寧乙浩，郭思雨，張洪霖，白立帥，王 梓

（河南科技大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院，河南 洛陽 471000）

1 概述

城市熱環(huán)境隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展日益惡化，已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了環(huán)境品質(zhì)的提升，是亟待解決的現(xiàn)實(shí)問題。微氣候泛指工作場所的氣候條件，包括空氣的溫度、濕度、風(fēng)速等因素。微氣候不僅影響著生產(chǎn)、生活和健康的方方面面，并且在很大程度上決定了人們生活質(zhì)量的優(yōu)劣［1－2］。校園道路作為學(xué)生室外主要活動(dòng)空間，活動(dòng)時(shí)其感覺的舒適度顯得尤為重要，而行道樹可以通過蒸騰作用把水分散失到周圍環(huán)境中，水分在氣化過程中從周圍吸收熱量，同時(shí)通過遮蔽長短波輻射，降低空氣溫度增加空氣濕度，改善各種氣候因子［3－4］。

熱舒適是人對周圍熱環(huán)境所做的主觀滿意度評(píng)價(jià)。目前，對熱舒適開展研究的區(qū)域涉及濕熱地區(qū)、熱帶地區(qū)以及寒冷地區(qū)；評(píng)價(jià)方法有問卷調(diào)查［5］、環(huán)境衛(wèi)生學(xué)方法的綜合舒適度指標(biāo)［6］以及人體舒適度指標(biāo)［7－11］針對心理方面、物理方面利用儀器測量數(shù)據(jù)做相關(guān)分析等多種方法。本研究以河南科技大學(xué)校園行道樹為研究對象，通過對不同行道樹樹蔭下和全光照的氣象參數(shù)的測量，分析不同行道樹種的室外熱環(huán)境和對行人熱舒適的差異，旨在為基于室外熱舒適評(píng)價(jià)下為洛陽地區(qū)道路綠化建設(shè)提供優(yōu)化建議及參考數(shù)據(jù)。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2．1 研究區(qū)域概況

研究選擇河南科技大學(xué)校園（34°60'N，112°42'E） 為實(shí)測場地。該校區(qū)占地4 600 hm2，地處暖溫帶地帶，氣候具備春季多風(fēng)、氣候干旱，夏季酷熱、雨水集中，秋季晴和日照充足，冬季干冷、雨雪稀少的顯著特點(diǎn)。選取的7條道路分別位于學(xué)校出入口、圖書館、教學(xué)樓以及宿舍樓周邊的道路，涵蓋教學(xué)、學(xué)習(xí)、生活住宿等需求，可以針對不同的使用人群來得出每條路的舒適度。對7 條路進(jìn)行實(shí)測（見圖1） ，其中明德路、主干道、日新路、自強(qiáng)路為南北走向（N － S） 、篤行路、博學(xué)路、鯤鵬路為東西方向（E－W） 。7 條道路為校園內(nèi)具有代表性的主要道路，道路上人流密集，同時(shí)其樹木的生長良好，所測得數(shù)據(jù)更具有代表性。

圖1 道路位置及周圍環(huán)境特征

2．2 研究方法

2．2．1行道樹狀況

校園內(nèi)行道樹長勢基本良好，調(diào)查行道樹的種類、覆蓋率、樹高、冠幅、胸徑、株距、樹冠形狀、樹干及分支點(diǎn)高度，觀察行道樹的長勢以及病蟲害，評(píng)估行道樹的景觀配置效果。

2．2．2微氣候測定

微氣候的顯性指標(biāo)主要表現(xiàn)在對環(huán)境舒適度影響上，主要包括溫度、濕度、風(fēng)速［12－13］。選取在天氣晴好無風(fēng)、一天中較熱且人們活動(dòng)較為頻繁的時(shí)間段，分別監(jiān)測每條道路上行道樹樹蔭下和全光照的空氣溫度（T） 、相對濕度（H） 、風(fēng)速（V） 和太陽輻射強(qiáng)度（G） ，通過這些路段的測量，獲得大量測點(diǎn)數(shù)以用于相關(guān)性及回歸分析。

2．2．3熱舒適度指數(shù)

熱環(huán)境參數(shù)測定： 分別監(jiān)測每條行道樹樹蔭下和全光照的空氣溫度（T） 、相對濕度（H） 、風(fēng)速（V） 和太陽輻射強(qiáng)度（G） ?？諝鉁囟?、相對濕度和風(fēng)速數(shù)據(jù)采用NK3000 手持式氣象儀（美國Kestrel 3000） 進(jìn)行測量，太陽輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)采用照度儀進(jìn)行測量。測量過程中盡量減少外界干擾，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。具體儀器如表1 所示。

表1 氣象參數(shù)測量實(shí)驗(yàn)主要儀器參數(shù)

為了確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性、科學(xué)性和準(zhǔn)確性，對于每條路各種氣候因子的測量，采用求平均值法。在春、夏、秋、冬選擇最能代表此季節(jié)的連續(xù)的3 d，春季測量日期：2021．3．11 ～3．13，夏季測量日期：2020．9．15 ～9．17，秋季測量日期：2020．11．1 ～11．3，冬季測量日期：2021．1．6 ～1．8。每天于8： 00 ～10： 00，10： 00 ～12： 00，12： 00 ～14：00，14：00 ～16：00 四個(gè)人流密集的時(shí)間段，分別測量校園道路的各種氣候因子的數(shù)值。在需要測量道路上隨機(jī)取3 個(gè)點(diǎn)，保證數(shù)據(jù)具有本條路段的代表性。并將每個(gè)時(shí)間段的3 d 所測的9 個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，求取該路段在本時(shí)間段的平均值作為該時(shí)段氣候條件的數(shù)值，最后求出四季各個(gè)時(shí)間段的代表數(shù)據(jù)，利用經(jīng)驗(yàn)公式［14］計(jì)算人體舒適度指數(shù)：

采用人體舒適度指數(shù)（y） 來表征氣候適宜指數(shù)，把人體可直接感受到的氣溫（T） 、相對濕度（H） 和風(fēng)速（V）等3 個(gè)氣象要素作為人體舒適度指標(biāo)［15－16］（見表2） 。

表2 人體舒適度指標(biāo)等級(jí)

2．2．4問卷調(diào)查

采用ASHRAE 的9 度熱感覺評(píng)價(jià)標(biāo)尺（－4 非常冷、－3 冷、－2 涼、－1 稍涼、0 中性、+1 稍暖、+2 暖、+3熱、+4 非常熱） 采集熱環(huán)境水平下的熱感覺。采用通用的4 度熱舒適標(biāo)尺（0 舒適、+1 稍微不舒適、+2 不舒適、+3 非常不舒適） 和4 度接受度標(biāo)尺（+1 完全接受、+0．01 剛剛接受、－0．01 剛剛不接受、－1 完全不接受）來采集行人的熱舒適評(píng)價(jià)和接受度評(píng)價(jià)。

對舒適度認(rèn)識(shí)最直觀的即人體的感受，在春、夏、秋、冬選擇最能代表此季節(jié)的連續(xù)3 d，每天于8：00 ～10：00，10：00 ～12：00，12：00 ～14：00，14：00 ～16：00 四個(gè)人流密集的時(shí)間段，在7 條道路上且每個(gè)時(shí)間段分別對30 位行人，總計(jì)樣本數(shù)量840，對他們的熱感覺評(píng)價(jià)、熱舒適度和接受度進(jìn)行問卷調(diào)查樣式見圖2。

圖2 對室外行人熱舒適性的研究問卷調(diào)查

3 結(jié)果分析

3．1 校園道路基本概況

3．1．1道路概況

根據(jù)調(diào)查將校園內(nèi)的道路按照橫斷面的不同分為二板三帶式和一板二帶式（見圖3） 。其中篤行路、明德路、博學(xué)路、主干道、日新路屬于二板三帶式，二板三帶式道路上所種的行道樹有英桐、美桐、香樟，生長狀況都較好，且株距較長、冠幅較大。其中鯤鵬路和自強(qiáng)路屬于一板二帶式，一板二帶式所種的行道樹有美桐和雪松。

圖3 實(shí)測示意圖

3．1．2行道樹概況

在所選的7 條路中，英桐（Platanus acerifolia） 和美桐（Platanus OrientalisL） 應(yīng)用比較多，其次為香樟（Cinnamomum camphora（L．） Presl．） 和 雪 松（Cedrus deodara（Roxb．） G．Don） （見表3） 。

表3 校園內(nèi)行道樹

3．2 熱環(huán)境變化

在春、夏、秋、冬四季選擇最能代表此季節(jié)的連續(xù)的3 d，對每條路相關(guān)氣候因子進(jìn)行測量，采用求平均值法得到數(shù)據(jù)，如圖4 所示，由圖4 可知：

圖4 四季氣候因子實(shí)測圖

1）7 條路在四季中夏季樹蔭下和全光照的溫度差距及太陽輻射差距最大，其次春季較小，最后是冬季和秋季，所以行道樹在夏季的生長狀態(tài)對周圍熱環(huán)境的影響最大。

2） 在種植相同樹種的道路上，行道樹的生長狀況很大程度上決定著降低溫度和太陽輻射的能力。

3） 與全光照相比，樹蔭下的溫度（T） 和太陽輻射（G）均有不同程度的降低，其中美桐對溫度（T） 降低能力最明顯（ΔT= －1．0 ℃） ，其次是英桐（ΔT= －0．9 ℃） 、雪松（ΔT= －0．8 ℃） 和香樟（ΔT= －0．6 ℃） ；香樟對太陽輻射（G） 降低最明顯（ΔG= － 360 lux） ，其次是美桐（ΔG= －263 lux） 、英桐（ΔG= －255 lux） 、雪松（ΔG=－248 lux） 。這表明了行道樹的種類和生長狀態(tài)能夠不同程度的影響周圍熱環(huán)境氣候因子。這點(diǎn)與許敏對校園行道樹對夏季室外行人熱舒適的影響研究結(jié)果一致［17］。

3．3 熱感覺

3．3．1熱舒適指數(shù)

從表2 可知，人體舒適度為59 ～70（5 級(jí)） 給人的感受最為舒適，71 ～75（6 級(jí)） 給人的感受是偏熱，大部分人舒適。根據(jù)公式，在夏季，溫度越高舒適度數(shù)值越高，則越遠(yuǎn)離70，給人感覺悶熱，越不舒適，在春秋冬季，溫度越高舒適度數(shù)值越高，則越接近59，給人感覺最為舒適。

通過經(jīng)驗(yàn)公式所得四季舒適度等級(jí)圖（如圖5 所示）可知，春季行道樹將人體舒適指數(shù)從53 ～58 降低到50 ～57；夏季行道樹將人體舒適指數(shù)從71 ～77 降到70 ～76；秋季行道樹將人體舒適指數(shù)從54 ～62 降低到54 ～61；冬季行道樹將人體舒適指數(shù)從48 ～64 降低到48 ～62。通過四季舒適度等級(jí)表對7 條路上樹蔭下及全光照舒適度的對比，可以看出，夏季行道樹改善周圍熱環(huán)境的作用最明顯。夏季在遮陰和全光照的環(huán)境下，8：00 ～10：00 時(shí)間段博學(xué)路上舒適度為70 ～71 給人感覺偏熱，大部分人舒適，其次為篤行路、明德路、主干道、日新路、鯤鵬路、自強(qiáng)路，10：00 ～12：00 時(shí)間段篤行路上舒適指數(shù)為69 ～70 給人感覺最為舒適，其次為博學(xué)路、明德路、主干道、鯤鵬路、日新路、自強(qiáng)路； 而在陽光下，日新路、主干道給人感覺偏熱，大部分人舒適，篤行路給人感覺悶熱，大部分人舒適，其余道路次之。

圖5 經(jīng)驗(yàn)公式所得舒適度等級(jí)圖

綜合來看，篤行路最為舒適，其次是博學(xué)路，再之主干道、明德路、日新路、鯤鵬路、自強(qiáng)路。

3．3．2調(diào)查問卷

通過對四季舒適度等級(jí)分析可知，夏季行道樹改善周圍熱環(huán)境的作用最明顯。在夏季晴朗無風(fēng)的一天，對7 條道路的行人進(jìn)行了主觀的熱舒適度調(diào)查。從調(diào)查問卷統(tǒng)計(jì)情況可知，如圖6 所示，在各個(gè)時(shí)間段內(nèi)最舒適的道路是篤行路，其次是博學(xué)路、自強(qiáng)路和鯤鵬路，主干道的舒適度最低。在一天中最炎熱的10： 00 ～12： 00 和12：00 ～14：00 兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)，對主干道的舒適度相較于其他道路的舒適度差距最明顯。

圖6 舒適度問卷調(diào)查反饋情況

主要原因?yàn)椋?） 主干道的道路過寬；2） 作為行道樹的香樟冠幅較小、分支點(diǎn)低，沒有起到很好的遮陰效果。導(dǎo)致該路接受的太陽輻射較多，行人的偏熱投票較多。自強(qiáng)路的舒適度并沒有隨著時(shí)間的變化有大幅度的起伏，舒適度一直處于中等狀態(tài)，日新路在8：00 ～10：00 的舒適度較低，其他時(shí)間段舒適度良好。

對比經(jīng)驗(yàn)公式所得的客觀舒適度和問卷調(diào)查所得的主觀舒適度，發(fā)現(xiàn)在夏季經(jīng)驗(yàn)公式和問卷調(diào)查所得舒適度最高的都是篤行路和博學(xué)路，經(jīng)驗(yàn)公式所得舒適度相對較差的道路是日新路、鯤鵬路、自強(qiáng)路，問卷調(diào)查所得舒適度最低的是自強(qiáng)路、鯤鵬路、主干道； 可見主觀舒適度和客觀舒適度所得結(jié)論重合率高。

3．3．3舒適度指數(shù)與太陽輻射的相關(guān)性分析

根據(jù)人體舒適度指數(shù)和樹蔭下太陽輻射的相關(guān)性及回歸分析（見圖7） ，四個(gè)時(shí)間段的R2取平均值，即由取平均值，即0．729。

圖7 舒適度指數(shù)與太陽輻射的相關(guān)性分析

4 結(jié)果與討論

在種植英桐株距相似的兩條路上，博學(xué)路在調(diào)查問卷和經(jīng)驗(yàn)公式所得的舒適度都比日新路強(qiáng)，是因?yàn)椴W(xué)路附近有居民區(qū)，建筑物覆蓋率較高，且有琴湖的存在，這不僅降低了太陽輻射和周圍熱環(huán)境溫度而且提高了濕度，故人體舒適度較高。而在博學(xué)路上，綠化帶植物種類豐富有紅葉李（Prunus ceracifera‘Atropurpurea’） 、櫻花（Prunus serrulata） 等，植被覆蓋率也比較高。

自強(qiáng)路在炎熱時(shí)間段8：00 ～14：00 的舒適度都處于7 條路的最低水平，雪松作為此路段選擇的行道樹并沒有起到改善熱環(huán)境的效果，其種植的密度大沒有發(fā)揮很大的價(jià)值，自強(qiáng)路的路較窄，種植密度大反而會(huì)導(dǎo)致四周不通風(fēng)，不能給人很好的體驗(yàn)感，這條路總體給人的感覺十分悶熱。

篤行路在炎熱時(shí)間段10：00 ～12：00 的舒適度是最高的，篤行路上的美桐冠幅適中、株距把握得很恰當(dāng)，起到四面通風(fēng)的效果；周圍建筑物較多，很大程度上降低了太陽輻射強(qiáng)度；有大面積的琴湖，濕度也有很大幅度的提升；綠化帶上種植的種類也比較豐富如：南天竹（Nandina domestica） ，紫葉李（Prunus ceraiferacv‘Pissardii．’） 等，提高了植被的覆蓋率，這條路選擇美桐作為行道樹具有科學(xué)性。

鯤鵬路上給人舒適感較低，其道路旁種植美桐，雖株距小，但葉子較為稀疏，長勢較差，而且道路較寬，除南部不遠(yuǎn)處有致遠(yuǎn)樓建筑外，北側(cè)無任何遮擋。明德路與主干道同屬于南北方向校園道路，熱舒適度所差無幾，處于中間程度。

明德路上為英桐，主干道為香樟，樹木生長狀態(tài)良好，但由于明德路相比主干道樹木種植株距較小，同時(shí)法桐冠幅較大，而主干道路面較寬，太陽輻射面積大，周圍熱環(huán)境更高，其舒適感較好。

根據(jù)對舒適度的調(diào)研結(jié)果和對氣候因子的實(shí)測分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)，得出了以下結(jié)論：

1） 不同行道樹對于影響微氣候變化的指標(biāo)如溫度、風(fēng)速、太陽輻射等的改善情況存在差異，美桐、英桐對于室外氣候因子改善作用較強(qiáng)，香樟、雪松改善作用較弱，同種行道樹給人熱舒適度感覺受周圍環(huán)境影響如水體、建筑物、道路寬度等而產(chǎn)生差異。

2） 對四個(gè)季節(jié)行道樹周圍小氣候因子日變化規(guī)律進(jìn)行了定量的分析和比較，可知在春、夏、秋、冬四季中，夏季行道樹改善空間行人熱舒適作用明顯。通過四季舒適度等級(jí)表對7 條路上樹蔭下及全光照舒適度的對比，可以看出，夏季行道樹改善周圍熱環(huán)境的作用最明顯。

3） 通過對比發(fā)現(xiàn)，客觀舒適度指數(shù)和人體體感變化對于夏季道路舒適度的評(píng)價(jià)有較高的吻合度。經(jīng)驗(yàn)公式和問卷調(diào)查所得舒適度最高的都是篤行路和博學(xué)路，經(jīng)驗(yàn)公式所得舒適度相對較差的道路依次是日新路、鯤鵬路、自強(qiáng)路，問卷調(diào)查所得舒適度最低的依次是自強(qiáng)路、鯤鵬路、主干道。

4） 人體舒適度指數(shù)和太陽輻射相關(guān)性強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0．729，行道樹越能降低太陽輻射，道路空間行人熱舒適度越高。今后的研究應(yīng)該建立在改善行道樹周圍熱環(huán)境更加舒適的角度，去系統(tǒng)地、科學(xué)地指導(dǎo)校園內(nèi)行道樹樹種的選擇，以此來改善校園內(nèi)以至于洛陽地區(qū)的微氣候，為洛陽地區(qū)道路綠化建設(shè)提供優(yōu)化建議及參考數(shù)據(jù)。