熊 瑤，金夢玲

(南京林業(yè)大學(xué) 藝術(shù)設(shè)計學(xué)院，江蘇 南京 210037)

當前，城市受建筑密度、人為熱源、下墊面結(jié)構(gòu)等因素的影響，風(fēng)熱環(huán)境問題日益凸顯，與此同時，室外微氣候環(huán)境質(zhì)量的下降又迫使城市居民更多依賴于人工封閉環(huán)境，而這種依賴性無疑又將加劇城市整體能耗。因而近年來，眾多學(xué)者對氣候與建筑及城市之關(guān)系，以及城市微氣候改善方面進行了大量研究，以期通過有效的環(huán)境設(shè)計策略，充分利用現(xiàn)有自然資源和氣候條件來優(yōu)化城市微氣候環(huán)境[1-8]。大學(xué)校園作為城市用地的重要組成部分，并非一個獨立的封閉系統(tǒng)，其在城市空間中發(fā)揮著重要的生態(tài)調(diào)節(jié)和服務(wù)功能。隨著1996年“綠色校園”概念的提出，校園建設(shè)開始朝著“低碳、節(jié)能、人性化”的方向發(fā)展[9]，促使人們對校園微氣候有了更多的關(guān)注。

在這一領(lǐng)域，以往研究主要集中于三大方面：一是基于溫濕度的人體熱舒適度作為評價指標，總結(jié)安全、健康、舒適等不同層次的校園空間環(huán)境特征；二是以綠地斑塊為單位，觀測比較不同規(guī)模、綠量、喬灌草結(jié)構(gòu)、種植方式的綠地自身微氣候效應(yīng)；三是校園建筑能耗預(yù)測與優(yōu)化。此外，針對夏熱冬冷地區(qū)的城市微氣候研究更多側(cè)重于夏季的降溫增濕效益，而對冬季城市戶外空間的定量研究則較少[10-14]。

因此，本研究以南京林業(yè)大學(xué)校園內(nèi)幾處典型空間為例，綜合考察空間朝向和尺度、建筑布局、山水格局及比例、植被結(jié)構(gòu)、園路鋪地等對微氣候的調(diào)節(jié)作用，定量評估冬季不同校園空間的風(fēng)熱環(huán)境，旨在探討如何營建更加健康、舒適的學(xué)習(xí)及生活空間，為綠色校園規(guī)劃與建設(shè)做出一些有益的嘗試。

1 材料與方法

1.1 樣地選擇

選取南京林業(yè)大學(xué)校園作為研究對象，于2016年12月12-16日連續(xù)5 d進行了校園冬季微氣候的現(xiàn)場實測。南京屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，春秋短、冬夏長，冬夏溫差顯著，冬季寒冷、干燥，氣溫最低可至-13.1℃。南京林業(yè)大學(xué)占地約86 hm2，歷史悠久，鐘靈毓秀，校園內(nèi)植物種類豐富，綠化覆蓋率高，植物共有384種，隸屬93科218屬[15]。

1.2 測試內(nèi)容

現(xiàn)場實測主要以定點觀測為主，在校園內(nèi)各測試點設(shè)置DHM2A通風(fēng)干濕表[精度：溫度：≤±5%；濕度：≤±3%(30%～99%)，≤±5%(10%～30%)；廠家：天津氣象儀器廠]，從8:00-16:00每隔2 h測量并記錄距地1.5 m高度處的空氣溫度(T)和相對濕度(RH)；同時，采用流動觀測的方法，使用FYF-1三杯風(fēng)向風(fēng)速儀[精度：±(0.3+0.03v)m·s-1；廠家：上海風(fēng)云氣象儀器廠]觀測每2 h不同測點1.5 m高度處的風(fēng)速(w)。

1.3 測試點設(shè)置

本研究按照廣場、休憩綠地、建筑中庭、道路4種空間類型對校園空間進行分類，以便對同類型空間進行比較，探究其冬季微氣候效益。在研究區(qū)域共布置測點10個，主要考察建筑布局、水體布置、植物設(shè)計等要素對微氣候因子的影響，各測試點的設(shè)置情況及參數(shù)見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 實測結(jié)果

2.1.1 空氣溫度 將校園內(nèi)各測點測試日內(nèi)8:00-16:00空氣溫度實測值進行整理分析，得到同一時段園內(nèi)各測點與氣象站監(jiān)測數(shù)據(jù)之間平均空氣溫度的差異(圖1)，通過比較發(fā)現(xiàn)：在所測時間段內(nèi)，8:00是各測點溫度的最低點，此時的溫度順序為：氣象觀測站(3.0℃)<測點6(3.1℃)<測點3、4(3.2℃)<測點7、10(3.3℃)<測點5(3.4℃)<測點2(3.5℃)<測點1(3.6℃)<測點9(3.7℃)<測點8(3.8℃)。14:00是各測點溫度的最高點，此時的溫度順序為：測點5(5.6℃)>測點10(5.4℃)>測點9(5.2℃)>測點3、7(5.1℃)>測點1、2、4(5.0℃)>測點8(4.8℃)>測點6(4.7℃)>氣象觀測站(4.5℃)，此時主樓前廣場氣溫最高，與氣象站觀測溫度差值達1.1℃?？傮w而言，校園內(nèi)對空氣溫度優(yōu)化效果最顯著的測點是新青年廣場(測點9)，16:00之前，此處溫度均遠高于氣象站的觀測溫度，在10:00對空氣溫度的優(yōu)化更是高達2℃。其次是其他廣場類和道路類測點，如：測點8、測點5及測點4，這些測點溫度表現(xiàn)穩(wěn)定且高于氣象溫度，而休憩綠地類測點和中庭類測點大部分時間氣溫較其他類型略低，但也恒定高于氣象溫度。

2.1.2 相對濕度 將校園內(nèi)各測點相對濕度平均實測值與氣象數(shù)據(jù)進行對比(圖2)，總體而言：8:00是白天相對濕度最高的時刻，此時相對濕度的順序為：測點1(72.5%)>氣象觀測站和測點4(72%)>測點3(69%)>測點9(68.2%)>測點2(67.9%)>測點6(64.3%)>測點5(63.3%)>測點7(63.2%)>測點8(61%)>測點10(60.5%)。該時段以玄武大道(60.5%)的相對濕度作為對照，七棟中庭(72.5%)的相對濕度比其高12%。白天相對濕度最低的時刻為14:00，此時相對濕度呈現(xiàn)：測點10(50.3%)<測點6(52.9%)<氣象觀測站(53.0%)<測點5(53.3%)<測點1、4(53.5%)<測點3(53.7%)<測點9(53.9%)<測點8(54.4%)<測點7(56%)<測點2(57.5%)?？傮w而言，校園內(nèi)幾乎所有測點相對濕度的數(shù)值變化都比較平緩，從晨間到傍晚呈緩慢下降趨勢，且自12:00起，相對濕度均處于50%～60%的舒適值區(qū)間內(nèi)。另外，由測點間對比可知休憩綠地類空間相對濕度普遍高于廣場和道路類空間。

2.1.3 風(fēng)速 將校園內(nèi)各測點風(fēng)速平均值與氣象數(shù)據(jù)進行對比分析(圖3)，可以發(fā)現(xiàn)：8:00是各測點平均風(fēng)速的最高點，風(fēng)速的排序為：測點1(0.3 m·s-1)<測點2、3(0.5 m·s-1)<測點7、9(0.8 m·s-1)<測點4、10(1.4 m·s-1)<測點5(1.5 m·s-1)<測點6(2.0 m·s-1)<測點8(2.8 m·s-1)<氣象觀測站(3.6 m·s-1)。此時七棟中庭(0.3 m·s-1)與氣象觀測站的風(fēng)速差值達3.3 m·s-1。16:00是各測點平均風(fēng)速的最低點，此時風(fēng)速的排序為：測點8(1.5 m·s-1)>測點6、10(1.3 m·s-1)>氣象觀測站(1.1 m·s-1)>測點7(0.8 m·s-1)>測點2、5、9(0.4 m·s-1)>測點4(0.3 m·s-1)>測點1、3(0.2 m·s-1)。以教五樓前小廣場(1.5 m·s-1)的風(fēng)速作對照，七棟中庭和材料及機電院樓間綠地(0.2 m·s-1)的風(fēng)速比其低1.3 m·s-1。總體來看，校園內(nèi)各測點的平均風(fēng)速均明顯低于氣象站觀測風(fēng)速，對風(fēng)速優(yōu)化效果最佳的是測點3，優(yōu)化最高可達3.7 m·s-1。此外，周圍植物豐富的測點2、9、4以及空間圍合度高的測點5對風(fēng)速的優(yōu)化效果高于空間圍合度低的測點10。而測點8和測點6由于建筑布局原因風(fēng)速始終較高。

表1 測試點設(shè)置情況

2.2 不同類型綠地微氣候效應(yīng)分析

根據(jù)實測結(jié)果，對不同類型綠地進行微氣候效應(yīng)分析，并從每種類型中提取出對冬季微氣候改善效果最佳的空間，進一步探究其氣候適應(yīng)性理法。

2.2.1 廣場類測點微氣候效應(yīng)分析 廣場是大型的儲熱介質(zhì)，故冬季廣場類空間對溫度的優(yōu)化效果最為明顯，從8:00起，廣場類測點的氣溫便有明顯抬升，約13:00，對氣溫優(yōu)化作用達到峰值，平均每個測點可提升氣溫0.93℃。然而，廣場類空間對濕度的改善效果卻較差，尤其是場地空曠、中心無植被覆蓋的主樓前廣場(圖4)和教五樓前小廣場(圖5)。新青年廣場(圖6)因有樹陣設(shè)置，與休憩綠地類空間對相對濕度的優(yōu)化效果持平，且在晨間和傍晚相對濕度值均較高，可見綠化的增濕效果較為明顯。風(fēng)速方面，由于風(fēng)速受周邊建筑布局和建筑高度以及植被覆蓋率等影響較大，因此廣場類空間在風(fēng)速的優(yōu)化效果上表現(xiàn)各異。主樓前廣場雖然開敞無遮蔽，但其北、東、南3面有高15 m的建筑環(huán)繞，西側(cè)為綠地，由喜樹及龍柏圍合，西北側(cè)亦有高10余米的建筑遮擋，故冬季北風(fēng)被大幅削弱，實測期間此處風(fēng)速都維持穩(wěn)定偏低的數(shù)值。而教五樓前小廣場因北側(cè)為開闊無遮擋的操場，加之西側(cè)近50 m高的教五樓使風(fēng)途經(jīng)此處產(chǎn)生回流和旋轉(zhuǎn)，故該測點風(fēng)速始終高于其他測點。綜合而言，新青年廣場微氣候效應(yīng)最佳。

圖1 2016年12月12-16日各測點平均溫度分布

圖2 2016年12月12-16日各測點平均相對濕度分布

圖3 2016年12月12-16日各測點平均風(fēng)速分布

圖4 主樓前廣場鳥瞰

圖5 教五樓前小廣場

圖6 新青年廣場

新青年廣場面積約2 970 m2，中央為楓楊(Pterocaryastenoptera)樹陣，北部有一面積約750 m2的木質(zhì)舞臺，其后叢植10余株高度近20 m的水杉；南臨翠竹路，櫻花與銀杏作為行道樹間植；西北鄰紫湖溪，岸際栽有楓楊；東側(cè)為林地，植有大量楓香、櫸樹、中山杉、桂花等喬木。

冬季，楓楊落葉，利于場地納陽，加之廣場為水泥與花崗巖結(jié)合的鋪地，吸收太陽輻射多，升溫快，可使空間增溫，故此處14:00前對空氣溫度的優(yōu)化尤為明顯。而西側(cè)紫湖溪與植物結(jié)合亦可將該空間的濕度維持在55%～65%這一舒適區(qū)間內(nèi)。此外，在冬季主導(dǎo)風(fēng)向上三面圍合的茂密植被形成了天然的綠色屏障，抵御了大部分北風(fēng)，使廣場上平均風(fēng)速恒定<0.5 m·s-1，成為避風(fēng)、納陽的活動空間(圖7)?？梢灶A(yù)見，在炎熱的夏日，南面開敞，利于通風(fēng)，外圍及中心的高大喬木又能夠營造大面積的林蔭，有效降低太陽輻射對該空間的作用，為師生提供涼爽的感受。

圖7 新青年廣場冬季微氣候效益分析

2.2.2 休憩綠地類測點微氣候效應(yīng)分析 在冬季，主要的增溫形式是太陽輻射，各綠地由于樹蔭遮蔽等原因接受陽光直射的范圍較小，故綠地類空間對空氣溫度的優(yōu)化程度一般，而對相對濕度的優(yōu)化效果最佳，濕度實測值均較高，這與植被密度和水體設(shè)置緊密相關(guān)，平均濕度最優(yōu)的測點為一村小游園(圖8)，西潭綠地次之(圖9)，而材料及機電院樓間綠地(圖10)由于下墊面以磚石鋪地為主，植被主要為常綠和落葉大喬，樹冠距地面較高，近地面空氣接受到的植物蒸騰水分有限，因此相對濕度在3處測點中偏低?？梢娙S綠量較大、郁閉度較高的喬-灌-草結(jié)構(gòu)以及面狀水體的設(shè)置對環(huán)境的增濕效應(yīng)更加明顯。此外，各綠地對風(fēng)速改善效果明顯，尤其是材料及機電院樓間綠地和一村小游園2處測點，對風(fēng)速的優(yōu)化平均可達1.96～2 m·s-1。綜合而言，西潭綠地微氣候效應(yīng)最佳。

圖8 一村小游園

圖9 西潭綠地

圖10 材料院與機電院樓間綠地

西潭綠地是由建筑、植物、水體結(jié)合而成的空間單元，位于高層建筑教五樓下。西潭寬約44 m，面積約1 412 m2，占整個綠地面積的1/3，北鄰高約8 m、面闊約48 m的報告廳，岸際由木棧道和卵石鋪地構(gòu)成主要的步行及休憩空間。西潭以西林木蔥郁，大喬有水杉、楓香、垂柳等，櫻花、桂花、八角金盤掩映其間，地被為扶芳藤。冬季，水杉、楓香等大喬木落葉后能發(fā)揮納陽功能，常綠喬木加之灌草的組合又與北面報告廳形成風(fēng)障，共同抵御了大部分干冷的西北風(fēng)，風(fēng)從這道綠色屏障經(jīng)過還會夾雜著水汽，有利于控溫增濕，使此處維持較為舒適的熱感受。而當氣溫降至0℃以下，西潭水面結(jié)冰能反射陽光，亦可提升周圍氣溫。同時，緊鄰教五樓的東側(cè)和南側(cè)設(shè)置了寬8～14 m不等的綠化帶，植有大片高約3 m的桂花和剛竹以及八角金盤等，這些常綠植物高矮搭配，使得迎風(fēng)面形成的高樓風(fēng)在近地高度分解成風(fēng)向各異、風(fēng)力減弱的小漩渦和亂流，極大緩解了高樓風(fēng)對近地人群活動空間的負面影響(圖11)。

2.2.3 建筑中庭類測點微氣候效應(yīng)分析 中庭類空間溫度受建筑布局影響較大，對比2處測點不難發(fā)現(xiàn)，由于南京冬季陽光幾乎全部集中在南面，因此呈東西向線型布置的七棟中庭，氣溫在多數(shù)時間低于逸夫樓中庭(圖12)，后者進深短，面闊長，增大了中庭采光面，在冬季可獲得更多的陽光輻射。另一方面，七棟中庭由于植被密度較高，增濕效果好，而逸夫樓中庭濕度值則表現(xiàn)一般，可見，盡管冬季落葉喬、灌木的生理活動微弱，但相對于以硬質(zhì)鋪裝為主的場地，綠地對干燥環(huán)境依然具有較好的緩解作用。中庭類空間的風(fēng)速與建筑朝向及是否通風(fēng)有關(guān)，七棟中庭結(jié)構(gòu)較為封閉，加之豐富的植被層次可降低風(fēng)速和風(fēng)量，而逸夫樓中庭東側(cè)有寬20 m的大門，西側(cè)有2處8 m寬的開口，加速了中庭內(nèi)空氣對流，導(dǎo)致其風(fēng)速居高不下，在14:00-16:00甚至高于氣象風(fēng)速。

圖11 西潭綠地冬季微氣候效益分析

圖12 逸夫樓中庭

學(xué)生宿舍七棟中庭長55 m、寬21 m，總面積約1 166 m2。中庭小花園布置有東西向的步道和座椅，是供同學(xué)們學(xué)習(xí)、休憩的私密空間。中庭東北和西南部密植香樟、香椿、紫葉李，點綴大葉黃楊、杜鵑、桂花、石榴等觀花觀果植物，下層為花葉蔓長春，構(gòu)成了一個高寬比約為1∶1，相對密閉的環(huán)境。高密度的植物配置利于減少空氣流動，有保暖擋風(fēng)的作用，此處對風(fēng)速的優(yōu)化平均可達1.93 m·s-1。又因中庭面積較小，植物層次豐富，植被的蒸騰作用可以提升空氣濕度，故此處相對濕度值在所有測點中表現(xiàn)最佳，滿足冬季溫暖濕潤的微氣候環(huán)境需要(圖13)。

圖13 七棟中庭冬季微氣候效益分析

2.2.4 道路類測點微氣候效應(yīng)分析 道路類測點的溫度和濕度與其遮蔽情況及種植結(jié)構(gòu)有關(guān)。玄武大道為城市干道(圖14)，寬約38 m，有香樟、女貞等樹木植于人行道及分車帶，但樹形矮小且稀疏，綠化遮蔽度低，加之瀝青路面比熱容大，受到太陽輻射照射后，可引起近地面氣溫快速升高。濕度方面，由于玄武大道樹高與路寬比約為1∶19，植物的蒸騰作用難以提高整體空間的相對濕度，因此該測點濕度值最低。此外，實測期間，玄武大道的平均風(fēng)速始終在1.0～1.5 m·s-1，約是林蔭道風(fēng)速的2倍。

主樓前林蔭道(圖15)為東西走向，中間是寬約6 m的瀝青路面，兩側(cè)各有2.5 m的人行道，行道樹主要為高約15 m的鵝掌楸，林蔭道的高寬比約為2.5∶1。道路兩側(cè)為樹木蔥蘢的校園綠地，北側(cè)主要群植龍柏、圓柏、烏桕以及大葉黃楊球等，而南側(cè)植被稍稀疏，以櫻花、紫葉李為主，點植水杉、香樟等大喬。冬季鵝掌楸落葉后，易于道路采光，因而該測點各時段氣溫比氣象數(shù)據(jù)平均高出約1℃，創(chuàng)造出溫暖的納陽空間。同時，北側(cè)的灌木叢和高大的龍柏、圓柏形成了厚實的風(fēng)障，加之道路的東西向設(shè)置垂直于冬季的盛行風(fēng)向，亦可最大程度發(fā)揮避風(fēng)效果，故該測點從10:00起平均風(fēng)速均<0.5 m·s-1。

此外，道路兩側(cè)近自然的種植模式由于較高的植被覆蓋、豐富的群落層次和物種多樣性，使其對微氣候的調(diào)節(jié)能力更強。一是能通過植物的蒸騰作用提高相對濕度，并起到凈化空氣的作用；二是綠地可以在夜晚釋放出白天吸收的熱量，結(jié)合路面旳易蓄熱特性，至傍晚后產(chǎn)生時滯現(xiàn)象，繼續(xù)向周圍環(huán)境輻射熱量，以便形成晝夜溫差小的舒適微氣候環(huán)境。

圖14 玄武大道

圖15 林蔭道

空間類型冬季微氣候特征空間實例設(shè)計理法廣場類增溫新青年廣場1.宜在廣場西北方由外至內(nèi)以喬-灌-地被(常綠)結(jié)構(gòu)構(gòu)筑風(fēng)障,場地東側(cè)宜群植落葉大喬木,增加納陽面積避風(fēng)教五樓前小廣場2.宜將普通廣場部分改造為落葉樹陣廣場,場地宜采用透水性鋪裝,并設(shè)置植草溝排水3.廣場南面不宜大量栽植10m以上的常綠大喬或設(shè)置構(gòu)筑物4.廣場不宜建造在建筑北側(cè)或鄰近高層建筑休憩綠地類保溫西潭綠地1.綠地宜采用近自然群落式栽植,休憩場地周邊應(yīng)以落葉喬木為主避風(fēng)一村小游園2.綠地中部可設(shè)置水景,水體北側(cè)應(yīng)設(shè)置避風(fēng)地形或種植孔隙率較低的灌木及具有遮蔽作用的常綠植被,喬木高度與水體寬度之比宜為1∶23.在面積約3000～5000m2的開敞型綠地中,硬質(zhì)占15%,地形(山石)+植物占50%,水體占35%是較為理想的組合方式增濕樓間綠地4.在面積約1000～3000m2的圍合型綠地中,硬質(zhì)占25%～30%,地形(山石)+植物占55%,水體占15%～20%是較為理想的組合方式降噪5.若場地緊鄰高層建筑,建筑下方應(yīng)設(shè)置≥6m寬的喬-灌-草結(jié)合的綠帶建筑中庭類控溫七棟中庭1.鑲?cè)胧街型ヒ瞬捎枚踢M深,長面寬的中庭平面形態(tài)避風(fēng)2.避免在中庭南北向同時設(shè)置開口,形成穿堂風(fēng)增濕3.中庭內(nèi)園路宜采用東西走向,鋪裝與綠地面積比宜為1∶6降噪4.避免在建筑物南向近距離種植常綠喬木或設(shè)置構(gòu)筑物,可在西南向或東南向種植落葉樹,喬-灌-草比例宜為1∶2∶6道路類避風(fēng)主樓前林蔭道1.兩側(cè)行道樹宜以落葉大喬為主,行道樹高度與道路寬度之比宜為2∶1至3∶1保濕2.道路宜為東西走向,既與冬季主導(dǎo)風(fēng)向垂直,又與夏季主導(dǎo)風(fēng)向成45°夾角增溫3.道路北側(cè)宜設(shè)置構(gòu)筑物或群植常綠大喬形成冬季風(fēng)障

3 結(jié)論與討論

在城市風(fēng)熱環(huán)境狀況日益下降的情況下，園林綠地所帶來的生態(tài)效益將越來越受到人們的重視，因而在注重景觀藝術(shù)性的同時需要園林綠地發(fā)揮更大的綜合效益[16]。本研究表明日照條件、圍合情況及合理的綠化結(jié)構(gòu)是冬季園林空間氣候適應(yīng)性設(shè)計的關(guān)鍵。

南京屬于夏熱冬冷地區(qū)，在冬季低溫季節(jié)，適宜的常綠植被與落葉植被的配比，尤其是南向落葉大喬的栽植，既能增添冬季的綠色生機，又能提高采光，使場地可吸收更多的太陽輻射。同時，在氣溫相同的情況下，相對濕度增加，人體表面溫度會隨之升高，換言之濕度可以加重?zé)岣杏X。通過觀測不難發(fā)現(xiàn)，三維綠量較大、郁閉度較高的喬-灌-地被綠地結(jié)構(gòu)結(jié)合景觀水體的設(shè)置增濕效應(yīng)明顯。此外，在冬季無風(fēng)或者微風(fēng)狀態(tài)下，人體周圍的空氣會形成一個較穩(wěn)定的“保溫層”，而風(fēng)速越大，人體的熱量散失也就越多越快，因此風(fēng)速與風(fēng)向是冬季氣候適應(yīng)性設(shè)計中的關(guān)鍵因子。在北向及西北向采用以常綠植物為主的近自然式群落栽植便可形成良好的冬季風(fēng)障?？梢?，景觀綠地中植物配置既要做到景觀層次的復(fù)合結(jié)構(gòu)，還需保證每層群落中物種的多樣性及多元化，各層植物群落的平衡及穩(wěn)定既能保證整體群落景觀效益的最大化[17]，又能使環(huán)境擁有適宜的相對濕度和風(fēng)環(huán)境，從而提升人體熱舒適度。

本研究綜合空間形態(tài)、下墊面、綠化結(jié)構(gòu)總結(jié)了一系列適應(yīng)江南地區(qū)氣候特征的設(shè)計策略，探討了冬季對于不同類型綠地景觀的氣候適應(yīng)性設(shè)計理法(表2)，以期為營造舒適的冬季戶外休閑活動空間提供新的思路。

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