果越好不等于對(duì)人體舒適度調(diào)節(jié)越好。結(jié)合溫度、濕度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，B草地下墊面相對(duì)于A鋪裝下墊面具有較好的降溫以及増濕的效果。但圖8顯示，B在夏季太陽(yáng)輻射較強(qiáng)的時(shí)間段(10:00～15:00)的THI明顯高于A。

3.2.2 游人行為與溫濕指數(shù)的相關(guān)性分析

將夏季兩個(gè)舒適度區(qū)間內(nèi)各樣地上開(kāi)展不同活動(dòng)的游人情況加以統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表2。結(jié)合游人行為觀測(cè)結(jié)果以及溫濕指數(shù)情況綜合分析，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

表2 夏季兩個(gè)舒適度區(qū)間各樣地游人情況統(tǒng)計(jì)

(1)在一定程度上，溫濕指數(shù)和游人總數(shù)成反比。夏季，場(chǎng)地內(nèi)有大量游人的情況下都發(fā)生在THI<30.20的情況下；當(dāng)30.20

(2)游人不同行為對(duì)氣候舒適度敏感度不同。當(dāng)THI<30.20時(shí)，人體舒適度較高，場(chǎng)地內(nèi)選擇站著、樂(lè)器練習(xí)、打太極、廣場(chǎng)舞等需要停留的運(yùn)動(dòng)以及邊走邊聊邊觀賞、遛狗、散步、跑步等未停留類(lèi)運(yùn)動(dòng)的游人比例遠(yuǎn)大于30.20≤THI≤32.10時(shí)的比例，可見(jiàn)，以上幾種是對(duì)小氣候舒適性最敏感的行為；嬉戲和樂(lè)器練習(xí)在兩區(qū)間的比例相近，對(duì)小氣候舒適度不甚敏感；拍照和騎行(經(jīng)過(guò))兩種行為在30.20≤THI≤32.10區(qū)間的比例明顯大于THI<30.20，對(duì)舒適度最不敏感。坐憩行為雖然在30.20≤THI≤32.10區(qū)間所占比例較高，但因其會(huì)伴隨著對(duì)舒適度不甚敏感的嬉戲和樂(lè)器練習(xí)行為同時(shí)發(fā)生。并且實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)：獨(dú)立的坐憩行為常發(fā)生于可遮蔭的亭廊或座椅上，且進(jìn)行時(shí)間較短。綜合分析可以得出，坐憩行為對(duì)小氣候舒適度較為敏感。

4 改善策略

通過(guò)比較空氣溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速等小氣候因子對(duì)人體熱舒適度的影響差異，結(jié)合溫濕指數(shù)以及游人行為觀測(cè)結(jié)果，總結(jié)分析后，提出以下幾點(diǎn)改善策略。

(1)休憩空間合理栽植落葉喬木或增設(shè)景觀遮蔭小品，保證夏季較涼爽，冬季不過(guò)冷，改善熱環(huán)境。溫度較高的時(shí)間段，人們都會(huì)選擇遮蔭、涼爽的空間休憩，且坐憩行為對(duì)小氣候舒適度較為敏感。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：封閉空間雖然在夏季溫度較低，感覺(jué)較舒適，但是因其場(chǎng)地內(nèi)種植的是常綠喬木——馬尾松，從而造成冬季溫度過(guò)低，令人感到寒冷。這點(diǎn)在很大程度上影響了該空間冬季時(shí)的游人數(shù)量。雖然開(kāi)放空間THI值較高，但因其場(chǎng)地中有可供休憩遮蔭的亭廊，游人數(shù)也較多。因此，為滿(mǎn)足不同人群的活動(dòng)需求，設(shè)計(jì)休憩空間時(shí)，可采用自然遮蔭，如空間內(nèi)栽植落葉喬木群，夏季降低場(chǎng)地溫度，冬季也可保證足夠的太陽(yáng)輻射；也可采用人工遮蔭，如增設(shè)具有遮蔭效果的小品，從而改善空間熱環(huán)境。

(2)因地制宜設(shè)計(jì)水體、合理增加喬木面積，改善濕環(huán)境。喬木綠量可以有效減少太陽(yáng)輻射且保濕作用顯著；灌木綠量雖能提升環(huán)境濕度，但影響環(huán)境通風(fēng)；草地和水體因其蒸騰作用，從而具有一定保濕作用。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)空間的具體使用功能，合理進(jìn)行喬灌木搭配以及軟硬鋪裝選擇，從而改善濕環(huán)境。

(3)合理設(shè)置環(huán)境空間朝向，改善風(fēng)環(huán)境。場(chǎng)地空間走向與城市夏季主導(dǎo)風(fēng)向一致時(shí)有利于氣流疏導(dǎo)，增大空氣流速及場(chǎng)地?zé)峤粨Q，降低空氣溫度[5]。因此，設(shè)計(jì)時(shí)，在夏季主導(dǎo)風(fēng)向上應(yīng)保證空間通透。同理，在冬季主導(dǎo)風(fēng)向上應(yīng)設(shè)計(jì)如低矮灌木之類(lèi)對(duì)風(fēng)的阻礙作用較明顯的景觀要素，從而改善風(fēng)環(huán)境。若出現(xiàn)夏季與冬季主導(dǎo)風(fēng)向相同的情況，應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地空間的具體使用功能合理取舍。

(4)合理配置景觀要素與小氣候環(huán)境相協(xié)調(diào)，保證夏季高層遮蔭，中層通透，底層富有吸引力。夏季，游人舒適度主要是受溫度影響。在溫度較高的時(shí)間段，場(chǎng)地設(shè)計(jì)高大喬木群以及亭廊等遮蔭性能較好的景觀要素，既可以抵擋太陽(yáng)輻射，又不影響通風(fēng)，保證了夏季高層遮蔭。低矮灌木和小喬木對(duì)風(fēng)的阻礙效果明顯。因此，不宜在提供游人休憩的空間的夏季盛行風(fēng)向上設(shè)計(jì)大面積的灌木或小喬木群，應(yīng)保證夏季中層空間的通透性。當(dāng)THI相近時(shí)，可與人互動(dòng)的水體可以令更多游人駐足；鋪裝雖然對(duì)小氣候舒適度調(diào)節(jié)力不強(qiáng)，卻是很多活動(dòng)的載體；草地因其具有很好的降溫作用，也是夏季吸引游人的重要景觀要素。因此，在夏季，宜結(jié)合使用高大喬木、鋪裝、草地、水體、亭廊等設(shè)計(jì)要素，設(shè)計(jì)出夏季高層遮蔭、中層通透、底層富有吸引力的空間。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)深入系統(tǒng)地研究夏、冬兩個(gè)季節(jié)諸暨城市公園綠地不同樣地的小氣候效應(yīng)及其對(duì)游人行為的影響，總結(jié)出小氣候要素、人體舒適度以及游人行為之間的關(guān)系，提出了一系列改善策略以期能應(yīng)用到設(shè)計(jì)中去。在后續(xù)研究中將繼續(xù)細(xì)化研究不同植物物種搭配、景觀要素搭配對(duì)小氣候的調(diào)節(jié)情況。