甘義猛，梁 濤，陳珂珂，何瑞珍

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院， 鄭州 450002)

基于可控的建筑和綠化布局因素對(duì)居住區(qū)微氣候影響研究

甘義猛，梁 濤，陳珂珂，何瑞珍

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院， 鄭州 450002)

以綜合性居住區(qū)帝湖花園為樣區(qū)，根據(jù)實(shí)際情況確定11個(gè)樣點(diǎn),實(shí)測(cè)風(fēng)溫濕度等微氣候數(shù)據(jù)。選取建筑高度、天空視域因子SVF、三維綠量、綠地垂直結(jié)構(gòu)類型四個(gè)影響參數(shù)與風(fēng)溫濕值進(jìn)行相關(guān)性和線性回歸分析,綜合研究不同建筑和綠化布局對(duì)居住區(qū)微氣候的影響特征。結(jié)果表明：建筑高度、SVF、三維綠量、綠地垂直結(jié)構(gòu)等因素是影響居住區(qū)溫濕度變化的重要因子；溫度與SVF呈顯著正相關(guān)性，與樓高、三維綠量呈負(fù)相關(guān)性；相對(duì)濕度與樓高、SVF呈顯著負(fù)相關(guān)性，與三維綠量呈正相關(guān)；SVF每增加10%，氣溫上升1.01 ℃，相對(duì)濕度降低1.8%；喬灌草和純喬木的綠地類型具有更好的降溫增濕作用。研究結(jié)果可以作為城市綠地生態(tài)效益評(píng)價(jià)的參考，并為城市居住區(qū)綠地的設(shè)計(jì)、改造和管理提供部分科學(xué)依據(jù)。

居住區(qū)微氣候；建筑高度；天空視域因子；三維綠量；綠地垂直結(jié)構(gòu)；回歸分析

城市微氣候指城市冠層以下的氣候環(huán)境，主要由空氣溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)環(huán)境等因素構(gòu)成。近十幾年來(lái)，快速的城市化進(jìn)程對(duì)城市微氣候環(huán)境造成了重要影響，受到交通排熱和建筑排熱以及下墊面結(jié)構(gòu)的改變等因素的綜合影響，城市熱環(huán)境逐漸惡化，“熱島現(xiàn)象”及其負(fù)面作用日漸凸顯[1-2]。

居住區(qū)是城市居民戶外活動(dòng)的最主要場(chǎng)所，其環(huán)境質(zhì)量的好壞切實(shí)關(guān)系到居民的身心健康。當(dāng)前由于土地壓力及其他方面原因，高層高密度形式的居住區(qū)越來(lái)越多，建筑密度和容積率逐漸加大，植被結(jié)構(gòu)單一，這些因素綜合造成了復(fù)雜的居住區(qū)微氣候環(huán)境。隨著人居環(huán)境學(xué)的發(fā)展，室外微氣候環(huán)境質(zhì)量越發(fā)受到人們的重視，研究其他因素如何影響居住區(qū)微氣候環(huán)境已經(jīng)成為非常具有實(shí)際意義的規(guī)劃問(wèn)題[3-4]。

眾多學(xué)者對(duì)居住區(qū)微氣候環(huán)境做了相關(guān)研究，包括翟炳哲等[5]通過(guò)2013—2014年在鄭州市區(qū)14個(gè)居住區(qū)，對(duì)戶外地面1.5 m高處和樓頂微氣候測(cè)量發(fā)現(xiàn)，小區(qū)居民活動(dòng)高度的溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、光照度等與樓頂有顯著差異。秦俊[6]以上海居住區(qū)為例，利用實(shí)測(cè)，研究影響居住區(qū)氣溫的景觀綠化指標(biāo)，并建立居住區(qū)熱環(huán)境指數(shù)及其模型。結(jié)果表明，綠化喬木比例、綠化覆蓋率與居住區(qū)氣溫呈極顯著負(fù)相關(guān)，平均斑塊面積與居住區(qū)氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)。陳卓倫等[7]以廣州某住宅小區(qū)為例，定點(diǎn)實(shí)測(cè)其中的溫度、相對(duì)濕度及風(fēng)速等數(shù)據(jù)，考察人工期、樹(shù)陰以及下墊面性質(zhì)等對(duì)室外熱環(huán)境的影響，定量分析景觀設(shè)計(jì)因子的權(quán)重關(guān)系，探討通過(guò)改變相應(yīng)的因子來(lái)改良住區(qū)熱環(huán)境的方法。除了居住區(qū)綠化因素的影響作用外，國(guó)內(nèi)外[8-10]相關(guān)實(shí)測(cè)研究發(fā)現(xiàn)，天空視域因子SVF是影響熱環(huán)境分布的重要因素，與居住區(qū)建筑密度、容積率、建筑高度相關(guān)，共同影響居住區(qū)微氣候環(huán)境。Liang Chen等[11]對(duì)香港高層高密度的居住區(qū)進(jìn)行研究得出當(dāng)SVF<0.35時(shí)溫度會(huì)增加3 ℃；當(dāng)0.35

不同于以上學(xué)者從建筑因素或綠化角度，對(duì)居住區(qū)微氣候環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行研究，本研究著重選擇有多類型下墊面的高層和多層居住區(qū)為樣區(qū)，搜集樣區(qū)不同樣點(diǎn)的風(fēng)溫濕數(shù)據(jù)，選取多種影響參數(shù)并結(jié)合SPSS19軟件進(jìn)行相關(guān)性分析和線性回歸分析，綜合基于可控的建筑和綠化布局因素對(duì)居住區(qū)微氣候影響研究，闡明不同配置下居住區(qū)微氣候的變化規(guī)律。研究可為城市居住區(qū)空間的設(shè)計(jì)、建設(shè)、改造和管理提供部分科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況和方法

1.1 研究區(qū)概況

河南省鄭州市位于112°42′—114°13′E， 34°16′—34°58′N(xiāo)，屬于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春季干旱少雨，夏季炎熱多雨，秋季晴朗日照長(zhǎng)，冬季寒冷少雪。年平均氣溫在14～14.3 ℃之間；年平均降雨量為640.9 mm；無(wú)霜期220 d。

研究對(duì)象帝湖花園小區(qū)位于鄭州市中原區(qū)內(nèi)，距離市中心8.2 km。該樣區(qū)總規(guī)劃用地206.67 hm2，樣區(qū)面積大，呈行列式布局排列，為鄭州市大型綜合居住小區(qū)。由于帝湖花園兼有高層和低層建筑，且兩者在同一位置，建設(shè)年限、建筑材料等外部條件相同，有助于研究樓層高度對(duì)居住區(qū)微氣候的影響。高層建筑綠化覆蓋率33%，綠地率30.8%；多層建筑綠化覆蓋率29%，綠地率27.2%，綠化情況較好，能在一定程度上代表現(xiàn)在新建小區(qū)重視綠化的趨勢(shì)。下墊面類型有廣場(chǎng)、水泥路面、樹(shù)木、草地和水體，是多種下墊面混合組成的典型城市下墊面，因此選擇該樣區(qū)進(jìn)行微氣候特征研究，對(duì)于研究城市復(fù)雜下墊面和溫帶氣候條件下的微氣候特征具有一定的參考價(jià)值。

1.2 樣點(diǎn)設(shè)置

根據(jù)盡量均勻設(shè)置的原則，從建筑高度、樹(shù)陰遮擋情況、是否臨近水面、不同下墊面等角度綜合選擇了11個(gè)樣點(diǎn)。需要說(shuō)明的是：樣區(qū)總體包括北部?jī)刹糠指邔訁^(qū)域、中部的低密度低層別墅區(qū)及右邊大片普通多層區(qū)域，別墅區(qū)由于樣區(qū)安保限制無(wú)法進(jìn)入，因此樣點(diǎn)的設(shè)置主要考慮在高層及多層均要有所覆蓋，同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，兩塊高層區(qū)域內(nèi)部建筑及綠化設(shè)置基本相似，由此選擇了西北處高層的三個(gè)樣點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)其不同的綠地布局形式，重點(diǎn)在多層區(qū)域布置8個(gè)樣點(diǎn)，由北向南依次設(shè)置。具體的樣點(diǎn)位置見(jiàn)圖1及表1。

1.3 樣點(diǎn)空間分析

以樣點(diǎn)為中心，半徑10 m，繪制樣點(diǎn)的微環(huán)境示意圖，來(lái)描述樣點(diǎn)周?chē)目臻g情況(圖2)。1，8，10三個(gè)樣點(diǎn)的植被布局相同，1和10號(hào)樣點(diǎn)在喬木的邊緣，8號(hào)樣點(diǎn)在喬木的中心；2，4，6和11四個(gè)樣點(diǎn)相似，它們的區(qū)別在于：2號(hào)樣點(diǎn)東西兩側(cè)臨近建筑，位于瀝青路上，4號(hào)樣點(diǎn)西側(cè)臨水，東側(cè)為建筑，6號(hào)樣點(diǎn)南北兩側(cè)為建筑，也位于瀝青路上，11號(hào)樣點(diǎn)西側(cè)臨近鋪裝廣場(chǎng)，東側(cè)為建筑，地面為水泥路面；7號(hào)和9號(hào)兩個(gè)樣點(diǎn)的植物配置是相同的，只是9號(hào)樣點(diǎn)的封閉性高于10號(hào)樣點(diǎn)；3號(hào)樣點(diǎn)為集中布置的草坪；5號(hào)樣點(diǎn)為硬質(zhì)界面。

表1 樣點(diǎn)設(shè)置情況說(shuō)明樣點(diǎn)編號(hào)層級(jí)樹(shù)陰空間類型位置1高層樹(shù)陰下喬灌草北部樓間塊狀綠地2高層樹(shù)陰下純喬木北部主干道行道樹(shù)下面3高層無(wú)草坪北部草坪,臨近人工水池4多層樹(shù)陰下純喬木中部干道行道樹(shù)下,鄰水5多層無(wú)硬質(zhì)鋪裝中部居民活動(dòng)廣場(chǎng)6多層樹(shù)陰下純喬木中部主干道行道樹(shù)下面7多層無(wú)灌草中部樓后基礎(chǔ)綠化帶8多層樹(shù)陰下喬灌草南部塊狀綠地,主路旁邊9多層無(wú)灌草南部樓后基礎(chǔ)綠化帶10多層樹(shù)陰下喬灌草南部樓間主干道行道樹(shù)下面11多層樹(shù)陰下純喬木南部樓間次干道行道樹(shù)下面

1.4 參數(shù)的選擇

影響居住區(qū)微氣候的不可控影響因素主要有大氣條件、季節(jié)變換、日間條件、風(fēng)速、云層等；可控因素主要為居住區(qū)面積、容積率、建筑密度、建筑高度、天空視域因子、植被綠化體系等。每個(gè)因素都會(huì)部分影響太陽(yáng)輻射、空氣對(duì)流等過(guò)程，導(dǎo)致復(fù)雜的城市居住區(qū)微環(huán)境。本次研究因變量選擇居住區(qū)內(nèi)平均溫度、平均相對(duì)濕度及平均風(fēng)速，自變量的選擇專注于可控的居住區(qū)建筑布局和綠化因素[12]，更利于對(duì)城市居住區(qū)微環(huán)境的研究。

綜合性居住區(qū)大多呈高層建筑與多層建筑相混合的特點(diǎn)，建筑物高度的不同對(duì)微氣候有直接的影響。高層擁有較高的容積率、但同時(shí)建筑間距拉大，受到建筑陰影和峽口效應(yīng)的影響，高層居住區(qū)風(fēng)溫濕與多層有著很大的不同。天空視域因子(Sky View Factor，SVF)反映了周?chē)匚飳?duì)天空的遮蔽程度，是一個(gè)0到1之間的無(wú)量綱測(cè)量參數(shù)，“0”代表完全封閉，“1”代表完全開(kāi)敞空間。SVF實(shí)質(zhì)上定義了城市建筑空間的封閉程度，是影響城市熱島效應(yīng)的重要因素。SVF與天空和地面之間的輻射交換直接相關(guān)，它表達(dá)了整個(gè)輻射半球表面接收或發(fā)射的輻射的比值[13-15]。在熱島效應(yīng)最為顯著的夏季高溫天氣條件下，城市綠地植被的生態(tài)效益表現(xiàn)更明顯。綠化覆蓋率的大小最直接也是最根本影響整體綠地生態(tài)效益。然而在現(xiàn)實(shí)居住區(qū)綠地面積有限的背景下，綠地結(jié)構(gòu)在小尺度上更能體現(xiàn)綠地生態(tài)功能的強(qiáng)弱，綠地的三維綠量與植物的遮陽(yáng)和蒸騰降溫能力息息相關(guān)，綠量空間指標(biāo)主要側(cè)重于三維綠色空間，綠地自身的層次結(jié)構(gòu)即垂直方向上的結(jié)構(gòu)層次對(duì)綠地內(nèi)部形成局部環(huán)流，實(shí)現(xiàn)熱量交換的影響表現(xiàn)也尤為明顯[16-17]。 由此，本次研究綜合選擇影響居住區(qū)微氣候的部分可控因素，包括建筑高度、天空視域因子SVF、植被群落三維綠量和綠地垂直結(jié)構(gòu)類型。

1.5 研究方法

場(chǎng)地內(nèi)樣點(diǎn)溫度變化受到如植被、建筑布局、地形、交通密度和其他人為熱釋因素的綜合影響，但主要取決于陰影區(qū)域強(qiáng)度和地表性質(zhì)。

在城市不同區(qū)域中各項(xiàng)因素是變化的，因此那種把不同場(chǎng)地中的風(fēng)溫濕度與某一處單一的外部參考點(diǎn)如城市的氣象站進(jìn)行比較，往往會(huì)得出不正確的結(jié)論。

由此，本次研究中冷卻效應(yīng)被認(rèn)為是現(xiàn)場(chǎng)不同樣點(diǎn)測(cè)量的風(fēng)溫濕度與相應(yīng)的參照點(diǎn)之間的差異。參照點(diǎn)的選擇需符合以下兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn):一是參照點(diǎn)要接近于實(shí)測(cè)樣點(diǎn)的場(chǎng)地；二是參照點(diǎn)是沒(méi)有樹(shù)木的，并且一天中的大部分時(shí)間能接收到陽(yáng)光，它代表了沒(méi)有植被影響的場(chǎng)地的背景，如此定義的冷卻效果，在某種程度上是周?chē)谋尘皽囟鹊暮瘮?shù)。本研究中將無(wú)綠化覆蓋的硬質(zhì)鋪裝5號(hào)點(diǎn)作為對(duì)照點(diǎn)。

測(cè)量時(shí)段選取為2015 — 09 — 20—2015 — 09 — 25的連續(xù)5天，均為晴朗、靜風(fēng)天氣，測(cè)量時(shí)間為所選時(shí)段內(nèi)每天的08: 00—19: 00，共12 h。測(cè)量工具包括路昌LM—8000溫度相對(duì)濕度風(fēng)速照度四合一環(huán)境測(cè)量?jī)x，該儀器具有測(cè)量參數(shù)多、精度高、便于攜帶的特點(diǎn)，溫度測(cè)量范圍為-100～1300 ℃，精確度±1%，相對(duì)濕度測(cè)量范圍為10%～95%，精確度±4%，其他工具還包括帶有魚(yú)眼鏡頭的SONYnex7相機(jī)以及常用的測(cè)量卷尺等。

測(cè)量方法： 關(guān)于風(fēng)溫濕度數(shù)據(jù)，利用四合一環(huán)境測(cè)量?jī)x測(cè)量不同樣點(diǎn)行人高度(距地面1.5 m)處溫濕度數(shù)據(jù)，每小時(shí)測(cè)1次，每次同一樣點(diǎn)分4個(gè)方向得出4組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)測(cè)量持續(xù)時(shí)間1～3 min，每組數(shù)據(jù)讀取最大值和最小值，并取平均值作為每組最終的測(cè)量數(shù)值，即每個(gè)樣點(diǎn)得到5×12×4測(cè)量結(jié)果，取空氣風(fēng)溫濕度的算術(shù)平均值，公式為:

C=(C1+C2+…+Cn)/n，

式中，C為測(cè)定時(shí)段內(nèi)某樣區(qū)某樣點(diǎn)空氣風(fēng)溫濕度平均值，C1,…,Cn為測(cè)定時(shí)段樣點(diǎn)空氣風(fēng)溫濕度測(cè)定值，n為測(cè)定值個(gè)數(shù)；

關(guān)于風(fēng)速測(cè)量，考慮到風(fēng)向變化的不確定性，每小時(shí)測(cè)1次，每次先找出主方向，利用四合一環(huán)境測(cè)量?jī)x測(cè)量主風(fēng)向上的風(fēng)速，每次測(cè)量4組數(shù)據(jù)，每次30 s～1 min，取四組數(shù)據(jù)的平均值為最后風(fēng)速平均值；使用帶有魚(yú)眼鏡頭的SONYnex7相機(jī)于地面高0.8 m處對(duì)各樣點(diǎn)垂直于地面向上進(jìn)行定點(diǎn)拍照以獲取魚(yú)眼圖像，結(jié)合采用WinSCANOPY專業(yè)分析軟件(WinSCANOPY是分析太陽(yáng)輻射和樹(shù)冠的數(shù)字圖像分析儀，工作原理是對(duì)數(shù)碼相機(jī)拍攝的魚(yú)眼鏡頭圖像進(jìn)行專門(mén)軟件分析)進(jìn)行不同樣點(diǎn)SVF值的計(jì)算；植被數(shù)據(jù)以實(shí)地調(diào)研的方式獲得樣區(qū)各樣點(diǎn)的植物優(yōu)勢(shì)種及其株高、冠幅等綠地特征參數(shù)，結(jié)合郭雪艷[18]關(guān)于常見(jiàn)園林樹(shù)種綠量計(jì)算方法，研究計(jì)算了每個(gè)樣點(diǎn)10 m范圍內(nèi)的植被綠量情況。

最后，用MICROSOFT EXCEL軟件處理表格，用SPSS19.0分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性相關(guān)性分析和線性回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)據(jù)結(jié)果

根據(jù)上述研究方法，對(duì)各個(gè)樣點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了相應(yīng)的分析，結(jié)果如表2所示：

表2 各樣點(diǎn)平均風(fēng)溫濕度及SVF、三維綠量值樣點(diǎn)號(hào)平均溫度/℃平均相對(duì)濕度/%平均風(fēng)速/(m/s)SVF/%三維綠量/m3125.834.91.125.8609.3226.132.81.027.6378.2328.929.50.946.913.2426.932.31.342.0291.5529.528.11.262.21.6626.832.71.139.1287.6728.330.01.247.626.5825.634.71.623.8530.0928.530.32.048.227.31025.734.31.128.0463.11127.131.81.432.1257.0

2.2 居住區(qū)微氣候與各影響因素的相關(guān)性分析

采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的皮爾遜(Pearson)相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)了自變量對(duì)居住區(qū)風(fēng)溫濕的影響(表3)，計(jì)算結(jié)果表明：居住區(qū)內(nèi)部平均溫度與建筑高度、天空視域因子、三維綠量、綠地垂直結(jié)構(gòu)類型之間存在極顯著的相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.815，-0.825，0.842和-0.960；平均相對(duì)濕度與上述四個(gè)參數(shù)之間也存在顯著相關(guān)性，特別是與天空視域因子、三維綠量呈極顯著相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為0.661，-0.204，-0.935和0.970；平均風(fēng)速與四個(gè)影響參數(shù)之間，P值都>0.05，說(shuō)明風(fēng)速與建筑高度、天空視域因子、植被群落三維綠量、綠地垂直布局形式之間沒(méi)有顯著相關(guān)性，也從側(cè)面反映了居住區(qū)風(fēng)速變化的復(fù)雜性。

2.3 天空視域因子、三維綠量與居住區(qū)溫度、相對(duì)濕度的線性擬合關(guān)系

利用SPSS19軟件進(jìn)行SVF值、三維綠量值與居住區(qū)平均溫度和相對(duì)濕度之間的線性分析(見(jiàn)圖3、圖4)。

表3 影響參數(shù)與溫度、相對(duì)濕度及風(fēng)速相關(guān)分析可控因子平均溫度平均相對(duì)濕度平均風(fēng)速RPRPRP建筑高度-0.8150.002**0.6610.027*-0.5450.083天空視域因子0.8420.001**-0.9350.000**0.0770.823三維綠量-0.960.0000.970.000**-0.1240.717綠地垂直布局形式-0.8250.002**-0.2040.047*-0.0640.852 注:R為相關(guān)性系數(shù),**表示在置信度為0.01時(shí),相關(guān)性顯著;*表示在置信度為0.05時(shí),相關(guān)性顯著。

SVF值與溫度呈正相關(guān)，線性公式為:

Ysvf=8.26X-186.16,

式中，X為平均溫度，R2=0.899 8。

在判定一個(gè)線性回歸直線方程的擬合度好壞時(shí)，R2是一個(gè)重要的判定指標(biāo)，它體現(xiàn)了回歸模型所能解釋的因變量變異性的百分比，即在上述線性公式中，變量Ysvf的變化中有89.9%是由變量X引起的，具有較好的擬合度。

SVF值與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)，線性公式為：

Ysvf=-5.039X+199.47,

式中，X為平均相對(duì)濕度，R2=0.873 2。也具有較好的擬合度。

說(shuō)明白天空氣溫度隨著SVF的增加，呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)。原因是較大的SVF代表較大的空間開(kāi)敞度，同時(shí)可能伴隨較小的植被覆蓋，受到太陽(yáng)輻射影響更大，引起空氣升溫更為迅速，同時(shí)相對(duì)濕度降低。通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)的比較發(fā)現(xiàn)，天空可視因子每增加10%，氣溫上升1.01 ℃，相對(duì)濕度降低1.8%。

三維綠量值與溫度呈負(fù)相關(guān)，線性公式為：

Y三維綠量=-152.26X+4 403.3,

式中,X為平均溫度，R2=0.921；

三維綠量值與相對(duì)濕度呈正相關(guān)，線性公式為：

Y三維綠量=95.353X-2 783.8,

式中，X為平均相對(duì)濕度，R2=0.941 8，都具有較高的擬合度。

樹(shù)木主要通過(guò)樹(shù)冠的遮陽(yáng)以及自身的蒸騰作用實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度和輻射的調(diào)節(jié)，葉面和泥土依靠自身吸收、反射太陽(yáng)輻射以及蒸騰作用降低空氣及綠地內(nèi)部空間溫度，增加相對(duì)濕度，進(jìn)而綜合改善局部區(qū)域的微氣候。由此，區(qū)別以往強(qiáng)調(diào)綠化率的觀點(diǎn)，重視提高植被的三維綠量更能提高居住區(qū)生態(tài)效益。

2.4 建筑高度對(duì)居住區(qū)溫濕度的日變化分析

根據(jù)樣點(diǎn)樓層高度情況將數(shù)據(jù)進(jìn)行了分組，分為高層和多層及對(duì)照點(diǎn)3組，結(jié)果詳見(jiàn)圖5。3組樣點(diǎn)溫度日變化趨勢(shì)相似，中午溫度高，早晚溫度低，參照點(diǎn)的溫度變化走勢(shì)波動(dòng)較大，至11: 00達(dá)到溫度最高值，比高層和多層最高溫出現(xiàn)時(shí)間分別提前2 h和3 h。在溫度均值上，高層<多層<對(duì)照點(diǎn)；相對(duì)濕度方面，對(duì)照點(diǎn)于08: 00至11: 00，濕度迅速下降，11: 00到達(dá)最低值，而后開(kāi)始回升，高層和多層在08: 00 至15: 00相對(duì)濕度持續(xù)降低，分別在14: 00和16: 00達(dá)到最低點(diǎn)，相比對(duì)照點(diǎn)晚了3 h和5 h，在相對(duì)濕度均值上，對(duì)照點(diǎn)<多層<高層。說(shuō)明建筑高度與居住區(qū)內(nèi)部氣溫、相對(duì)濕度有顯著相關(guān)性，其與溫度呈負(fù)相關(guān)，與相對(duì)濕度呈正相關(guān)。原因是上午隨著太陽(yáng)輻射增強(qiáng)，由于高樓的相互遮陰，加之樣區(qū)高層之間布置了集中式綠地，綜合降低了空氣溫度。

2.5 綠地垂直結(jié)構(gòu)類型對(duì)溫濕度的日變化分析

結(jié)合圖6可知。各類型空間溫度日變化大致為單峰曲線形狀，呈現(xiàn)早晚低、中午高的特點(diǎn)。對(duì)照點(diǎn)由于缺乏植被冷卻，溫度上升最快，至11: 00點(diǎn)達(dá)到最高溫。喬灌草、純喬木、灌草、草坪分別于16: 00，15: 00，12: 00和14: 00到達(dá)最高溫；較之對(duì)照點(diǎn)分別晚了5 h，4 h，1 h和3 h；較之對(duì)照點(diǎn)白天平均降溫分別為2.2℃，1.7℃，1.2℃和0.9℃。

相對(duì)濕度在各空間變化趨勢(shì)相似，呈現(xiàn)早晚高、中午低的特點(diǎn)。08: 00至12: 00間，各空間相對(duì)濕度都迅速下降，其中以對(duì)照點(diǎn)濕度下降幅度最為強(qiáng)烈，至11: 00到達(dá)濕度最低值，而后緩慢上升。喬灌草、純喬木、灌草和草坪到達(dá)濕度最低值的時(shí)間分別為17: 00，16: 00，16: 00和12: 00；相比對(duì)照點(diǎn)晚了6 h，5 h，5 h和1 h；四種綠地相比對(duì)照點(diǎn)白天平均增濕幅度分別為2.8%，2.7%，0.5%和0.9%；最大增濕幅度分別為4.2%，4.7%，3.3%，2.9%。說(shuō)明在居住區(qū)內(nèi)部綠化布局中，喬灌草和純喬木綠地空間具體更好的降溫增濕效果。

2.6 居住區(qū)風(fēng)環(huán)境分析

相比溫度和相對(duì)濕度的變化，由于居住區(qū)較為復(fù)雜的建筑和植被環(huán)境對(duì)氣流的擾動(dòng)，樣點(diǎn)風(fēng)環(huán)境呈現(xiàn)復(fù)雜變化的特點(diǎn)。

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，整理樣區(qū)的風(fēng)向頻率示意圖(圖7)。高層區(qū)主要風(fēng)向?yàn)槲髂?、南及東南方向，主要原因可能是受到南部樣區(qū)水體的影響；多層區(qū)主要風(fēng)向?yàn)檎狈?、正西方，原因同樣可能是受到水體等開(kāi)敞空間的影響。

考慮到影響風(fēng)速的主要因素是地表的粗糙度，而高層和多層的粗糙度有著顯著區(qū)別，因此分別以高層和多層2個(gè)區(qū)域?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)，分析不同區(qū)域的風(fēng)速情況(圖8a)。通過(guò)對(duì)各個(gè)樣點(diǎn)白晝時(shí)段內(nèi)所測(cè)的風(fēng)速進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)高層在觀測(cè)時(shí)段所測(cè)的平均風(fēng)速為1.4 m/s，多層為1.85 m/s，高層區(qū)域整體風(fēng)速較低，多層風(fēng)速高于高層，參照點(diǎn)全天風(fēng)速變化幅度較大。

為了觀察不同SVF值的樣點(diǎn)的風(fēng)環(huán)境情況，將11個(gè)樣點(diǎn)分成兩組(圖8b)?？芍?

將不同樣點(diǎn)的三維綠量值與平均風(fēng)速進(jìn)行對(duì)比(圖8c)，可以看出各樣點(diǎn)的平均風(fēng)速值均在0～1.8 m/s之間，反映了高密度綜合居住區(qū)內(nèi)較差的風(fēng)環(huán)境，日最高風(fēng)速超過(guò)2.5 m/s的有7個(gè)樣點(diǎn)，反映了風(fēng)速的不穩(wěn)定性。其中樣點(diǎn)9平均風(fēng)速最高，其次為樣點(diǎn)8、樣點(diǎn)11、樣點(diǎn)4和樣點(diǎn)7，然而樣點(diǎn)9和樣點(diǎn)7三維綠量都很低，可以看出三維綠量與風(fēng)速之間沒(méi)有顯著的相關(guān)性。

根據(jù)不同樣點(diǎn)在白晝測(cè)量時(shí)段內(nèi)的風(fēng)速日變化分析(圖8d)可以看出，除草坪和對(duì)照點(diǎn)，其它三種綠地空間總體上呈現(xiàn)風(fēng)速緩慢下降的趨勢(shì)，至12: 00左右有小幅度上升，到16: 00左右達(dá)到最低；草坪總體白天風(fēng)速變化波動(dòng)很大；對(duì)照點(diǎn)從08: 00至11: 00時(shí)間段內(nèi)，呈現(xiàn)高幅度風(fēng)速變化，10: 00達(dá)到最高風(fēng)速，12: 00后風(fēng)速開(kāi)始緩慢下降。喬灌草、純喬木、灌草及草坪四種不同垂直結(jié)構(gòu)綠地和對(duì)照點(diǎn)白天平均風(fēng)速分別為1.28 m/s，1.2 m/s，1.62 m/s，0.9 m/s和1.22 m/s；不同類型綠地較之對(duì)照點(diǎn)分別變化為+0.06 m/s，-0.02 m/s，+0.4 m/s，-0.32 m/s。說(shuō)明更加豐富的垂直結(jié)構(gòu)綠地類型并不能使風(fēng)速提高。

通常在風(fēng)力一般靜穩(wěn)的情況下,綠地與非綠地之間的溫差、氣壓、空氣密度是產(chǎn)生局地環(huán)流的主要因素。但是在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，在復(fù)雜下墊面的城市居住區(qū)內(nèi)，由于受到多種因素的影響，風(fēng)速變化呈現(xiàn)很大的不確定性。高層和多層的建筑布局，風(fēng)速變化卻呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。風(fēng)速與SVF值呈總體的正相關(guān)，較大的開(kāi)敞空間促進(jìn)了空氣的流動(dòng)。高綠量的植物覆蓋可以通過(guò)提供陰影和蒸騰冷卻作用有效降低夏季空氣溫度，但也能夠降低冠層以下的通風(fēng)潛力，造成空氣的停滯，減弱風(fēng)速?？傮w來(lái)說(shuō)由于風(fēng)變化的不確定性，跟建筑平面布置及立面結(jié)構(gòu)、高寬比、建筑容積率等其他因素都有關(guān)，呈現(xiàn)很強(qiáng)的復(fù)雜性。

3 結(jié)論與討論

當(dāng)前熱島問(wèn)題是城市人居環(huán)境建設(shè)面臨的重要問(wèn)題，已成為學(xué)界、政府部門(mén)以至民眾廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)。解決改善城市熱島問(wèn)題，對(duì)于維護(hù)城市整體生態(tài)平衡、控制氣候變化、節(jié)約能源消耗、提高城市可持續(xù)發(fā)展的競(jìng)爭(zhēng)力等方面，都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。微氣候是城市環(huán)境設(shè)計(jì)的重要部分，其目標(biāo)就是為城市人口提供舒適的居住環(huán)境。城市氣候?qū)W不僅僅要考慮所在的氣候區(qū)域，也應(yīng)充分考慮到城市形態(tài)的變化，使城市設(shè)計(jì)更加符合人類對(duì)舒適居住環(huán)境的需求。

1) 居住區(qū)內(nèi)部建筑物高度、天空視域因子、植被群落的三維綠量及綠地垂直結(jié)構(gòu)類型對(duì)居住區(qū)內(nèi)部的溫濕度環(huán)境變化有顯著的相關(guān)性；一定條件下，較高的建筑高度有利于建筑內(nèi)部降溫增濕作用；白天建筑小區(qū)內(nèi)空氣溫度受到半球冠層的太陽(yáng)輻射的輸入量，這個(gè)陰影系數(shù)由SVF表示最佳，通過(guò)線性回歸分析發(fā)現(xiàn)天空可視因子是解釋氣溫變化的重要因子。

2) SVF與溫度呈正相關(guān)，與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)，SVF值每增加10%，空氣溫度上升1.01 ℃；三維綠量綜合體現(xiàn)了植被群落的光合作用、蒸騰蒸發(fā)能力，直接影響植被生態(tài)效益的大小，三維綠量與居住區(qū)溫濕度有極顯著相關(guān)性，與溫度呈負(fù)相關(guān)，與相對(duì)濕度呈正相關(guān)；綠地自身的層次結(jié)構(gòu)即垂直方向上的結(jié)構(gòu)層次對(duì)綠地內(nèi)部形成局部環(huán)流，實(shí)現(xiàn)熱量交換的影響表現(xiàn)尤為明顯。

3) 不同的下墊面存在比熱容、導(dǎo)溫系數(shù)和升溫速率的差異，不同綠地結(jié)構(gòu)類型降溫效果有很大差異。喬灌草及純喬木植被結(jié)構(gòu)層次更豐富，濃密的冠層可以有效地減少到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射，陰影程度較高，便于與周?chē)h(huán)境進(jìn)行熱交換，能在小尺度上更好的體現(xiàn)植被的降溫增濕作用。居住區(qū)風(fēng)環(huán)境由于受到城市盛行風(fēng)、建筑平面和立面布局、下墊面的綜合影響，在居住區(qū)內(nèi)部形成復(fù)雜的風(fēng)環(huán)境。

由此建議在居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，要重視控制內(nèi)部SVF值，提高植被群落的三維綠量，避免單一使用某種綠化類型，提倡近生態(tài)群落化的復(fù)合型植被結(jié)構(gòu)搭配。在景觀層面多考慮綠地綠地之間的整體性和連通性等，對(duì)于改善居住區(qū)熱環(huán)境有著積極的改善作用。

研究受限于儀器性能和研究人員等客觀條件以及數(shù)據(jù)分析方法、模型應(yīng)用等所導(dǎo)致的誤差，對(duì)結(jié)果的科學(xué)性可能會(huì)產(chǎn)生影響，以及樣區(qū)選擇受到所在城市的大氣環(huán)境特征、城市綠地山水格局、居住區(qū)建成使用年限、植被景觀養(yǎng)護(hù)及動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)情況等綜合影響，決定了本研究結(jié)論可能缺少普適性，尚有一定的局限性。在以后，研究仍有一些問(wèn)題需要通過(guò)更詳細(xì)的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)以及數(shù)據(jù)分析進(jìn)行深入探討，例如增加更多影響參數(shù)，將白天及夜晚情況進(jìn)行對(duì)比等都是需要進(jìn)一步的研究問(wèn)題。

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Micro-climateStudiesBasedonControllableResidentialBuildingsandGreenLayoutFactors

GAN Yimeng，LIANG Tao，CHEN Keke，HE Ruizhen

(College of Forestry, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002，Henan，China)

Took a comprehensive residential area Royal Lake garden-like area as an example,selected 11 samples according to actual situation,measured air temperature and humidity microclimate data.Select the height of the building,sky horizon factor SVF,the amount of three-dimensional green,green vertical structure four parameters which affecting the air temperature and humidity,to perform correlation analysis and linear regression analysis,did a comprehensive study of the effects of different buildings and layout of the green residential area microclimate feature.The results showed that:The factors building height,SVF,three-dimensional green biomass,green vertical structure was important factors to explain residential area temperature and humidity changes;Temperature and SVF was a significant positive correlation, three-dimensional green biomass was negatively correlated;Relative humidity and tall,SVF had significant negative correlation,positive correlation with the three-dimensional green biomass;With SVF 10% increase, the temperature rose 1.01 ℃, relative humidity reduced by 1.8%. Pure tree,shrub and grass and trees green types have a better cooling humidification effect.The results can be used as ecological benefits of urban green space evaluation reference,and provide some scientific basis for urban residential green design,transformation and management.

residential micro-climate;building height;sky horizon factor;three-dimensional green biomass;green vertical structure;regression analysis

2016 — 06 — 12

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目，鄭州市綠色空間布局對(duì)城市微氣候的影響機(jī)制(31470029)；河南省科技廳產(chǎn)學(xué)研資助項(xiàng)目(142107000101)

甘義猛(1990-)，男，在讀研究生，研究方向?yàn)轱L(fēng)景園林學(xué)，城鄉(xiāng)綠地系統(tǒng)規(guī)劃。

何瑞珍(1970-)，女，博士，副教授，研究方向?yàn)槌青l(xiāng)綠地資源建設(shè)與管控，3S技術(shù)。

S 731.5；P 463.2

A

1003 — 6075(2016)02 — 0054 — 09

10.16166/j.cnki.cn43 — 1095.2016.02.012