鄂爾多斯城市開敞空間微氣候特征研究

魯凱莉，郭亞男

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院/內(nèi)蒙古自治區(qū)綠色建筑重點實驗室，呼和浩特 010010）

城市規(guī)?？焖贁U張，人工構(gòu)筑物高度集中，改變了自然地貌條件，從而形成了各地特有的城市微氣候[1-3]。微氣候是指小空間范圍內(nèi)，與周邊的大環(huán)境氣候有差異的現(xiàn)象。影響城市微氣候的因子有很多，包括溫度、濕度、降雨、光照、風(fēng)等[4]。城市開敞空間不僅是為人們提供物質(zhì)交換、情感交流、休閑娛樂的日常活動場所，也是反映城市整體活力的場所。鄂爾多斯由于受高原氣候條件限制，市民在城市開敞空間中健身活動的意愿受到影響。因此，營造舒適良好的微氣候環(huán)境，提高城市開敞空間的使用效率至關(guān)重要。國內(nèi)外已有部分學(xué)者對城市開敞空間生態(tài)效益和微氣候進(jìn)行了初步研究，蘇泳嫻等[5]、Chang 等[6]主要針對公園綠地對周邊地區(qū)的降溫效應(yīng)進(jìn)行研究。晏海等、Zhe Z 等、Tore B 等[7-10]針對公園內(nèi)不同植物群落、植物種類降溫增濕作用差異進(jìn)行研究。Shashuabar L 等[11]指出，在城市規(guī)劃設(shè)計時，應(yīng)考慮植被對城市氣候的影響。本研究選取鄂爾多斯東勝區(qū)市民日常健身行為頻發(fā)的鐵西公園和青銅器文化廣場作為研究區(qū)域。采用實地測量法對公園及廣場中各選取的9 個樣區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析。以期通過不同下墊面和不同高度的選擇來改善高原地區(qū)城市開敞空間的不良?xì)夂驙顩r，以提升城市開敞空間環(huán)境的舒適度。

1 材料和方法

1.1 研究地概況

鄂爾多斯市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西南部，地處鄂爾多斯高原腹地。地理坐標(biāo)為北緯37°35′24″～40°51′40″，東經(jīng)106°42′40″～111°27′20″。鄂爾多斯屬典型的溫帶大陸性氣候，日照豐富，無霜期短，降水少且時空分布極為不均，蒸發(fā)量大。鐵西公園位于東勝區(qū)鐵西新區(qū)的核心部位,青銅文化廣場與鐵西公園相鄰（圖1）。

1.2 研究方法

圖1 Ⅰ鄂爾多斯區(qū)位圖Ⅱ東勝區(qū)區(qū)位圖Ⅲ研究地區(qū)位圖Ⅳ測點分布圖

1.2.1 樣區(qū)選取。研究區(qū)域位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市東勝區(qū),觀測點選取東勝區(qū)鐵西公園A1～I(xiàn)1 和青銅文化廣場A2～I(xiàn)2 各9 個樣點進(jìn)行研究（2）觀測地相鄰），各樣點觀測情況見表1、表2。

表1 不同高差的觀測點情況

1.2.2 測試方法。現(xiàn)場實測以定點觀測為主，為減少測量誤差，特選取2019 年春夏秋冬4 季氣流平穩(wěn)，天氣晴朗的1 周作為測量時間。測量時間為每天8:00～18:30，時間間隔為1min，觀測各點1.5m 高處的氣候因子，為了減少誤差，同一時間同一地點每次記錄數(shù)據(jù)20 個，求取平均值作為最終樣本數(shù)據(jù)。測量儀器使用Testo-405-v1 風(fēng)速儀測量風(fēng)速，空氣溫度和相對濕度是通過Testo625 溫濕度儀測量（見表3）。

表2 不同下墊面觀測點情況

表3 儀器表

2 結(jié)果與分析

2.1 不同高差的微氣候差異

2.1.1 空氣溫度。由圖2 可知，鐵西公園各測點全年空氣溫度均呈先增高后降低的變化趨勢，春季和秋季24臺階溫度最高，平均溫度分別達(dá)到19.09℃和12.67℃，夏季和冬季平地溫度最高，平均溫度分別為31.54℃和2.71℃，高臺全年溫度均較低，特別是冬季最低為-2.39℃，同比平地溫差為6.09℃。圖3 所示，文化廣場春秋冬季各個測點的空氣溫度整體呈波動上升趨勢，夏季整體溫度較高；各測點的全年平均空氣溫度為平地最高，春夏冬季為6 臺階最低，秋季為高臺最低。綜上可知平地溫度相對較高，12 臺階及高臺溫度相對較低，因此不同高差對溫度有一定的影響，且相對低的地方溫度微高，反之溫度稍低。

2.1.2 相對濕度。圖4 顯示，鐵西公園春秋季各測點相對濕度呈逐漸下降趨勢，夏冬季各測點相對濕度整體呈先下降后上升的趨勢,春季4 個測點相對濕度為A1＞C1＞B1＞D1，夏冬季4 個測點相對濕度均為A1＞B1＞C1＞D1，秋季4 個測點相對濕度為B1＞D1＞C1＞A1；4 個測點除秋季24 臺階濕度較高，高臺濕度較低外，春夏冬季的平均相對濕度均為高臺最高，平地最低。由圖5 可知，青銅文化廣場4 季的相對濕度變化趨勢與公園一致，但冬季波動較大。春季各測點的平均相對濕度為D2＞B2＞C2＞A2，夏季4 個測點相對濕度為C2＞D2＞B2＞A2，秋冬季4 個測點相對濕度均為A2＞D2＞B2＞C2；春季和夏季為平地和6 臺階的相對濕度最高，高臺相對濕度最低；秋冬季為高臺最高，6 臺階相對濕度較低。綜上可知，不同高差對公園廣場的濕度影響差異明顯，高臺在公園的增濕效果較好，平地濕度較差。高臺和6 臺階對廣場的相對濕度受季節(jié)影響顯著。

圖2 公園不同高度的空氣溫度日變化特征

圖3 廣場不同高度的空氣溫度日變化特征

圖4 公園不同高度的相對濕度日變化特征

圖5 廣場不同高度的相對濕度日變化特征

2.1.3 風(fēng)速。由圖6 可示，鐵西公園各測點的日平均風(fēng)速波動趨勢較大，4 個測點的平均風(fēng)速為春季11 臺階最大為0.77m/s，夏秋冬季為高臺最大分別達(dá)到1.04m/s、0.68m/s、0.76m/s。除夏季平地風(fēng)速較小外，春秋冬季分別是24 臺階最小。圖7 顯示，青銅文化廣場春季各測點的平均風(fēng)速為A2＞C2＞B2＞D2，夏季4個測點風(fēng)速為A2＞D2＞C2＞B2，秋冬季4 個測點風(fēng)速值均為C2＞B2＞A2＞D2。春夏季為高臺最高，秋冬季為6 臺階最高。除夏季12 臺階風(fēng)速最低外，春秋冬季平地風(fēng)速最低。綜上可知，在公園廣場上高臺風(fēng)速相對較高，24 臺階和平地風(fēng)速相對較低，不同高差對風(fēng)速有一定的影響，而公園廣場內(nèi)部下墊面較為復(fù)雜，風(fēng)速沒有明顯規(guī)律。

圖6 公園不同高度的風(fēng)速日變化特征

圖7 廣場不同高度的風(fēng)速日變化特征

2.2 不同下墊面的微氣候差異

2.2.1 空氣溫度。由圖8 可知，鐵西公園全年各測點的日平均空氣溫度變化規(guī)律總體呈現(xiàn)為波狀式上升，之后下降，春季5 個測點的平均空氣溫度為G1＞I1＞F1＞H1＞E1，夏季5 個測點空氣溫度為H1＞E1＞I1＞G1＞F1，秋季5 個測點空氣溫度為H1＞I1＞E1＞G1＞F1，冬季5 個測點空氣溫度為E1＞G1＞F1＞I1＞H1。夏季和秋季硬質(zhì)鋪裝溫度最高，密林溫度最低；春季草坪溫度最高，疏林溫度最低；冬季疏林溫度最高，硬質(zhì)鋪裝溫度最低；春秋季水域的溫度也相對較高。圖9 顯示，青銅文化廣場全年各測點的日平均空氣溫度總體呈現(xiàn)波動式增高后降低的趨勢，春季和秋季林蔭路溫度最高，硬質(zhì)鋪裝最低。夏季草坪溫度最高，疏林溫度最低；冬季林蔭路溫度最高，疏林溫度最低。綜上可知，不同下墊面對溫度有一定的影響，密林在夏季降溫作用最為明顯，硬質(zhì)鋪裝溫度相對較高，水域及林蔭路在春秋季具有一定的保溫效應(yīng)。

圖8 公園不同下墊面的空氣溫度日變化特征

圖9 廣場不同下墊面的空氣溫度日變化特征

2.2.2 相對濕度。由圖10 可知，鐵西公園各測點的日平均相對濕度總體呈下降趨勢，春季5 個測點相對濕度為H1＞E1＞F1＞I1＞G1，夏季5 個測點相對濕度為F1＞G1＞E1＞I1＞H1，秋季5 個測點相對濕度為F1＞G1＞E1＞I1＞H1，冬季5 個測點相對濕度為I1＞G1＞H1＞F1＞E1。夏季和秋季密林相對濕度最高，硬質(zhì)鋪裝的相對濕度最低，水域次之；春季硬質(zhì)鋪裝的濕度較高，草坪的濕度較低；冬季水域相對濕度最高，疏林濕度最低。圖11 顯示，青銅文化廣場各測點的日平均相對濕度變化規(guī)律呈總體下降趨勢，春季各測點的平均相對濕度為E2＞H2＞G2＞F2＞I2，夏季5 個測點相對濕度為G2＞I2＞E2＞F2＞H2，秋季5 個測點相對濕度為F2＞I2＞H2＞G2＞E2，冬季5 個測點相對濕度為G2＞H2＞E2＞F2＞I2。夏季和冬季為草坪最高，春秋季分別為疏林和密林最高。春季和冬季林蔭路空氣濕度最低，夏秋季分別是硬質(zhì)鋪裝和疏林相對濕度最低。綜上可知，公園夏秋季密林的增濕效果較強，但水域未起到增濕作用；水域在冬季的增濕效果較好。草坪在廣場夏冬季的增濕效果較強，密林的增濕作用不明顯，但密林在秋季的增濕效果明顯。由此可見，各下墊面對公園廣場的增濕效應(yīng)差異明顯，且季節(jié)差異也較為明顯。

圖10 公園不同下墊面的相對濕度日變化特征

圖11 廣場不同下墊面的相對濕度日變化特征

圖12 公園不同下墊面的風(fēng)速日變化特征

2.2.3 風(fēng)速。由圖12、13 所示，全年鐵西公園各測點日平均風(fēng)速的變化規(guī)律均不明顯，5個測點的平均風(fēng)速為春夏秋季硬質(zhì)鋪裝最大，水域冬季風(fēng)速最大，其他季節(jié)持中；全年密林風(fēng)速最小。

圖13 廣場不同下墊面的風(fēng)速日變化特征

文化廣場各測點春夏季硬質(zhì)鋪裝的風(fēng)速最大，草坪風(fēng)速最??；秋季草坪風(fēng)速最大，冬季疏林風(fēng)速最大，秋冬季均是密林風(fēng)速最小。綜上可知，不同下墊面對風(fēng)速有較大的影響，對于公園而言，水域?qū)︼L(fēng)速的影響不大，硬質(zhì)鋪裝的風(fēng)速較大，密林全年的阻風(fēng)效果最佳；對于廣場而言，各下墊面對風(fēng)速影響的季節(jié)差異顯著，因此各下墊面的選擇應(yīng)該因時而異。

2.3 不同季節(jié)的微氣候差異

2.3.1 不同高差各因子的季節(jié)差異。圖14 表明，鐵西公園和文化廣場各測點空氣溫度的季節(jié)差異為夏季＞春季＞秋季＞冬季，相對濕度的季節(jié)差異為秋季＞夏季＞冬季＞春季，鐵西公園風(fēng)速的季節(jié)差異為夏季＞春季＞冬季＞秋季，文化廣場各測點風(fēng)速的季節(jié)差異為夏季＞春季＞秋季＞冬季。通過上述分析可知公園廣場的空氣溫度和相對濕度的季節(jié)變化一致，但風(fēng)速在秋冬季節(jié)有差異，公園冬季風(fēng)速大于秋季，廣場冬季風(fēng)速小于秋季。公園冬季各樣點的風(fēng)速均大于秋季，特別是平地冬秋季風(fēng)速差達(dá)到0.21m/s，廣場高臺與平地秋季風(fēng)速均小于冬季，12 臺階與6 臺階秋季風(fēng)速均大于冬季，特別是6 臺階秋冬季風(fēng)速差達(dá)到0.16m/s。

圖14 公園廣場不同高差各因子的季節(jié)差異

圖15 公園廣場不同下墊面各因子的季節(jié)差異

圖16 公園廣場各因子的季節(jié)差異

2.3.2 不同下墊面各因子的季節(jié)差異。由圖15 可知，鐵西公園及文化廣場各測點空氣溫度的季節(jié)差異均為夏季＞春季＞秋季＞冬季，相對濕度的季節(jié)差異為秋季＞夏季＞冬季＞春季，鐵西公園風(fēng)速季節(jié)差異為春季＞夏季＞冬季＞秋季，文化廣場則為夏季＞春季＞冬季＞秋季。通過上述分析可知，公園和廣場的空氣溫度和相對濕度的季節(jié)差異一致，但風(fēng)速在春夏季節(jié)有差異，公園春季風(fēng)速大于夏季，廣場夏季風(fēng)速大于春季。公園春季各樣點風(fēng)速均大于夏季，特別是硬質(zhì)鋪裝的風(fēng)速較高達(dá)到0.83m/s，疏林風(fēng)速達(dá)到0.8m/s，水域風(fēng)速達(dá)到0.72m/s。廣場夏季各樣點的風(fēng)速均大于春季，特別是硬質(zhì)鋪裝的風(fēng)速達(dá)到了1.01m/s，草坪的風(fēng)速達(dá)到0.74m/s，疏林的風(fēng)速達(dá)到0.70m/s。這與風(fēng)速的不穩(wěn)定性和流動性以及公園廣場下墊面差異有關(guān)。

2.3.3 公園與廣場的季節(jié)氣候差異。如圖16 所示，公園全年的平均溫度高于廣場，但是春季平均溫度低于廣場，溫差約為0.58℃，夏秋冬季公園溫度均高于廣場，特別是夏季溫差較大達(dá)到1.92℃。廣場全年的平均相對濕度大于公園，除春季公園濕度大于廣場外，夏秋冬季公園濕度均小于廣場，其中夏季的濕度差較大達(dá)到1.94%。公園全年的平均風(fēng)速微大于廣場，春冬季公園風(fēng)速大于廣場，特別是冬季風(fēng)速差較大為0.1m/s，夏秋季公園風(fēng)速小于廣場。

3 結(jié)論與討論

鐵西公園夏冬季以及文化廣場全年平均空氣溫度均為平地最高，高臺相對較低，這表明空氣溫度隨著地勢增高而降低。公園春夏冬季的平均相對濕度均為高臺較高，春冬季平地的相對濕度最低，廣場相對濕度秋冬季為高臺最高，春夏季高臺最低。公園夏秋冬季風(fēng)速為高臺最大，廣場春秋冬季平地風(fēng)速最低，說明地勢較低時空氣風(fēng)速較小，由于各高差不大，跟氣壓的關(guān)系較少，主要是跟地面的空氣阻擋物有關(guān)。

夏季和秋季觀測時段，鐵西公園和文化廣場均表現(xiàn)為硬質(zhì)鋪裝的空氣溫度最高，密林的空氣溫度最低。說明密林比疏林、草地、水體、硬質(zhì)鋪裝，林蔭路等有更顯著的降溫增濕作用，這與前人研究的結(jié)果[12-16]基本一致。因此用地平衡上應(yīng)保證一定的密林和硬質(zhì)鋪裝的比例，以保證人們擁有舒適的健身環(huán)境。由于鄂爾多斯的特定環(huán)境，水體的降溫增濕效果不顯著，與Cheng 等[17-18]研究結(jié)果不一致。

鄂爾多斯春夏秋冬四季公園和廣場不同下墊面的空氣溫度相對濕度及風(fēng)速均有較大的差別，這與許多前人的研究[7,12,19]結(jié)論一致。公園與廣場在分別空氣溫度和相對濕度上的季節(jié)變化一致。在風(fēng)速上的季節(jié)變化有所差異，鐵西公園春季的風(fēng)速最大，夏季和冬季次之，秋季風(fēng)速最小。文化廣場夏季風(fēng)速最大，春季次之，秋冬相對較小。