徐作梅

(西安財(cái)經(jīng)大學(xué) 行知學(xué)院，陜西 西安 710038)

小氣候，指一種因小范圍內(nèi)水熱收支差異導(dǎo)致的與周圍大氣候不同的氣候，可通過技術(shù)手段改善小氣候中的條件，從而改變小氣候中植物作物的生長，并影響工作和生活環(huán)境。研究小氣候的影響機(jī)制能有效提升居住環(huán)境的質(zhì)量，設(shè)計(jì)營造更為宜居的環(huán)境空間[1]。在近地面范圍內(nèi)，景觀類要素對(duì)小氣候的影響較大，主要表現(xiàn)在水體、植物、建筑和鋪裝的影響方面，能通過改變這些景觀類要素使小氣候環(huán)境符合人類需要。另外，小氣候還受到地形、光照、風(fēng)向等因素的影響，需要采用專門的設(shè)備進(jìn)行研究。小氣候呈現(xiàn)范圍小、差異大、變化快、近地表變化大、規(guī)律較為穩(wěn)定等特征，對(duì)一定范圍進(jìn)行短期考察，能較好地研究該區(qū)域的小氣候特點(diǎn)[2]。目前有關(guān)校園內(nèi)不同景觀空間小氣候舒適度的研究較少，以西安財(cái)經(jīng)大學(xué)行知學(xué)院為研究對(duì)象，采用NK 5500 LINK風(fēng)速氣象儀對(duì)校園不同景觀空間的小氣候進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，對(duì)比分析景觀設(shè)計(jì)對(duì)校園環(huán)境小氣候產(chǎn)生的影響，為同類型院校在進(jìn)行校園設(shè)計(jì)和建設(shè)時(shí)能更好地滿足校園內(nèi)人群的活動(dòng)需求提供參考。

1 研究區(qū)域概況

陜西省西安市西安財(cái)經(jīng)大學(xué)行知學(xué)院位于西安市灞橋區(qū)，為灞河、浐河、渭河交匯處，水文資源豐富。地理坐標(biāo)為北緯34.227 868°，東經(jīng)109.097 275°。研究區(qū)域地處關(guān)中平原中部，屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)區(qū)，年均相對(duì)濕度約70%，年均溫12.0～13.3 ℃，區(qū)域內(nèi)最高溫為41.7 ℃，最低溫為-20.6 ℃。主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，靜風(fēng)頻率約30%，平均風(fēng)速2 m/s。研究區(qū)域地勢(shì)平坦，周圍多是道路和空地，僅一側(cè)與村莊相連。研究區(qū)域設(shè)計(jì)圖、航拍圖、電子地圖分別見圖1～圖3。

2 研究方法

2.1 樣點(diǎn)選擇

樣點(diǎn)應(yīng)選擇典型、有代表性的空間位置，本研究針對(duì)不同景觀空間展開，在不同類型空間中測(cè)量相應(yīng)的小氣候數(shù)據(jù)，并總結(jié)不同小氣候效應(yīng)的概況，分

圖1 西安財(cái)經(jīng)大學(xué)行知學(xué)院設(shè)計(jì)圖Fig.1 Design drawing of Xingzhi College of Xi′an University of Finance and Economics

圖2 西安財(cái)經(jīng)大學(xué)行知學(xué)院航拍圖Fig.2 Aerial photo of Xingzhi College of Xi′an University of Finance and Economics

析可能的形成原因。時(shí)間選擇2020年7月19日上午6∶00至2020年7月19日晚上20∶00，持續(xù)監(jiān)測(cè)14 h，根據(jù)校園環(huán)境和本次實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，選擇的不同空間類型樣點(diǎn)見表1。

2.2 測(cè)量方法

采用NK 5500 LINK風(fēng)速氣象儀進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)量，分別對(duì)樣點(diǎn)A、B、C進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，主要測(cè)量指標(biāo)包括溫度、濕度和風(fēng)速等，測(cè)量工作符合相關(guān)規(guī)范要求。研究共使用3臺(tái)儀器，經(jīng)校準(zhǔn)3臺(tái)儀器測(cè)量穩(wěn)定性一致，3個(gè)樣點(diǎn)的測(cè)量高度選在離地面1.5 m處(接近人體面部的高度)，以方便模擬人體感受。

圖3 西安財(cái)經(jīng)大學(xué)行知學(xué)院高德電子地圖Fig.3 Amap of Xingzhi College of Xi′an University of Finance and Economics

表1 校園不同景觀空間小氣候舒適度研究樣點(diǎn)Tab.1 Research sampling points of microclimate comfort in different landscape spaces on campus

每一小時(shí)讀取1次測(cè)量數(shù)據(jù)，在使用過程中應(yīng)注意陽光直射的影響，避免因直射溫度過高導(dǎo)致數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性出現(xiàn)誤差[3]。

2.3 人體舒適度評(píng)價(jià)

人體舒適度易受周圍環(huán)境的影響，機(jī)體和大氣間存在熱交換，環(huán)境的溫度、濕度、風(fēng)速等氣候因素均將對(duì)人體產(chǎn)生影響，可通過數(shù)據(jù)來評(píng)價(jià)人體舒適度[4]。人體對(duì)氣候環(huán)境的感知是主觀的，無法完全通過探測(cè)儀器獲取結(jié)果。人體舒適度指數(shù)是較為通用的衡量不同氣候條件下人體舒適度的數(shù)據(jù)，本研究選取天氣預(yù)報(bào)中較為常用的人體舒適度計(jì)算公式[5]，公式為：

ssd=(1.818t+18.18)(0.88+0.002f)+

式中：t表示平均氣溫(℃)；f表示相對(duì)濕度(%)；v表示風(fēng)速(m/s)。

以86～88分為4級(jí)，該指數(shù)下人體感覺極熱；以80～85分為3級(jí)，該指數(shù)下人體感覺炎熱；以76～79分為2級(jí)，該指數(shù)下人體感覺偏熱；以71～75分為1級(jí)，該指數(shù)下人體感覺較為溫暖、舒適；以59～70分為0級(jí)，該指數(shù)下人體感覺最為舒適[6]。

3 結(jié)果與分析

3.1 各樣點(diǎn)溫度變化比較

回溯天氣記錄數(shù)據(jù)，2020年7月19日，灞橋區(qū)為晴天，南風(fēng)2級(jí)，最低溫19 ℃，最高溫31 ℃。根據(jù)本研究測(cè)量的A、B、C三個(gè)樣點(diǎn)的溫度變化趨勢(shì)，可知其變化區(qū)間較為合理(表2)。

表2 不同類型樣點(diǎn)空間溫度整點(diǎn)記錄Tab.2 Hourly records of temperature in different types of sample points

經(jīng)過連續(xù)14 h的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，林蔭型、建筑圍合型和空曠廣場(chǎng)型3類空間中呈現(xiàn)不同的溫度變化趨勢(shì)，其中空曠廣場(chǎng)型(C點(diǎn))和建筑圍合型(B點(diǎn))樣點(diǎn)溫度變化趨勢(shì)相似，而林蔭型(A點(diǎn))樣點(diǎn)具有明顯的降溫功能。不同空間樣點(diǎn)在不同時(shí)間，其溫度變化趨勢(shì)相近，6∶00～12∶00溫度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，12∶00～15∶00溫度較為穩(wěn)定，15∶00～20∶00溫度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，預(yù)測(cè)太陽落山后到次日太陽升起前溫度將繼續(xù)降低。

林蔭型(A點(diǎn))樣點(diǎn)的全天溫度均明顯低于其他點(diǎn)，在最高溫方面體現(xiàn)最為明顯。A點(diǎn)位于樹冠下，兩側(cè)高大樹木可遮擋陽光，陽光不會(huì)直射到A點(diǎn)，同時(shí)A點(diǎn)周圍存在低矮的灌木叢，其土地類型也為水流吸收較好的土壤結(jié)構(gòu)，在這一區(qū)域內(nèi)形成了能有效減少地表位置熱輻射吸收的植物立體結(jié)構(gòu)，降溫效果較好，在夏日帶來更好的環(huán)境體驗(yàn)[7]。

建筑圍合型(B點(diǎn))樣點(diǎn)位于幾棟教學(xué)樓間，活動(dòng)范圍較小，混凝土吸熱及放熱速度快，風(fēng)經(jīng)過建筑物之間時(shí)速度也會(huì)加快，總體對(duì)溫度上升有一定的控制作用[8]。且該樣點(diǎn)因建筑物遮擋，陽光升起時(shí)溫度不會(huì)增長過快，建筑物能吸收一定量的熱，但該區(qū)域植物數(shù)量較少，植物對(duì)環(huán)境的控溫效果一般。

空曠廣場(chǎng)型(C點(diǎn))樣點(diǎn)位于校門口陶行知塑像前，該位置有少量低矮的園藝花木，但周圍整體上沒有大型植物和其他遮擋陽光的物體，溫度較其他2個(gè)樣點(diǎn)更高，溫度變化也更為敏感。因?yàn)闊o阻擋物，該區(qū)域的風(fēng)速也較快，高速的空氣流動(dòng)和云層的遮蔽均能有效影響該樣點(diǎn)空間的溫度。

3.2 各樣點(diǎn)相對(duì)濕度變化比較

各樣點(diǎn)相對(duì)濕度的變化趨勢(shì)與溫度變化規(guī)律一致，隨著溫度升高，區(qū)域內(nèi)相對(duì)濕度降低。西安市夏季相對(duì)濕度均值為77%，本研究測(cè)得樣點(diǎn)最高相對(duì)濕度85%，最低相對(duì)濕度62%，各樣點(diǎn)相對(duì)濕度變化情況見表3。

表3 不同類型樣點(diǎn)空間相對(duì)濕度整點(diǎn)記錄Tab.3 Hourly records of relative humidity in different types of sample points

林蔭型(A點(diǎn))樣點(diǎn)周圍被高大喬木和低矮灌木環(huán)繞，相對(duì)濕度較其他樣點(diǎn)更高，尤其在溫度最高的中午時(shí)段。其他2個(gè)樣點(diǎn)因溫度升高其相對(duì)濕度明顯下降，而A點(diǎn)在中午日照強(qiáng)度最高的時(shí)段，因植物葉片的蒸騰作用造成區(qū)域內(nèi)環(huán)境相對(duì)濕度的上升，且植物吸收太陽輻射，一定程度上緩解了溫度的上升趨勢(shì)。A點(diǎn)上方有高大喬木遮擋，周圍有低矮灌木，形成較為封閉的區(qū)間，植物蒸騰作用產(chǎn)生的水分較難蒸發(fā)擴(kuò)散[9]。

建筑圍合型(B點(diǎn))樣點(diǎn)下墊面為混凝土，環(huán)境中植物數(shù)量較少，且未見其他明顯影響相對(duì)濕度變化的因素，但B點(diǎn)被建筑物環(huán)繞，導(dǎo)致陽光不會(huì)全天直射，在遮擋的情況下能在一定范圍內(nèi)保持空氣的相對(duì)濕度，使得B點(diǎn)的相對(duì)濕度稍高于C點(diǎn)[10]。

空曠廣場(chǎng)型(C點(diǎn))樣點(diǎn)周圍同樣缺少植物調(diào)控，且周圍無建筑物遮擋，經(jīng)陽光直射后隨著溫度升高，相對(duì)濕度呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，總體上C點(diǎn)的相對(duì)濕度低于B點(diǎn)。

3.3 各樣點(diǎn)小氣候舒適度對(duì)比分析

3個(gè)樣點(diǎn)在平均風(fēng)速方面差別較小，溫度和濕度成為影響人體舒適度的主要因素。在實(shí)驗(yàn)當(dāng)日，經(jīng)計(jì)算得出A點(diǎn)人體舒適度指數(shù)明顯優(yōu)于B、C兩點(diǎn)。由此推斷林蔭型空間在高校校園不同景觀空間小氣候中表現(xiàn)最為舒適，能有效改善環(huán)境功能和提升環(huán)境舒適度[11]。植物的覆蓋能更好地調(diào)節(jié)空間小氣候，需綜合應(yīng)用高大喬木和低矮灌木以形成綜合立體的空間結(jié)構(gòu)。在高校校園中，喬灌草群落最符合人體舒適度的要求，應(yīng)注重校園內(nèi)植樹和草木維護(hù)工作。

4 結(jié)論

本研究監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，在高校校園的夏季環(huán)境中，不同活動(dòng)空間呈現(xiàn)不同的小氣候，周圍環(huán)境和空間類型均會(huì)影響到人體舒適度的體驗(yàn)，其中溫度和濕度是最為重要的影響因素。本研究在同一時(shí)間節(jié)點(diǎn)測(cè)量了西安財(cái)經(jīng)大學(xué)行知學(xué)院內(nèi)3個(gè)不同的空間樣點(diǎn)，林蔭型(A點(diǎn))樣點(diǎn)的小氣候環(huán)境較為穩(wěn)定，而建筑圍合型(B點(diǎn))、空曠廣場(chǎng)型(C點(diǎn))兩樣點(diǎn)受陽光影響較大，小氣候環(huán)境不穩(wěn)定。在不同景觀中，高大的行道樹具有遮陰作用并能在高溫下發(fā)揮蒸騰作用增加環(huán)境濕度，建筑物能遮陰并使風(fēng)速加快，土壤能與空氣進(jìn)行水分交換增加環(huán)境濕度，低矮灌木能降低地表熱量的吸收，在進(jìn)行校園景觀設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮不同要素對(duì)環(huán)境的影響。