校園綠地植物配置對(duì)夏季微氣候的影響及人體熱舒適度研究

摘要：文章以江蘇大學(xué)本部校區(qū)綠地空間為研究對(duì)象，對(duì)夏季不同植物配置的綠地空間微氣候進(jìn)行實(shí)測(cè)。主要針對(duì)喬—草、喬—灌—草、喬—灌這三種植物群落類型的綠地空間，測(cè)定空氣溫度、空氣相對(duì)濕度、風(fēng)速、太陽輻射強(qiáng)度。通過分析實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，比較不同植物配置下綠地空間的微氣候效應(yīng);采用問卷調(diào)查與生理等效溫度（PET）評(píng)價(jià)指標(biāo)相結(jié)合的方法，分析人在夏季不同植物配置空間環(huán)境中的主觀熱感受與生理等效溫度的相關(guān)性，總結(jié)夏季不同植物配置對(duì)微氣候效應(yīng)有較大影響、與人體熱舒適度存在密切關(guān)聯(lián)。通過風(fēng)景園林景觀要素，結(jié)合校園綠地空間特點(diǎn)，探討校園綠地的適宜性設(shè)計(jì)以及植物配置在調(diào)節(jié)和改善校園綠地空間微氣候中的作用。

關(guān)鍵詞：校園綠地;植物配置;微氣候;人體熱舒適度

中圖分類號(hào)：S731.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2022）14-0-03

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，人類活動(dòng)對(duì)城市人居和自然環(huán)境的影響越來越大，進(jìn)而影響到全球的氣候變化。全球變暖帶來的直接問題是城市熱島效應(yīng)，世界各地學(xué)者用不同的方法研究了不同規(guī)模的城市熱島情況[1]。這種城市局部的微環(huán)境氣候被稱為“微氣候”[2]。通過風(fēng)景園林等相關(guān)學(xué)科知識(shí)改善室外空間微氣候、提高人體熱舒適度，是當(dāng)今城市開放空間微氣候相關(guān)領(lǐng)域的前沿研究方向[3]。在城市環(huán)境中，高校是大學(xué)生和教師學(xué)習(xí)、工作的地方，宜人的校園環(huán)境能在很大程度上影響師生的生活。近年來，國內(nèi)關(guān)于校園綠地空間微氣候的研究多集中于我國西北方、東北方以及廣州城市的高校[4]，對(duì)蘇南地區(qū)城市氣候特征下校園微氣候效應(yīng)的系統(tǒng)研究較少[5]本文以江蘇大學(xué)校園綠地為例，探索校園綠地中不同植物配置對(duì)夏季微氣候及人體熱舒適度的影響，通過風(fēng)景園林要素，研究校園綠地空間的適宜性設(shè)計(jì)。

1 實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)測(cè)區(qū)

本文實(shí)測(cè)區(qū)位于江蘇省鎮(zhèn)江市江蘇大學(xué)本部校區(qū)，是較典型的冬冷夏熱地區(qū)。在校園綠地中選擇了喬—草、喬—灌—草、喬—灌三種不同植物群落類型的5個(gè)實(shí)測(cè)區(qū)，分別編號(hào)為S1、S2、S3、S4、S5。從植物群落類型來看，S1為喬—灌，S2、S3為喬—灌—草，S4、S5為喬—草。

1.2 實(shí)測(cè)方法

測(cè)量方法為定點(diǎn)觀測(cè)和移動(dòng)觀測(cè)兩種。定點(diǎn)觀測(cè)是將5個(gè)TR溫濕度記錄儀分別放在5個(gè)實(shí)測(cè)區(qū)內(nèi)離地面1.5 m高的地方，每2分鐘記錄一次數(shù)據(jù)，用來測(cè)定空氣溫度（Ta）、相對(duì)濕度（RH）。移動(dòng)觀測(cè)是指2人一組，分別手持太陽輻射檢測(cè)儀和風(fēng)速檢測(cè)儀，在每個(gè)實(shí)測(cè)區(qū)每小時(shí)停留5分鐘，期間每2分鐘記錄一次數(shù)據(jù)。實(shí)測(cè)時(shí)間共3天，并記錄3天數(shù)據(jù)，求其平均值，進(jìn)行單項(xiàng)數(shù)據(jù)比較。選擇的實(shí)測(cè)時(shí)間為2021年7月18日、19日、20日。

1.3 實(shí)測(cè)儀器

實(shí)測(cè)儀器采用TR溫濕度記錄儀、臺(tái)灣泰仕太陽能輻射檢測(cè)儀、鑫思特?zé)崦羰绞殖诛L(fēng)速儀。

1.4 人體熱舒適評(píng)價(jià)指標(biāo)

采用生理等效溫度作為人體熱舒適度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)值均運(yùn)用RayMan1.2軟件計(jì)算[6]。

1.5 問卷調(diào)查

在觀測(cè)的同時(shí)，采用問卷調(diào)查與生理等效溫度評(píng)價(jià)指標(biāo)相結(jié)合的方法，分析人在不同植物配置空間環(huán)境中的主觀熱感受與生理等效溫度的相關(guān)性?，F(xiàn)場(chǎng)共發(fā)放紙質(zhì)問卷248份。調(diào)查問卷主要有兩部分內(nèi)容，第一部分是調(diào)查被采訪者的性別、年齡、身高、著裝和活動(dòng)狀態(tài)，第二部分是調(diào)查被采訪者對(duì)當(dāng)前所處空間的空氣溫度、空氣相對(duì)濕度和風(fēng)速的感受，其中包括熱感覺投票（TSV）、濕度感覺投票（HSV）、風(fēng)速感覺投票（WSV）、熱舒適投票（OSV）[7]。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 積溫效應(yīng)分析

本文所涉及的積溫?cái)?shù)據(jù)是指各個(gè)實(shí)測(cè)區(qū)在3天內(nèi)測(cè)量的平均空氣溫度之和。實(shí)測(cè)區(qū)的積溫越高，代表其平均溫度就越高;積溫越低，其平均溫度就越低。將各個(gè)實(shí)測(cè)區(qū)每個(gè)時(shí)段的平均溫度相加并計(jì)算平均值，接下來計(jì)算各實(shí)測(cè)區(qū)所測(cè)時(shí)段內(nèi)的積溫，各實(shí)測(cè)區(qū)的積溫?cái)?shù)值大?。篠5>S4>S3>S2>S1。實(shí)測(cè)區(qū)中S5的積溫?cái)?shù)據(jù)最高，達(dá)到了401.5℃，其次是S4，為400.1℃，數(shù)據(jù)相對(duì)較低的為S1和S2，分別為383.6℃、392.8℃;從數(shù)據(jù)的對(duì)比中可以看出，在喬木和其他植被較少的實(shí)測(cè)區(qū)，如S5，其積溫?cái)?shù)據(jù)明顯高于喬木和植被較多的S1。實(shí)測(cè)區(qū)S1種植了更多的高大喬木，其喬木配置方式為規(guī)則的對(duì)稱行植，排列緊湊。可以得出初步結(jié)論：場(chǎng)地的積溫效應(yīng)與喬木數(shù)量、植物種類有極大的關(guān)系，不同的植物群落類型可以在很大程度上影響積溫效應(yīng)，喬—灌、喬—灌—草群落類型的空間積溫較低。

2.2 空氣溫度分析

空氣溫度是人體最直接感受的物理量之一，在物理學(xué)上則表示環(huán)境中空氣的冷熱程度，空氣中的熱量決定了其變化程度，而熱量則來源于日照中的太陽輻射。記錄各個(gè)實(shí)測(cè)區(qū)每個(gè)時(shí)段的溫度，從趨勢(shì)上看，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)每個(gè)實(shí)測(cè)區(qū)的空氣溫度變化有相同的規(guī)律：一是在13點(diǎn)到14點(diǎn)的時(shí)段，每個(gè)實(shí)測(cè)區(qū)的溫度都達(dá)到一天中的最高點(diǎn);二是從8點(diǎn)到16點(diǎn)太陽落山前，各個(gè)實(shí)測(cè)區(qū)的空氣溫度在每個(gè)時(shí)段的變化較大;三是從太陽落山時(shí)的17點(diǎn)開始到20點(diǎn)，各個(gè)實(shí)測(cè)區(qū)之間的空氣溫度差值逐漸變小。出現(xiàn)相同規(guī)律的原因是日照時(shí)間的不同帶來的太陽輻射變化，這種變化會(huì)影響熱量的傳遞和吸收，隨著太陽落山，太陽輻射減弱，傍晚至夜晚的空氣溫度逐漸減小，各個(gè)實(shí)測(cè)區(qū)的溫度差異也逐漸減小。從數(shù)據(jù)上看，8點(diǎn)到9點(diǎn)的時(shí)間段內(nèi)實(shí)測(cè)區(qū)S5的溫度最低，為26.1℃;最高點(diǎn)和次高點(diǎn)出現(xiàn)在實(shí)測(cè)區(qū)S3、S1，分別達(dá)到了28.8℃、27.6℃。環(huán)境空間較為封閉的實(shí)測(cè)區(qū)S1、S2、S3由于空氣流通能力一般，溫度升高。13點(diǎn)到14點(diǎn)，植物配置為喬—草的實(shí)測(cè)區(qū)S5的空氣溫度達(dá)到了所有實(shí)測(cè)區(qū)的全天最高值36.7℃，比此時(shí)實(shí)測(cè)點(diǎn)S1高出了3.9℃。植物配置為喬—灌的實(shí)測(cè)點(diǎn)S2和S3的最高溫度與S1的最高溫度之間絕對(duì)差值較小。對(duì)比空間結(jié)構(gòu)可以得出，喬木的遮陰效果對(duì)正午空氣溫度的影響最大。對(duì)比遮陰情況近似的實(shí)測(cè)區(qū)S2和S3，發(fā)現(xiàn)灌木在空間結(jié)構(gòu)中也起著一定的降溫作用。而在植物配置為喬—草的實(shí)測(cè)區(qū)S5和S4，正午時(shí)的降溫效果最弱。因此可以得出，在綠地空間，喬木的遮陰效果是影響環(huán)境空氣溫度的最大因素，較為空曠的場(chǎng)地在傍晚時(shí)分散熱速度最快，喬—灌類型植物群落可以在一定程度上降低空氣溫度，相比喬木和灌木，草坪對(duì)空氣溫度的影響最小。

2.3 相對(duì)濕度分析

整理夏季3天實(shí)地測(cè)量的空氣相對(duì)濕度數(shù)據(jù)，取其平均值，從趨勢(shì)上看，各個(gè)實(shí)測(cè)區(qū)空氣相對(duì)濕度的變化規(guī)律類似，都是從8點(diǎn)開始下降，14點(diǎn)后開始逐漸回升，到了16點(diǎn)，隨著太陽輻射的減弱開始急速上升。在8點(diǎn)到16點(diǎn)的時(shí)間段，均出現(xiàn)上升和下降的波動(dòng)，在16點(diǎn)到20點(diǎn)，變化幅度趨于穩(wěn)定。以上現(xiàn)象可以表明，太陽輻射越弱，空氣相對(duì)濕度越高。從空氣相對(duì)濕度的峰值上看，實(shí)測(cè)區(qū)S3、S4、S5均在13點(diǎn)達(dá)到最低峰值，其中實(shí)測(cè)區(qū)S5為最低峰值40.7%RH，與實(shí)測(cè)區(qū)S1最低峰值45.6%RH相差4.9%RH。在15點(diǎn)到16點(diǎn)的時(shí)間段，實(shí)測(cè)區(qū)S1的空氣相對(duì)濕度明顯高于其他實(shí)測(cè)點(diǎn)。在18點(diǎn)，種植灌木的實(shí)測(cè)區(qū)S1、S2、S3的空氣相對(duì)濕度明顯低于無灌木的實(shí)測(cè)區(qū)。根據(jù)前文對(duì)各實(shí)測(cè)區(qū)相對(duì)濕度的變化分析，考慮到空間結(jié)構(gòu)、植物群落、喬木種植方式等方面，發(fā)現(xiàn)在夏季，對(duì)空氣相對(duì)濕度影響最大的因素是喬木的遮陰，遮陰能夠阻擋太陽輻射，對(duì)稱行植的喬木配置方式可以很好地形成有效的遮陰面積，從而有效調(diào)節(jié)空氣相對(duì)濕度。另外，喬—灌—草植物群落類型可以在一定程度上調(diào)節(jié)空氣相對(duì)濕度。

2.4 風(fēng)速分析

對(duì)微氣候因子中風(fēng)的實(shí)測(cè)主要研究風(fēng)速，風(fēng)速通常用風(fēng)級(jí)來表示大小。從趨勢(shì)上看，5個(gè)實(shí)測(cè)區(qū)的變化規(guī)律類似，從8點(diǎn)起，整體風(fēng)速呈上升趨勢(shì)，18點(diǎn)后，除了實(shí)測(cè)區(qū)S5，其他實(shí)測(cè)區(qū)的風(fēng)速都有不同程度的下降。實(shí)測(cè)區(qū)S4和S5的風(fēng)速普遍高于其他實(shí)測(cè)區(qū)，在12點(diǎn)，實(shí)測(cè)區(qū)S5的風(fēng)速達(dá)到了2m/s，比實(shí)測(cè)區(qū)S3高1.25 m/s，比實(shí)測(cè)區(qū)S2高1.2 m/s。風(fēng)速在一定程度上直接影響人體感受，但由于場(chǎng)地不同，在實(shí)測(cè)的時(shí)候會(huì)受到附近建筑等阻礙影響，所以實(shí)測(cè)結(jié)果有一定的隨機(jī)性。通過計(jì)算多組數(shù)據(jù)的平均數(shù)，可以減少這種誤差。通過對(duì)實(shí)測(cè)場(chǎng)地植物群落類型的分析，喬—灌—草植物群落類型的綠地空間風(fēng)速較低，對(duì)稱行植及帶植的喬木配置方式也可以影響風(fēng)速變化。

2.5 太陽輻射分析

整理夏季3天實(shí)地測(cè)量的太陽輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)，求其平均值。從趨勢(shì)上，從8點(diǎn)開始，各個(gè)實(shí)測(cè)區(qū)的太陽輻射強(qiáng)度均有不同程度的提高，從13點(diǎn)開始，各個(gè)實(shí)測(cè)區(qū)的太陽輻射強(qiáng)度均有不同程度的降低;實(shí)測(cè)區(qū)S1的太陽輻射強(qiáng)度變化最為平緩，實(shí)測(cè)區(qū)S5、S4在8點(diǎn)到12點(diǎn)太陽輻射強(qiáng)度上升速度最快。對(duì)比各實(shí)測(cè)區(qū)的太陽輻射強(qiáng)度和空氣溫度、相對(duì)濕度，發(fā)現(xiàn)太陽輻射強(qiáng)度與空氣溫度成正比，與空氣相對(duì)濕度成反比。從峰值上看，各實(shí)測(cè)區(qū)在11點(diǎn)到12點(diǎn)達(dá)到各自的最高峰值。其中實(shí)測(cè)區(qū)S5在12點(diǎn)的太陽輻射強(qiáng)度達(dá)到了910 W/m?，比同時(shí)段實(shí)測(cè)區(qū)S1高820 W/m?。

這與實(shí)測(cè)區(qū)S1的喬木遮陰有關(guān)。實(shí)測(cè)區(qū)S2、S3全天的太陽輻射強(qiáng)度相對(duì)較低，但實(shí)測(cè)區(qū)S2的太陽輻射強(qiáng)度明顯整體高于S3，這是由于兩個(gè)實(shí)測(cè)區(qū)的喬木種類和數(shù)量均不同，影響了遮陰效果。由此可以得出，影響各實(shí)測(cè)區(qū)夏季太陽輻射強(qiáng)度的主要因素是喬木的遮陰，其次是由喬—灌—草植物群落類型組成的空間結(jié)構(gòu)。

2.6 生理等效溫度（PET）

在夏季，實(shí)測(cè)區(qū)的人體熱舒適度基本處于溫暖到很熱之間[8]。在8點(diǎn)，實(shí)測(cè)區(qū)S2的PET數(shù)值最低，為29.2℃，實(shí)測(cè)區(qū)S5最高，為44℃，兩者相差14.8℃;在12點(diǎn)到14點(diǎn)的時(shí)段，PET最高值出現(xiàn)在實(shí)測(cè)區(qū)S5的13點(diǎn)，為56.5℃;從16點(diǎn)開始，各實(shí)測(cè)區(qū)的PET都呈不同幅度的下降。根據(jù)各實(shí)測(cè)區(qū)的PET變化情況，可以發(fā)現(xiàn)喬—草植物群落類型的實(shí)測(cè)區(qū)人體熱舒適度基本處于熱和很熱的范圍，而喬—灌—草、喬—灌植物群落類型的實(shí)測(cè)區(qū)人體熱舒適度基本為溫暖。這表明在夏季，不同的植物群落和植物遮陰對(duì)人體熱舒適度具有一定的影響。

2.7 問卷調(diào)查分析

對(duì)調(diào)查問卷的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，結(jié)果能夠反映出受訪人群在各實(shí)測(cè)區(qū)內(nèi)的感受差異。受訪人群在各實(shí)測(cè)區(qū)的熱感覺投票為舒適及以上（TSV≥0）的人數(shù)占比均在80%以上，實(shí)測(cè)區(qū)S1內(nèi)受訪人群熱感覺為中性（TSV=0）的占比較高，達(dá)到35%;實(shí)測(cè)區(qū)S5內(nèi)受訪人群熱感覺為中性的（TSV=0）占比最少，為0%。各實(shí)測(cè)區(qū)內(nèi)濕度感覺投票為中性及以下（HSV≤0）的人數(shù)占比均在50%以上;實(shí)測(cè)區(qū)S1內(nèi)有72%的人未感受到風(fēng)，而實(shí)測(cè)區(qū)S5內(nèi)只有32%的人感受不到風(fēng);實(shí)測(cè)區(qū)S1、S2、S3內(nèi)均有50%以上的人群感受到舒適（OSV=3），相比其他實(shí)測(cè)區(qū)，實(shí)測(cè)區(qū)S5和S4內(nèi)表示很不舒適的人群較多。

2.8 生理等效溫度（PET）與平均熱舒適投票（MTSV）的相關(guān)性分析

運(yùn)用SPSS21.0對(duì)5個(gè)實(shí)測(cè)區(qū)夏季的平均熱感覺投票與生理等效溫度進(jìn)行雙變量相關(guān)分析。生理等效溫度與平均熱舒適投票存在顯著的負(fù)相關(guān)，平均熱舒適投票的Pearson與生理等效溫度的相關(guān)系數(shù)為-0.935。結(jié)果表明平均熱舒適投票（MTSV）隨著生理等效溫度的提高而下降，證明此次問卷調(diào)查具有一定的科學(xué)性。

3 結(jié)語

實(shí)測(cè)結(jié)果表明，綠地空間內(nèi)不同的植物配置對(duì)夏季微氣候效應(yīng)及熱舒適度有明顯的影響。喬木的遮陰效果是影響空氣溫度的最大因素，在炎熱的夏日，利用良好的遮陰效果可以極大地影響綠地對(duì)太陽輻射的吸收，降低空間溫度。喬—灌—草植物群落類型的綠地具有豐富的空間結(jié)構(gòu)，對(duì)微氣候效應(yīng)產(chǎn)生了一定的影響。通過對(duì)比各實(shí)測(cè)區(qū)可以發(fā)現(xiàn)，植物對(duì)空間中空氣相對(duì)濕度的影響較大。在小型綠地設(shè)計(jì)中，應(yīng)通過風(fēng)景園林要素調(diào)節(jié)微氣候效應(yīng)，在有限的條件下適當(dāng)考慮灌木的豐富性。各實(shí)測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速變化較為復(fù)雜，但從實(shí)驗(yàn)可以看出，喬—灌—草植物群落類型的空間中平均風(fēng)速相對(duì)較小，原因是其空間封閉性較強(qiáng)，對(duì)風(fēng)速的阻礙能力較強(qiáng)，同時(shí)這也影響了空氣溫度的下降，因此在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)盡量避免形成完全閉合的空間結(jié)構(gòu)，通過喬—灌的搭配形成半圍合空間結(jié)構(gòu)，對(duì)微氣候效應(yīng)有良好的作用。從PET的日變化情況結(jié)合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來看，夏季炎熱的天氣無法讓人們?cè)谑彝饪臻g得到舒適的熱感受，人在室外的熱舒適感受基本處于溫暖至很熱的狀態(tài)。通過調(diào)查問卷發(fā)現(xiàn)，喬—草植物群落類型的實(shí)測(cè)點(diǎn)中，人們的熱感覺投票結(jié)果以熱、很熱居多。

校園綠地空間微氣候受到地區(qū)大氣候和季節(jié)變化的影響，在綠地空間應(yīng)多考慮喬—灌—草植物群落類型，形成豐富的空間結(jié)構(gòu)。在喬木的配置上，要考慮排列和樹種選擇的合理性，如在場(chǎng)地周邊地帶采用喬木帶植的方式，在人流較大的通道兩側(cè)可以采用喬木對(duì)植的方式，以形成有效的遮陰面積，降低空氣溫度，而在喬木的樹種上，可以選擇郁密度較高的落葉喬木。一個(gè)舒適的校園空間離不開綠地的生態(tài)效益，通過風(fēng)景園林要素調(diào)節(jié)微氣候效應(yīng)可以改善空間舒適感。研究校園綠地中不同的植物配置對(duì)空間微氣候及人體熱舒適度的影響，可以為校園綠地景觀設(shè)計(jì)提供理論數(shù)據(jù)參考。

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作者簡介：徐鋮（1994—），男，江蘇連云港人，碩士在讀，研究方向：藝術(shù)設(shè)計(jì)——環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)（城市開放空間微氣候）。