贛州某高校典型區(qū)域下墊面溫濕度監(jiān)測研究★

曾 穎 溫小軍 李能琛 顧 義 皮佳媛

(江西理工大學建筑與測繪工程學院，江西 贛州 341000)

1 概述

當前城鎮(zhèn)化建設(shè)推動著城市快速發(fā)展，人們更加關(guān)注由此帶來的自然氣候的變化。其中，由于城市下墊面的改變，不同下墊面的物理特性使得城市空氣的溫度與濕度都有一定的差異性，不同下墊面對局地氣象要素的影響顯著，對區(qū)域氣候及其變化具有重要作用[1]。一方面，不同類型下墊面的溫濕度是影響舒適性的重要因素，在很大程度上影響著居民的人居環(huán)境及生產(chǎn)生活，微氣候變化已然成為影響城市可持續(xù)發(fā)展的一個不容小覷的因素。另一方面，在研究下墊面改變與氣候變化的相應關(guān)系中，很多學者對不同緯度、類型的城市做了城、郊氣溫對比觀測，都發(fā)現(xiàn)城區(qū)氣溫高于郊區(qū)的熱島現(xiàn)象[2]。許多學者對城市熱島的演變與成因進行了分析[3-6]，這些分析中下墊面均為主要因素。我國在城市熱島的研究方面近年來取得了許多成果，研究主要采用了近年的氣象資料的溫度數(shù)據(jù)、實地觀測和遙感監(jiān)測的方法。

本文以江西理工大學紅旗校區(qū)作為典型舊城區(qū)研究對象，選擇石質(zhì)鋪裝、瀝青、透水磚、草地、水面等5種主要活動區(qū)域類型，從定量的角度分析了溫濕度變化規(guī)律，探討了不同下墊面溫濕度的動態(tài)變化對城市的熱環(huán)境帶來的影響。

2 研究對象與研究方法

2.1 研究對象

本研究試驗地點設(shè)在江西省贛州市江西理工大學紅旗大道校區(qū)內(nèi)(北緯25°51′、東經(jīng)114°56′)。贛州市地處中亞熱帶南緣屬亞熱帶季風氣候區(qū)，具有冬夏季風盛行、春夏降水集中、四季分明、氣候溫和、熱量豐富、雨量充沛、酷暑和嚴寒流時間短、無霜期長等氣候特征。主要測試區(qū)為校園內(nèi)主要公共活動空間。

2.2 研究方法

2.2.1 測點選擇與監(jiān)測方法

本研究以江西理工大學紅旗校區(qū)作為監(jiān)測對象，選擇其中具有典型意義的石質(zhì)鋪裝、瀝青路面、透水磚鋪裝、草地及水面等5種下墊面進行溫濕度監(jiān)測，各監(jiān)測點特征見表1。監(jiān)測期當天的背景天氣為：最高溫34 ℃，最低溫25 ℃，西南風2級，多云；全天測定并取平均值，時間為6：00～22：00，以移動路線觀測法每1 h分別對各下墊面的溫度、相對濕度進行測定(兩個相距最遠的測點測量時間超過20 min)。采用TES1365溫濕度計同時對溫度、濕度雙讀值(%RH及℃)進行數(shù)據(jù)讀取，對不同活動區(qū)域及其不同下墊面距離地面0 m，1.2 m高度溫濕度進行觀測與對比分析。

表1 試驗測點情況表

2.2.2 舒適性計算及評價方法

將各下墊面在各樣地的測值作為該類型下墊面的溫濕值進行日間變化特征和季變化特征分析。選用反映人體舒適情況的濕熱指數(shù)(Thermal Humidity Index，THI)[7]作為樣地人體舒適度衡量指標，結(jié)合溫度與濕度數(shù)據(jù)，直觀反映舒適性。計算公式為:

THI=T-0.55(1-RH)(T-14.5)。

式中：T——空氣溫度,℃；

RH——相對濕度,%。

將公式稍作變化可得：

THI=RH(0.55T-7.975)+0.45T+7.975。

說明當溫度大于14.5 ℃時，濕熱指數(shù)隨溫度與濕度的升高而升高；當溫度小于14.5 ℃時，濕熱指數(shù)隨溫度與濕度的升高而降低，在本次實驗中，溫度均處于14.5 ℃以上，溫度與濕度的升高會導致濕熱指數(shù)升高，舒適度降低。舒適度劃分標準如表2所示，濕熱指數(shù)值越高，說明越不舒適，反之濕熱指數(shù)越低，舒適度越高。

表2 濕熱指數(shù)與人體舒適度對照表

3 結(jié)果分析與討論

3.1 不同類型下墊面溫濕度變化特征

1)不同下墊面濕度變化情況。

石質(zhì)鋪裝、瀝青、透水磚、草地、水面5種下墊面類型的空氣濕度日變化特征都呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(見圖1)，濕度排序為水面>草地>瀝青>透水磚>石質(zhì)鋪裝。在14：00前后達到最小值，各下墊面的平均濕度為55.39%。石質(zhì)鋪裝和水面的濕度分別達到最低值、最高值，分別為49.36%，59.30%。透水性較好的透水磚的濕度處于平均值57.03%。草地的濕度變化比較明顯，在14：00前后達到最低值，后迅速上升，處于較高的水平。

2)不同下墊面溫度變化情況。

石質(zhì)鋪裝、瀝青、透水磚、草地、水面5種下墊面類型的空氣溫度日變化特征均呈現(xiàn)為先上升后下降的趨勢(如圖2所示)，排序為石質(zhì)鋪裝>草地>水面>瀝青>透水磚。各下墊面的最低溫度相近，均出現(xiàn)在6：00太陽尚未出現(xiàn)的時候，在14：00前后達到最大值，且不同材質(zhì)的下墊面之間差異明顯，隨著太陽輻射的減弱，各種類型下墊面的溫度下降，又趨于一致。一天之中，石質(zhì)鋪裝和草地的空氣溫度最高，分別為41.26 ℃和41.55 ℃。由于在太陽輻射導致植物部分氣孔關(guān)閉，蒸騰作用減弱，草地的空氣溫度升高，而在16：00之后，太陽輻射減弱，草地的降溫作用又體現(xiàn)出來?？梢姴莸貙諝獾慕禍刈饔么嬖谝欢ň窒扌?。水面的空氣溫度變化最為平緩且峰值在16：00左右出現(xiàn)，為38.17 ℃，說明水對空氣溫度變化有緩和作用。瀝青作用下的溫度變化最為劇烈，呈現(xiàn)忽高忽低的變化趨勢，與石質(zhì)鋪裝等不透水性地面相比，瀝青的顏色更深，因此陽光作用下溫度變化更明顯。

3.2 不同監(jiān)測高度下墊面溫濕度變化特征

1)不同監(jiān)測高度下墊面濕度變化情況。

以一天中各個時刻不同下墊面類型下不同高度的濕度的平均值作為數(shù)據(jù)進行分析，分別測量了貼近下墊面的地表濕度和距離下墊面1.2 m處的濕度(見圖3)?？傮w上趨勢是地表濕度大于1.2 m處的濕度。透水性好的下墊面如水面、草地、透水磚比透水性差的下墊面的濕度更高。其中水面表面與1.2 m處的濕度差值最大，石質(zhì)鋪裝情況比較特殊，1.2 m處的濕度比地表濕度更高。

2)不同監(jiān)測高度下墊面溫度變化情況。

數(shù)據(jù)顯示地表溫度一般高于1.2 m處的溫度，水面則相反(見圖4)。不同下墊面之間的地表溫度差異較大，1.2 m處的溫度相差較小，草地、石質(zhì)鋪裝對空氣溫度的加熱作用明顯。水面有降低空氣溫度的作用。瀝青、透水磚在不同高度上的空氣溫度相近。不同下墊面類型對環(huán)境的溫度影響較大。

3.3 不同遮蔽條件下墊面溫濕度變化特征

1)不同遮蔽條件下墊面濕度變化情況。

數(shù)據(jù)顯示有遮蔽條件的空氣濕度一般高于無遮蔽條件的空氣濕度，但作用并不明顯，平均提高濕度1.75%。有無遮擋對濕度的影響強度排序為瀝青>草地>石質(zhì)鋪裝>水面>草地(見圖5)。

2)不同遮蔽條件下墊面溫度變化情況。

數(shù)據(jù)顯示有遮擋條件的空氣溫度普遍低于無遮擋條件的空氣溫度(見圖6)，平均降低1.12 ℃，對草地、瀝青的作用尤其明顯，分別達到了1.56 ℃和1.70 ℃。有無遮擋對溫度的影響強度排序為瀝青>草地>石質(zhì)鋪裝>透水磚。即遮擋對瀝青的降溫效果最為明顯，主要是由于瀝青深色的顏色對光線吸收強度導致的。

4 不同下墊面舒適度分析

各類型下墊面的濕熱指數(shù)變化趨勢基本與溫度變化趨勢一致，呈現(xiàn)先升后降的趨勢，見圖7。其中草地、水面濕熱指數(shù)最高，透水磚的濕熱指數(shù)最低。濕熱指數(shù)最高以及濕熱指數(shù)波動最大的皆為水面。說明在高溫下，濕度高雖然一方面為更多水汽蒸發(fā)帶走熱量產(chǎn)生條件，但另一方面，溫度與濕度若不能達到較好的平衡，高濕度的環(huán)境反而會使人產(chǎn)生不適。根據(jù)濕熱指數(shù)與人體舒適度對照表，舒適度的排序由好到壞為透水磚>瀝青>石質(zhì)鋪裝>水面>草地。

5 結(jié)語

本研究通過對校園內(nèi)5種下墊面類型在不同高度、有無遮擋條件下對微氣候特征因子的實地觀測，發(fā)現(xiàn)下墊面類型對于溫濕度均有顯著影響，且各不同類型下墊面存在顯著差異性；溫度與濕度的變化趨勢成反比，濕度高會使水分蒸發(fā)帶走熱量，起到降低溫度的效果；各下墊面類型的空氣溫度表現(xiàn)為透水磚最低、石質(zhì)鋪裝最高的特點，濕度表現(xiàn)為水面最高，石質(zhì)鋪裝最低的特點；深色的下墊面受到太陽輻射的影響導致的溫度波動更明顯；透水性好的下墊面濕度更高，空氣溫度的變化趨勢更緩和；草地對下墊面溫濕度的影響作用受環(huán)境溫度的影響，高溫會導致植物蒸騰作用減弱，降低草地增濕作用以及降溫作用；濕度在降溫作用中并不在主導地位，影響溫度變化的因素除了濕度增加帶走熱量，主要原因在于地面吸收了太陽輻射后產(chǎn)生的地面輻射；在高溫條件下，高濕度的下墊面如水面的濕熱指數(shù)更高，舒適度更低。

在實際的規(guī)劃建設(shè)中，為改善溫濕度環(huán)境，緩和溫度變化，最有效的方法是切斷太陽輻射到地面的路徑，即考慮遮陽，通過植樹或布置遮陽設(shè)施，減少太陽輻射，同時也減少了地面輻射；其次，適當設(shè)置水體，在濱水岸邊種植綠化提供遮蔽，不建議大面積設(shè)置裸露水體，水增加空氣濕度，在高溫情況下反而容易增加濕熱指數(shù)，使人產(chǎn)生不適感；減少不必要的硬質(zhì)、深色鋪地的布置，避免使用比熱容較低的下墊面，以防止溫度波動明顯使人產(chǎn)生不適；在太陽輻射強烈的地區(qū)，要考慮到太陽輻射對植物蒸騰作用的影響，在草地上種植樹木、灌木起到遮陽降溫作用，保證植物蒸騰作用能正常進行。