基于人體舒適度的北方公園綠地夏季小氣候?qū)崪y(cè)分析
——以蘭州市金城公園為例

苗如如，唐紅

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

0 引言

近年來全球變暖導(dǎo)致我國(guó)夏季高溫事件頻繁發(fā)生，加之城市化進(jìn)程引起城市熱島效應(yīng)使一些城市酷熱程度增加，而戶外環(huán)境過熱嚴(yán)重威脅居民的身體健康。有學(xué)者對(duì)氣候、城市關(guān)系、城市微氣候改善等方面進(jìn)行了研究，希望通過有效的環(huán)境設(shè)計(jì)策略，并利用現(xiàn)有氣候條件來改善城市小氣候環(huán)境。小尺度范圍的環(huán)境氣候直接影響了人體的舒適性[1-8]。植物群落直接影響著公園空間小氣候，而公園是戶外熱舒適研究的重要空間類型之一[9-14]。本研究針對(duì)蘭州市金城公園進(jìn)行夏季小氣候?qū)崪y(cè)分析，探討金城公園中植物群落間溫度、濕度、風(fēng)速等氣候因子波動(dòng)和舒適度感受。

1 材料與方法

1.1 研究場(chǎng)地

1.1.1 研究區(qū)概況。蘭州金城公園位于蘭州市西固區(qū)南山腳下，面積約為133 333 平方米，是蘭州市內(nèi)面積較大、功能較為健全的文化主題城市公園。

1.1.2 樣地設(shè)置。樣地群落全部選擇在金城公園1 期植物種類較為豐富、過往游人相對(duì)較少的區(qū)域。同時(shí)為了減少水面對(duì)群落內(nèi)微氣候的影響，樣地選址遠(yuǎn)離公園水體。在公園內(nèi)根據(jù)群落特征選取5 個(gè)樣方，每個(gè)樣方為50 m×60 m，因?yàn)樵诖朔秶鷥?nèi)每個(gè)植物群落都獨(dú)立存在且囊括群落類型所需植物種類（圖1）。樣方A 為喬灌草植物群落，喬木主要為國(guó)槐，灌木主要為木槿，草本為結(jié)縷草。樣方B 為喬灌植物群落，喬木主要為欒樹，灌木主要為連翹。樣方C 為喬草植物群落，喬木主要為圓柏，草本為結(jié)縷草。樣方D 為灌草植物群落，灌木主要為榆葉梅，草本為結(jié)縷草。樣方E 為裸露草地群落，草地植物主要為結(jié)縷草（表1）。

表1 各群落植物種類

圖1 植物群落樣方布置及現(xiàn)場(chǎng)照片

1.2 數(shù)據(jù)收集

按照氣象學(xué)劃分，蘭州的夏季為6 月、7 月、8月，本文的研究于2021 年6 月15 日～8 月10 日這三個(gè)最熱的月份，期間共計(jì)30 個(gè)晴朗天氣日進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)問卷調(diào)查和微氣候數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)。問卷發(fā)放時(shí)間段與小氣候?qū)崪y(cè)時(shí)間段相對(duì)應(yīng)。

1.2.1 問卷調(diào)查。調(diào)研問卷設(shè)計(jì)為個(gè)人信息和舒適度打分兩個(gè)板塊（表2）。調(diào)研期間共獲得有效問卷385份，6 月、7 月和8 月問卷數(shù)分別為129、131 和125 份。

表2 人體舒適度調(diào)查問卷

1.2.2 小氣候?qū)崪y(cè)。測(cè)試儀器采用中國(guó)希瑪儀表生產(chǎn)的AR866A 熱線式風(fēng)速儀和AS847 分體式溫濕度計(jì)。每個(gè)植物樣方于植物群落內(nèi)各設(shè)置4 個(gè)測(cè)點(diǎn)（圖2），最終實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)取其均值進(jìn)行分析。每日從8：30 至17：00 時(shí)不間斷測(cè)量，每5 分記錄一次數(shù)據(jù)，最終取每日9：00 至15:30 之間的數(shù)據(jù)作為最終分析數(shù)據(jù)。

圖2 植物群落樣方及測(cè)點(diǎn)詳情

1.3 蘭州典型人體舒適度評(píng)價(jià)模型分析選取

本研究比較了WBGT（黑球溫度）、HI（熱強(qiáng)度指標(biāo)）、UTCI（通用熱氣候指數(shù)）、DI（人體舒適度指數(shù)）以及THI（溫濕指數(shù)）五種人體舒適度評(píng)價(jià)模型，發(fā)現(xiàn)DI（人體舒適度指數(shù)）結(jié)合溫度、濕度以及風(fēng)速三個(gè)小氣候指標(biāo)對(duì)人體舒適度進(jìn)行評(píng)價(jià)，應(yīng)用于人體舒適度指數(shù)預(yù)報(bào)[15-16]，比較適合蘭州地區(qū)人體舒適度評(píng)價(jià)。該模型公式為：

式中，V 為平均風(fēng)速；DI 為人體舒適度指數(shù)；T 為平均氣溫；RH 為相對(duì)濕度。中國(guó)氣象局限定規(guī)定人體舒適度級(jí)別分為9 類[17]（表3），由表可知，夏季DI 值越低，人體舒適度越高，DI 值越高，人體舒適度越低。

表3 人體舒適度級(jí)別劃分

1.4 數(shù)據(jù)處理

對(duì)實(shí)驗(yàn)日內(nèi)五種植物群落實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，利用Origin 2019 b 數(shù)據(jù)處理軟件圖示各植物群落相對(duì)濕度和空氣溫度以及與當(dāng)天實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)二者差值，以此來反映對(duì)比不同植物群落對(duì)環(huán)境小氣候的調(diào)節(jié)趨勢(shì)。

另外，將微氣候數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為DI 人體舒適度指數(shù)，以此來反映人體當(dāng)下感知客觀舒適度狀況。利用問卷調(diào)查顯示人體主觀舒適狀況，以此形成主客觀人體舒適度數(shù)據(jù)，利用SPSS 軟件探究場(chǎng)地人體舒適度與微氣候因子的相關(guān)關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物群落對(duì)環(huán)境氣候的影響

空氣溫度與相對(duì)濕度可以反映一個(gè)區(qū)域的微氣候特征。本研究以△T 和△RH 表示各樣方的空氣溫度與相對(duì)濕度與氣象站顯示的實(shí)時(shí)溫度與濕度之間的差值變化（圖3）。對(duì)比植物群落實(shí)測(cè)樣方可發(fā)現(xiàn)，△T 趨勢(shì)先變小后變大，而△RH 趨勢(shì)則先變大后變小。觀察結(jié)果表明公園綠地對(duì)園林小氣候環(huán)境起著顯著調(diào)節(jié)作用，不同植物群落可以不同作用力于小氣候環(huán)境，但整體調(diào)節(jié)趨勢(shì)相對(duì)統(tǒng)一。另外，我們可以發(fā)現(xiàn)在樣方A、樣方B、樣方D 三種植物群落的-△T 次數(shù)均大于△T次數(shù)，樣方C 和樣方E 反之，這表明喬灌草植物群落、喬灌群落以及灌草群落能更有效降低環(huán)境溫度，提高夏季人體舒適感。其次，各群落的△RH 最大值均出現(xiàn)在11：00～12：30 時(shí)間段內(nèi)，這表明當(dāng)中午太陽輻射較大的時(shí)候，各植物群落能產(chǎn)生更為顯著的保濕效應(yīng)。

圖3 不同植物群落的△T 和△RH

2.2 各植物群落人體舒適度分析

通過各植物群落人體舒適度指數(shù)（圖4），可以看出喬灌草植物群落和灌草植物群落人體舒適度指數(shù)集中于60～90，說明在這兩種群落中模型顯示人體舒適度指數(shù)較高，裸露草地人體舒適度指數(shù)則更集中于90～105，說明在該群落中模型顯示人體舒適度指數(shù)較低。通過主觀舒適度投票顯示（圖5），游人在喬灌草植物群落和灌草植物群落投票結(jié)果顯示舒適級(jí)別0 與1 占比更高，說明在這三類群落中游人心理感知較舒適，在裸露草地游人舒適度最低。對(duì)比說明夏季金城公園人體舒適心理感知與模型分型結(jié)果保持一致，以此表明人體舒適度指數(shù)DI 能夠客觀反映蘭州市公園綠地人體舒適度?；跉夂蛞蜃拥膶?shí)測(cè)，運(yùn)用人體舒適度指數(shù)DI將微氣候數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為人體舒適度。通過溫度、濕度、風(fēng)速等微氣候因素計(jì)算出的DI 值來反映人體所處場(chǎng)地的舒適度情況。

圖5 各植物群落主觀舒適度投票

由圖4 可以看出各植物群落DI 值均在50～105 的區(qū)間內(nèi)，喬草植物群落與裸露草地DI 值均在14：00 前達(dá)到最大后下降。喬灌草植物群落、喬灌植物群落、灌草植物群落DI 值均在14：00 后達(dá)到最大后下降，但這三個(gè)測(cè)點(diǎn)的下降趨勢(shì)較喬草植物群落與裸露草地相對(duì)平緩。即在14：00 之前，喬草植物群落與裸露草地的舒適度較高，14：00 之后樣方喬灌草植物群落、喬灌植物群落、灌草植物群落舒適度較高。這是由于溫度上升時(shí)，裸露草地與喬草群落升溫較快，舒適度較低。當(dāng)大氣溫度降低時(shí)其散熱也快，對(duì)風(fēng)的遮擋作用很小，造成了群落內(nèi)舒適度上升。喬灌草植物群落、喬灌植物群落以及灌草植物群落由于植物類型較為復(fù)雜，在大氣溫度上升時(shí)群落內(nèi)的空氣溫度上升較為緩慢，舒適度較高，當(dāng)外界溫度下降時(shí)群落內(nèi)的散熱較慢，造成群落內(nèi)舒適度較差。

圖4 各植物群落人體舒適度指數(shù)

將植物群落測(cè)試組的主觀舒適度投票與微氣候因子進(jìn)行相關(guān)性分析（表4），發(fā)現(xiàn)夏季人體舒適度與溫度顯示為負(fù)相關(guān)，與相對(duì)濕度顯示為正相關(guān)，與風(fēng)速相關(guān)性極不顯著。說明受訪者處于植物群落空間對(duì)于溫度感受較敏感，對(duì)濕度感受一般。溫度與舒適度投票顯示溫度越高越不舒適；濕度與舒適度投票顯示濕度越大越舒適。

表4 舒適度打分與各氣候因子相關(guān)性分析

2.3 小氣候因子實(shí)測(cè)分析

2.3.1 相對(duì)濕度。如各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度值（圖6），各植物群落的濕度范圍在17%～47%，且各測(cè)點(diǎn)空氣濕度的整體變化都是呈先下降后上升的趨勢(shì)。上午與下午空氣濕度較大，中午考慮到太陽輻射，使得大氣中的水汽蒸發(fā)顯著，導(dǎo)致綠地水汽散失。具體來說，在9：00～12：30 時(shí)間段內(nèi)濕度逐漸降低，在12：30～14：00時(shí)間段內(nèi)濕度先小幅上升，至14：00 開始回落，在14：00～15：30 時(shí)間段內(nèi)濕度逐漸回升。其中，在9：00～12：00時(shí)間段內(nèi)，各測(cè)點(diǎn)濕度較高，最大值出現(xiàn)在喬灌草群落，為46.3%；在12：00～13：30 時(shí)間段內(nèi)，各測(cè)點(diǎn)濕度較低，最小值出現(xiàn)在裸露草地，為18.1%，二者相差28.1%。由圖可知，各植物群落相對(duì)濕度由大到小的排列順序?yàn)閱坦嗖萑郝洌締坦嗳郝洌竟嗖萑郝洌締滩萑郝洌韭懵恫莸亍?/p>

圖6 各植物群落相對(duì)濕度

2.3.2 空氣溫度。由各測(cè)點(diǎn)空氣溫度值可知（圖7），各樣方溫度的整體變化基本都顯現(xiàn)為先增加，至13：30 達(dá)到最大值，之后逐漸回落的趨勢(shì)。其中，在12：00～14：30 時(shí)間段內(nèi)各測(cè)點(diǎn)空氣溫度均較高，最大值出現(xiàn)在樣方E，數(shù)值為40℃；在9：00～10：00 時(shí)間段內(nèi)各測(cè)點(diǎn)空氣溫度均較低，最小值出現(xiàn)在樣方D，數(shù)值為22.8℃，二者相差17.2℃。其中，樣方C 在12：30 達(dá)到了最大溫度，樣方E 溫度一直呈現(xiàn)相對(duì)上升趨勢(shì)，這表明喬草群落的升溫速度較快。其他測(cè)點(diǎn)溫度變化均不明顯，且最大值均出現(xiàn)在13：00 之后，這表明灌草群落、喬灌群落以及喬灌草群落升溫較為緩慢，此三類植物群落都具有相同的群落特征，即植物配置種類較多，灌叢層次豐富緊湊，能有效抵擋太陽輻射。在一定程度上群落內(nèi)植物葉面積指數(shù)較高，葉片滯留濕氣效果顯著，這表明在夏季，當(dāng)大氣溫度上升，在植物群落內(nèi)，豐富的植物配置對(duì)環(huán)境的降溫保濕具有重要作用。

圖7 各植物群落空氣溫度

2.3.3 風(fēng)速。如各點(diǎn)風(fēng)速值（圖8），各個(gè)植物群落的測(cè)點(diǎn)風(fēng)速變化較復(fù)雜。尤其是喬草植物群落、灌草植物群落以及裸露草地的風(fēng)速變化波動(dòng)較大，其中60%時(shí)間段風(fēng)速均大于1 m/s。喬灌草植物群落與喬灌植物群落風(fēng)速變化平緩，且一直維持在0.2～0.8 m/s。各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速最大值出現(xiàn)在裸露草地，表明夏季喬草植物群落、灌草植物群落以及裸露草地能更好地通風(fēng)。

圖8 各植物群落風(fēng)速

3 結(jié)論與討論

本研究對(duì)蘭州金城公園進(jìn)行微氣候?qū)崪y(cè)和大眾心理問卷調(diào)查，得出以下結(jié)論：

（1）公園綠地對(duì)園林小氣候環(huán)境起著顯著調(diào)節(jié)作用，不同植物群落對(duì)小氣候環(huán)境作用不一，但整體調(diào)節(jié)趨勢(shì)相對(duì)統(tǒng)一；喬灌草植物群落、喬灌群落以及灌草群落能更有效降低環(huán)境溫度，提高夏季人體舒適感。

（2）人體舒適度指數(shù)DI 能夠客觀反映蘭州市公園綠地人體舒適度；夏季大氣溫度上升致使裸露草地與喬草群落升溫顯著，人體舒適度較差，大氣溫度降低時(shí)群落內(nèi)散熱速度加快，加之群落內(nèi)植物對(duì)風(fēng)速的遮擋作用較小，造成群落內(nèi)舒適度上升；喬灌草植物群落、喬灌植物群落以及灌草植物群落植物類型較為復(fù)雜，在大氣溫度上升時(shí)，群落內(nèi)的空氣溫度上升緩慢，尤其在中午太陽輻射較大時(shí)該現(xiàn)象更加突出，植物群落降溫保濕作用明顯，導(dǎo)致群落內(nèi)舒適度增加。

（3）各植物群落的濕度范圍在17%～47%，且各測(cè)點(diǎn)空氣相對(duì)濕度的整體變化趨勢(shì)都是呈先下降后上升的趨勢(shì)；各測(cè)點(diǎn)的溫度趨勢(shì)變化相近，呈先上升后下降趨勢(shì)，喬草群落的升溫速度較快，灌草群落、喬灌群落以及喬灌草群落升溫較為緩慢，表明在夏季大氣溫度上升明顯時(shí)，豐富的植物配置對(duì)群落空間環(huán)境降溫保濕具有重要作用；各個(gè)植物群落的測(cè)點(diǎn)風(fēng)速變化較復(fù)雜，喬木+草本、灌木+草本的組合以及裸露草地能起到很好的通風(fēng)作用。

通過對(duì)蘭州金城公園小氣候的實(shí)測(cè)研究發(fā)現(xiàn)，各植物群落對(duì)所在區(qū)域的小氣候具有調(diào)節(jié)作用，因此設(shè)計(jì)合理的景觀植物群落的布局形式可營(yíng)造更加舒適宜人的公園小氣候環(huán)境，所以在注重景觀藝術(shù)性的同時(shí)對(duì)公園綠地的效益需求更廣[18-19]，希望此研究可為城市營(yíng)造更加適宜的公園綠地空間提供參考。