李 彬 彭 歷

(北方工業(yè)大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院，北京 100144)

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小氣候適應(yīng)性與街旁游園下墊面關(guān)系研究★

李 彬 彭 歷

(北方工業(yè)大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院，北京 100144)

選取北京街旁游園磚、石、木、塑膠、花崗巖和裸露草地6種下墊面，以及相同材質(zhì)，不同顏色的燒結(jié)磚進(jìn)行了為期3 d的實(shí)測(cè)，通過(guò)整理分析相對(duì)濕度、地表溫度及熱應(yīng)力指數(shù)等小氣候要素?cái)?shù)據(jù)，提出了以調(diào)節(jié)改善小氣候?yàn)閷?dǎo)向的城市街旁游園設(shè)計(jì)的優(yōu)化對(duì)策，以提高城市街旁游園的生態(tài)功能，減少城市熱島效應(yīng)。

街頭綠地，溫濕度，下墊面，小氣候

1 街旁游園下墊面對(duì)小氣候的影響

1.1 城市街旁游園下墊面

城市人群活動(dòng)對(duì)氣候的影響，首先是通過(guò)對(duì)下墊面性質(zhì)的改變來(lái)體現(xiàn)的，它與空氣間存在著復(fù)雜的物質(zhì)交換和能量交換[1]。城市內(nèi)的下墊面類(lèi)型由于其比熱容、保蓄水能力、反射能力等性質(zhì)的不同，地表溫度和相對(duì)濕度也表現(xiàn)出較大的差異性。北京城區(qū)街旁游園下墊面主要包括其中的綠地與園林硬質(zhì)地面。由于城市街旁游園的不斷建設(shè)，瀝青、混凝土等輻射高、透水性低的鋪裝較少出現(xiàn)在北京城市街頭綠地硬質(zhì)鋪裝當(dāng)中，本研究主要選擇了最為常見(jiàn)的磚、石、花崗巖以及木、塑膠此類(lèi)特色廣場(chǎng)或步道鋪裝，與城市街頭綠地中占地面積最大的草地進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而研究城市街頭綠地下墊面對(duì)小氣候溫濕度的影響。

1.2 景觀下墊面與小氣候溫濕環(huán)境的基本關(guān)系

街旁游園中，影響溫度的主要因素為太陽(yáng)輻射和地面構(gòu)造兩項(xiàng)，其熱量來(lái)源主要依靠太陽(yáng)輻射，當(dāng)太陽(yáng)輻射達(dá)到地面時(shí)，一部分被反射，另一部分被地面吸收，使得地面增熱。地面再通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流等手段，把熱量傳給空氣。由于空氣的比熱容比地面鋪裝、草地等下墊面的比熱容高，導(dǎo)致空氣的隔熱效果比地面要好，太陽(yáng)輻射直接被大氣吸收的部分對(duì)空氣的增溫作用較低。因此，地表與空氣間的熱量交換是影響小氣候溫度變化的直接原因。

相對(duì)濕度是指某一時(shí)段絕對(duì)濕度與最高濕度之間的比值，表示空氣中水蒸氣的飽和度有多高，相對(duì)濕度與空氣溫度成負(fù)相關(guān)關(guān)系。而空氣中的水蒸氣除了受植物的蒸騰作用、風(fēng)、溫度等因素影響外，地表的保蓄水能力、輻射強(qiáng)度等因素也是導(dǎo)致相對(duì)濕度變化的重要原因。

由于不同質(zhì)地的下墊面其地質(zhì)構(gòu)造不同，導(dǎo)致其對(duì)熱量的吸收能力和保蓄水能力也不同。軟質(zhì)地表兼具地面蒸發(fā)的潛在熱交換、太陽(yáng)輻射的明顯熱量交換以及地面儲(chǔ)熱延時(shí)釋放交換3種溫濕場(chǎng)效應(yīng)，因而軟質(zhì)下墊面對(duì)于生態(tài)效益的改善最為明顯，對(duì)小氣候溫濕度具有較好的調(diào)控作用。例如草地等軟質(zhì)地面對(duì)于太陽(yáng)輻射的吸收性較好，夏天會(huì)降低局部溫度，而冬季會(huì)釋放吸收的熱量，提高局部溫度，從而形成相對(duì)舒適的局地小氣候環(huán)境。

2 北京城市街旁游園下墊面與小氣候溫濕度影響關(guān)系測(cè)定

2.1 觀測(cè)方法

對(duì)6種不同下墊面地表處空氣溫度、相對(duì)濕度、熱應(yīng)力指數(shù)利用NK4500小型氣象站在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地內(nèi)各測(cè)點(diǎn)同時(shí)監(jiān)測(cè)，5月21日～5月23日的8:00～18:00，連續(xù)3 d，每10 min自記一次，儀器垂直放置下墊面上方。測(cè)試天氣情況：晴朗、少云。

2.2 觀測(cè)點(diǎn)環(huán)境特征

北京市半月科普?qǐng)@(北側(cè)至魯谷南路、南側(cè)為詩(shī)景長(zhǎng)安小區(qū))，占地約8 hm2，園內(nèi)中心主要以大面積草坪為主，點(diǎn)綴少量喬灌木。東西兩側(cè)配植郁閉度相對(duì)較高的植物群落，植物種類(lèi)豐富。園路寬度較平均(1 m～3 m)，路旁配植草坪。

2.3 觀測(cè)點(diǎn)情況

監(jiān)測(cè)點(diǎn)1：磚，監(jiān)測(cè)點(diǎn)2：石，監(jiān)測(cè)點(diǎn)3：木，監(jiān)測(cè)點(diǎn)4：塑膠，監(jiān)測(cè)點(diǎn)5：花崗巖，監(jiān)測(cè)點(diǎn)6：裸露草地，以及測(cè)點(diǎn)1中黃、淺灰、紅三種顏色鋪裝(見(jiàn)表1)。通過(guò)公式計(jì)算，灰墊面顏色g=R×0.299+G×0.587+B×0.114，g越小顏色越深。紅色=185×0.299+163×0.587+150×0.114=168.096；黃色=245×0.299+225×0.587+192×0.114=227.218；淺灰色=211×0.299+205×0.587+189×0.114=204.97。所以得到的深度結(jié)果為黃色<淺灰色<紅色。

表1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本情況

2.4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

1)下墊面材質(zhì)對(duì)小氣候溫濕度的影響。將各測(cè)點(diǎn)每1 h平均空氣溫度進(jìn)行比較分析,磚和木的溫度變化基本相同，石與花崗巖的溫度變化基本相同。塑膠溫度最高，草地溫度最低。木、塑膠、花崗巖和草地的溫度最大值出現(xiàn)在下午14:00～15:00，磚的最高溫度出現(xiàn)在15:00～16:00，石的最高溫度出現(xiàn)在13:00～14:00。由此可見(jiàn)，貯熱量相對(duì)小的石溫度最大值出現(xiàn)的較早，比其他材質(zhì)提前約1 h。比熱容值相對(duì)低、導(dǎo)熱率相對(duì)高的塑膠與木材質(zhì)空氣溫度最高，與草地的最大差值達(dá)到2.8 ℃。

將各測(cè)點(diǎn)每1 h平均相對(duì)濕度進(jìn)行比較排序可見(jiàn),各測(cè)點(diǎn)變化趨勢(shì)基本相同，隨溫度升高逐漸降低。草地>磚、石、塑膠>木和花崗巖，相對(duì)濕度最低點(diǎn)都出現(xiàn)在下午15:00前后。夏季環(huán)境濕度在30%～60%時(shí)人體感覺(jué)最為舒適，結(jié)果顯示具有植物蒸騰作用、保蓄水能力相對(duì)最好的草地相對(duì)濕度較大，保持在30%～60%間，人體感受舒適；保蓄水能力相對(duì)較好的塑膠、磚、石等硬質(zhì)鋪裝材質(zhì)好于防腐木及花崗巖等保蓄水能力相對(duì)較差的材質(zhì)。在較干燥的環(huán)境下，無(wú)水分來(lái)源的木鋪裝和不透水的花崗巖相對(duì)濕度最低，與草地的相對(duì)濕度最大差值達(dá)18.2%。

2)下墊面材質(zhì)對(duì)小氣候熱應(yīng)力指數(shù)的影響。有效溫度是使用最為廣泛的，衡量熱應(yīng)力指數(shù)的指標(biāo)。熱應(yīng)力指數(shù)是綜合空氣流速、黑球溫度、濕球溫度及平均輻射溫度所得出的數(shù)值，它表示在假設(shè)相對(duì)濕度50%的情況下，不同戶外活動(dòng)強(qiáng)度下人體所需最為理想的有效溫度，活動(dòng)強(qiáng)度越高，所需有效溫度則越低。依據(jù)對(duì)各測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)所得熱應(yīng)力指數(shù)數(shù)值進(jìn)行比較排序可見(jiàn),草地<木<石<磚<花崗巖<塑膠。在戶外活動(dòng)中，草地的舒適性最好。塑膠的熱應(yīng)力指數(shù)最高，人體感受不佳。木的舒適度要好于園林內(nèi)部最常見(jiàn)的磚、石鋪裝，而花崗巖要略差于磚、石鋪裝。結(jié)果表明城市街頭綠地下墊面設(shè)計(jì)應(yīng)盡量使用綠墊面，灰墊面應(yīng)多選用木、磚與石，盡量減少使用塑膠等熱應(yīng)力指數(shù)較高的材質(zhì)。

3)下墊面材質(zhì)、顏色溫濕指數(shù)對(duì)比分析。溫濕指數(shù)表示人體對(duì)熱環(huán)境的不舒適程度。最適宜的環(huán)境ITHI指數(shù)一般在15～20之間，人體感覺(jué)最為舒適，數(shù)值越高，人體感覺(jué)越不舒適。ITHI指數(shù)一般在20.1～23.5之間時(shí)人體感覺(jué)較舒適，在23.6～25.5之間時(shí)人體感覺(jué)較熱，不小于25.6時(shí)人體感覺(jué)極不舒適。

依據(jù)上述實(shí)驗(yàn)所得數(shù)值，通過(guò)溫濕指數(shù)公式：ITHI=t-(0.55-0.005 55f)(t-14.5)(其中，t為溫度；f為相對(duì)濕度)計(jì)算可獲得各測(cè)試下墊面的溫濕指數(shù)(ITHI)。如表2，表3所示溫濕指數(shù)數(shù)據(jù),即：20<草地<花崗巖<木<石<磚<塑膠。由此可見(jiàn)，所有下墊面溫濕指數(shù)均高于人體感覺(jué)最為舒適的區(qū)間。在此范圍內(nèi)，草地是人體感覺(jué)相對(duì)最為舒適場(chǎng)地；花崗巖、木、磚、石的舒適度差別不大,數(shù)值在22.5～23之間,人體感覺(jué)偏熱；塑膠環(huán)境溫濕指數(shù)值最高，人體感受最不舒適。與此同時(shí)，相同材質(zhì)的下墊面中，顏色越淺輻射越低，顏色亮度越低，溫濕指數(shù)越低，人體舒適度越佳。

表2 不同下墊面材質(zhì)溫濕指數(shù)數(shù)值

表3 相同下墊面不同顏色溫濕指數(shù)數(shù)值

2.5 對(duì)夏季北京街頭綠地下墊面設(shè)計(jì)的啟示

1)選取保蓄水、比熱容適當(dāng)?shù)南聣|面材質(zhì)。除植物的蒸騰作用之外，優(yōu)化下墊面的蒸發(fā)效果是提升相對(duì)濕度的有效措施之一[4]。在中國(guó)北方地區(qū)，空氣較為干燥，所以保持較高的相對(duì)濕度更有利于城市街旁游園小氣候適宜性的營(yíng)造。下墊面的保蓄水能力是影響環(huán)境相對(duì)濕度的重要因素，保蓄水能力越高，可提供水蒸氣蒸發(fā)量的能力也就越強(qiáng)。實(shí)測(cè)點(diǎn)相對(duì)濕度數(shù)值分析表明：保蓄水能力較強(qiáng)的草地相對(duì)濕度數(shù)值要比其他下墊面材質(zhì)高，燒結(jié)磚、馬蹄石在灰墊面中較為理想，塑膠、防腐木次之，花崗巖最不理想，草地相對(duì)濕度值比花崗巖高18.2%。因此增加草地面積，多采用保蓄水能力強(qiáng)的灰墊面材質(zhì)更加有利于夏季城市街頭綠地的濕度調(diào)節(jié)。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)各材質(zhì)比熱容數(shù)據(jù)：塑膠<木<磚<石<花崗巖<草地。由此可見(jiàn)，比熱容數(shù)據(jù)的排序與上述各測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)值排序結(jié)果一致，草地的熱舒適度最佳，而在灰墊面中燒結(jié)磚、馬蹄石、花崗巖則要優(yōu)于防腐木及塑膠，溫度差最高達(dá)到3 ℃。因此，在下墊面材質(zhì)選擇方面應(yīng)盡量選擇比熱容較高的材質(zhì)，以形成較為舒適的局部區(qū)域小氣候環(huán)境。

2)選用適當(dāng)?shù)南聣|面顏色與亮度。在相同材質(zhì)的下墊面中，顏色是影響其溫濕度的關(guān)鍵要素之一，而亮度是對(duì)其顏色變化的重要量值。亮度越低，輻射越低，在測(cè)試的三種顏色中，黃色的顏色最淺，所以其溫度最低。但淺灰色的亮度遠(yuǎn)低于紅色與黃色，吸熱能力也就越強(qiáng)，導(dǎo)致其表面相對(duì)濕度越低，空氣中的相對(duì)濕度也就更好，其溫度也相對(duì)較低。因此，在下墊面顏色中應(yīng)選擇更有利于提高人體舒適度的亮度低、顏色淺的下墊面，提升局部的小氣候適宜性。

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)今城市的發(fā)展進(jìn)程中，城市綠地景觀下墊面對(duì)調(diào)節(jié)小氣候溫濕度具有明顯作用，本文通過(guò)有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)獲取不同景觀下墊面的溫度、相對(duì)濕度、溫濕指數(shù)、熱應(yīng)力指數(shù)等數(shù)據(jù)指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上分析、總結(jié)發(fā)現(xiàn)不同下墊面由于其比熱容、貯熱量、保蓄水等熱學(xué)性質(zhì)的不同，以及顏色鮮艷度、深淺度等物理性質(zhì)的不同，使得地表溫度、相對(duì)濕度、變化速率、最高點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間均有所差別。綠色下墊面由于其比熱容高、保蓄水能力強(qiáng)，因此最有利于調(diào)節(jié)夏季城市街旁游園小氣候的舒適性。在灰墊面中磚、石鋪裝由于較好的保蓄水能力及低貯熱量的特性，使其有利于緩解下墊面地表溫度對(duì)熱島效應(yīng)的影響，同時(shí)可以多增加木鋪裝，在考慮觀賞度的同時(shí)，盡量采用亮度低，顏色淺的下墊面顏色，以提升初夏時(shí)期北京街旁游園中人的熱舒適性感受。

[1] 李 英,周楊娜.北京三里屯地區(qū)城市下墊面熱環(huán)境研究[J].低溫建筑設(shè)計(jì),2010,32(7):110-112.

[2] 肖金香.農(nóng)業(yè)氣象學(xué)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008:20.

[3] 劉濱誼,張德順,張 琳,等.上海城市開(kāi)放空間小氣候適應(yīng)性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)調(diào)查研究[J].中國(guó)園林,2014(12):17-22.

[4] 劉 芳.西安戶外城市公共空間環(huán)境行為的小氣候影響調(diào)查分析——以夏季大雁塔東苑為例[D].西安：西安建筑科技大學(xué),2015.

Research on the relationship of microclimate adaptability and underlying surface of street garden★

Li Bin Peng Li

(Architecture and Art School, North China University of Technology, Beijing 100144, China)

Taking brick, stone, wood, plastic, granite and bare grass 6 kinds of underlying surface of Beijing street parks, the sintered brick with same material, different colors as the measurement for a period of three days, through the arrangement and analysis on relative humidity, surface temperature and thermal stress index and other microclimate element data, put forward the optimization countermeasures of city street parks design taking improvement of microclimate as the guide, in order to improve the city street parks ecological function, reduced urban heat island effect.

street green space, temperature and humidity, underlying surface, microclimate

1009-6825(2016)30-0200-02

2016-08-16 ★:北京市教委科技計(jì)劃一般項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：KM201610009013)；北方工業(yè)大學(xué)“2016校內(nèi)人才強(qiáng)校-青年拔尖”項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：XN071017)

李 彬(1991- )，男，在讀碩士； 彭 歷(1983- )，男，講師

TU986.4

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