福州冬季兰花植物园舒适度对比
2015-11-26朱志鹏黎俊仪傅伟聪陈梓茹蔡晓乐董建文
朱志鹏 黎俊仪 傅伟聪 陈梓茹 蔡晓乐 董建文
摘要：选择2月中旬晴朗天气，通过对冬季福州市3个兰花专类园（分别位于远郊、近郊、市中心）6个监测点的温度、湿度、风速、热力指数、湿球指数、露点温度等数据的采集，采用综合舒适度指数模型进行数据分析。研究了3个兰花植物园温度、湿度、风速及舒适度的日变化规律以及不同区位条件下的对比变化，并对兰花植物园与福州市背景气象数据进行相关性分析。结果表明，各兰花专类园的温度、湿度呈“U”字型变化，温度在13：00～15：00时较高，7：00时最低；湿度在7：00时最高，13：00左右最低；风速呈不规则式变化；综合各下垫面，人体感觉舒适的时间呈U字型变化；冬季3个点皆为林缘舒适度高于园内；3个兰花植物园的舒适度对比为远郊<近郊<市区；与市区背景气象数据相比得出，3个兰花植物园的相对湿度大于市区，平均温度及平均风速明显小于市区。
关键词：兰花植物园；小气候；日变化；舒适度对比
中图分类号：S682.31；Q988 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）21-5313-05
DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.21.027
Comparasion on Comfortable Level in Orchid Botanic Gardens of Fuzhou in Winter
ZHU Zhi-peng， LI Jun-yi， FU Wei-cong， CHEN Zi-ru， CAI Xiao-le， DONG Jian-wen
（College of Landscape Architecture，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou 350002，China）
Abstract： Selecting a sunny day in mid-February， through the collection of data such as temperature， humidity， wind speed， thermal index， web bulb index and dew point temperature on 6 monitoring point in 3 orchid specialized gardens （being respectively located in outer suburbs， suburbs and the downtown） in Fuzhou City in winter， “integrated comfort algorithm index” model was adopted to carry on data analysis. The daily change rule of temperature， humidity， wind speed and comfortable level in 3 orchid botanic gardens and comparative change were studied， and correlation analysis between background meteorological data of orchid botanic garden and Fuzhou City. Results showed that temperature and humidity in every orchid specialized garden presented font variation of U， the temperature during the time from 13：00 to 15：00 was higher， and the temperature was the lowest at 7：00； The humidity was the highest at 7：00， and the humidity was the lowest at 13：00； Wind speed presented irregular style change. The integration of time for which human body feeled comfortable on underlying surface， which presented font variation of U； Each comfortable level on forest edge on 3 points was higher than that of the garden inside； Each comfortable level in 3 orchid botanic gardens respectively located in outer suburbs， suburbs and the downtown was contrasted to show that outer suburbs
兰科（Orchidaceae）是被子植物中的大科之一，是生物多样性保护中备受重视的类群。据《中国植物志》记载[1-3]，福建省兰科植物的属数占中国兰科植物总属数（171属）的39.2%，种数占中国兰科植物总种数（1 247种）的13.2%，表明福建省兰科植物种类比较丰富、属种数较多，是中国兰科植物资源较丰富的地区之一[4]。
目前国内外对于兰花植物的研究主要集中在兰科植物的分类以及兰科植物的栽培和保育方面[5，6]，鲜见关于兰花植物园对人体舒适度影响的研究。研究表明城市森林能有效吸收和反射辐射，降低遮阴区的温度，并通过蒸散作用降低空气温度，增加相对湿度[7，8]，继而显著改善城市的小气候，提高人体舒适度[9]。人体舒适度能反映出某种区域的气象特点和人类对周边环境的影响，与人们的生产生活息息相关[10]。兰花植物园作为森林游憩的重要组成部分，人们对兰花专类园调节小气候的作用以及对人体舒适度的影响也日益重视[11]。本研究以福州市现有的兰花植物园——福建农林大学森林兰苑、于山兰花圃、福州国家森林公园兰苑为研究对象，选择在冬季2月兰花观赏价值最高的时期[12]，通过对园内与园外的温度、相对湿度、风速的定量化研究，比较兰花植物园调节小气候及人体舒适度的差异，指导人们选择最舒适的时间观赏冬季兰花植物园，并为兰花植物园的规划设计提供指导。
1 材料与方法
1.1 试验地的选择
试验在距福州市市中心1 km的于山兰花圃城区兰花植物园，距福州市市中心8 km的福建农林大学森林兰苑近郊兰花植物园，距福州市市中心12 km的福州国家森林公园兰苑远郊兰花植物园进行，分别以各自兰花园园内与园周作对比。
试验地编号：S1-于山兰花圃园内；S2-于山兰作圃外道路；S3-福建农林大学森林兰苑园内；S4-福建农林大学森林兰苑外道路；S5-福州国家森林公园兰苑园内；S6-福州国家森林公园兰苑园外广场。试验地具体情况见表1。
1.2 测试内容与方法
在各个兰花植物园设置2个点，分别位于园内中心、植物园边水泥步道，测小气候值。试验在2015年2月，选择天气晴朗的白天进行。在3块试验地内利用 Kestrel NK4500便携式气候测量仪连续观测10 d（冬季小气候的日变化取10 d观测平均值），每天观测7次（7：00～19：00，每隔2 h观测1次），记录温度、湿度、风速值。
数据用Excel 2007和SPSS 19.0软件处理。
1.3 测试仪器
测试仪器采用美国NK5920 Kestrel 4500便携式气候测量仪，温度测定范围为-29.0～70.0 ℃，分辨率为 0.1 ℃；湿度测定范围为0%～100.0%RH， 分辨率为0.1% RH；风速测定范围为0.4～4 m/s，分辨率为 0.1 m/s。
1.4 人体舒适度的研究方法
目前国内外关于人体舒适度的研究方法很多[13]，综合考虑温度、湿度、风速对人体舒适度的影响[14]，选用了陆鼎煌[15]提出的综合舒适指数（S）评价福州市兰花植物园的小气候舒适度。计算公式如下：
S=0.6（|T—24|）+0.07（|RH—70|）+ 0.5（|V—2|） （1）
式中，S为综合气候舒适度指数，T为气温（℃），RH为相对湿度（%），V为风速（m/s）。S与人体舒适度的划分标准如表2。
2 结果与分析
2.1 气温比较
2.1.1 气温的日变化规律 由图1可以看出，在福州市现有的兰花植物园内气温日变化数据中，日平均气温最低的是福州国家森林公园兰苑（园内13.04 ℃，园周14.15 ℃），其次为福建农林大学森林兰苑（园内13.32 ℃，园外14.38 ℃），于山兰花圃的日平均气温最高（园内14.50 ℃，园外14.90 ℃）。在观测时段内，各观测点均表现为早上7：00 达到一天气温最低值，之后逐渐上升，气温变化的幅度较大；13：00左右达到一天气温最高值，随后又开始下降，气温变化幅度变小。气温日变化动态基本呈单峰型分布。这可能与太阳辐射规律、林木的蒸腾作用以及遮荫等综合影响有关[16]。
2.1.2 降温率比较 将3处兰花植物园与各自空旷地相比，在观测时间内气温日变化幅度较空旷地平缓，但仍可见明显的峰值变化规律。日出前后气温的变化规律主要是因为植物园内对热量的阻缓作用，使得园内的气温比园周高，日出后空旷地温度上升较快，园内表现出明显的降温效应[17]。在与城区不同距离梯度下的兰花植物园测定点各时间气温值均低于对照点。由距城区不同距离梯度的降温率（表3）可见，在7：00，3处植物园均表现出较弱的保温功能，保温效果相对较强的是福州国家森林公园兰苑。日出之后，3处植物园出现明显的降温效应，降低了园内环境空气的温度。从表3可看出，福建农林大学森林兰苑的平均降温率达6.58%，降温幅度最大，最大降温幅度为2.16 ℃，降温效应极为明显。其次为福州国家森林公园兰苑，平均降温率为5.82%；于山兰圃降温效应最小，为1.95%。一天中，降温率最大的发生在福建农林大学森林兰苑11：00～13：00时，此时降温率最大，为12.01%。福州国家森林公园兰苑和于山兰花圃的最大降温率出现在13：00～15：00，分别为11.88%和4.50%。
2.2 相对湿度比较
2.2.1 相对湿度的日变化规律 由图2可见，观测时段内各兰花植物园外空旷地的相对湿度变化呈明显的“U”字型分布。于7：00相对湿度最大，13：00左右相对湿度达到最小，变化范围为36.8%～74.95%，此后相对湿度略有提升，但回升较为缓慢。3处兰花植物园观测点相对湿度变化规律与各自空旷地相似，也呈“U”字型分布，但是变化幅度较空旷地小，变化范围为37.7%～80.3%，且各时间相对湿度值较各自空旷地高。在3处兰花植物园中，福州国家森林公园兰苑的日平均相对湿度最高，可达69.78%，其空旷地的日平均相对湿度为63.66%；其次为福建农林大学森林兰苑，日平均相对湿度值为59.21%，其空旷地的日平均相对湿度为55.71%；于山兰花圃的日平均相对湿度值最低为50.34%，其空旷地的日平均相对湿度为48.12%。
从图2可见，日平均相对湿度中福州国家森林公园兰苑>福建农林大学森林兰苑>于山兰花圃，说明在与市区不同距离等级梯度下，兰花圃的增湿效果有所差别，距市区越远则兰花植物园的增湿效果更加明显。
兰花植物园内相对湿度较大的原因可能是森林这种特殊的下垫面对于增加相对湿度具有重要的作用，森林具有一定的蒸散能力，增大了园内的水汽含量，再加上气温较林外低，风速又小，乱流交换，从而使相对湿度增加[18]。
2.2.2 增湿率比较 从表3可以看出，福州国家森林公园兰苑的平均增湿效应最大，为9.84%，最大增湿幅度为16.79%；其次为福建农林大学森林兰苑，其增湿效应为7.54%，最大增湿幅度为15.72%；而于山兰花圃的增湿效应最小，为4.75%，最大增湿幅度仅为9.30%。福州国家森林公园兰苑、福建农林大学森林兰苑及于山兰花圃增湿效应最大的时段为15：00～17：00。
2.3 平均风速比较
从图3可以看出，各空旷地的平均风速较大且变化剧烈，而兰花植物园内的风速较小且变化平缓。福州国家森林公园兰苑日平均风速为0.08 m/s，园外空旷地日平均风速为0.31 m/s。福建农林大学森林兰苑日平均风速为0.03 m/s，园外空旷地日平均风速为0.11 m/s。于山兰花圃的日平均风速为0.51 m/s，园外空旷地日平均风速为0.77 m/s。从平均风速日均值来看，福州国家森林公园兰苑、福建农林大学森林兰苑、于山兰花圃与各自空旷地相比平均风速分别降低了0.23、0.08、0.26 m/s，可见福州国家森林公园兰苑、福建农林大学森林兰苑、于山兰花圃有很好的降低风速作用。而降低风速的效果中，于山兰花圃>福州国家森林公园兰苑>福建农林大学森林兰苑，原因是园内植物的防风作用[19]。福州国家森林公园兰苑与其空旷地平均风速的日变化范围为0～0.25 m/s、0～0.85 m/s；福建农林大学森林兰苑与其空旷地平均风速的日变化范围为0～0.13 m/s、0～0.23 m/s；于山兰花圃平均风速的日变化范围为0.20～0.90 m/s、0.40～1.80 m/s。
2.4 舒适度比较
根据公式（1）计算出不同时间的S均值。参考S与舒适度之间的关系（表4）可知，在冬季，S值越低则人体感觉越舒适。各时间段的S值反映了一天中不同时间的舒适度情况，对城市居民的影响也不同。
由表2可以看出，不同的下垫面，在不同的气温、相对湿度和风速的综合作用下表现出不同的舒适程度。按照表2的划分标准，当S≤4.55时，人体感觉很舒适；当4.55
2.5 相关数据与市区背景数据对比
在连续观测的10 d中，由气象站数据得出市区的平均温度为16.96 ℃，相对湿度为46.54%，平均风速为1.40 m/s。于山兰花圃的平均温度为14.70 ℃，相对湿度为49.23 %，平均风速为0.64 m/s；福建农林大学森林兰苑的平均温度为13.85 ℃，相对湿度为57.46 %，平均风速为0.07 m/s；福州国家森林公园兰苑的平均温度为13.67 ℃，相对湿度为66.72%，平均风速为0.20 m/s。表明市区的平均温度和平均风速均明显高于3处兰花植物园，相对湿度明显小于3处兰花植物园。
3 小结与讨论
2月中旬，兰花植物园园内和园周相比，在一定程度上对小气候效应产生影响。在降温方面，福建农林大学森林兰苑与于山兰花圃相比，园内降温幅度为-2.1～3.67 ℃，园周降温幅度为-2.85～2.80 ℃；福州国家森林公园兰苑与于山兰花圃相比，园内降温幅度为-0.70～3.40 ℃，园周降温幅度为-2.30～4.30℃。于山兰花圃的气温日均值为14.70 ℃；福建农林大学森林兰苑的气温日均值为13.85 ℃；福州国家森林公园兰苑的气温日均值为13.67 ℃。
在增湿率方面，福建农林大学森林兰苑与于山兰花圃相比，园内增湿幅度为5.10%～13.90%，园周增湿幅度为2.70%～10.93%；福州国家森林公园兰苑与于山兰花圃相比，园内增湿幅度为9.36%～23.95%，园周增湿幅度为11.50%～20.45%。于山兰花圃相对湿度日均值为49.25%；福建农林大学森林兰苑相对湿度日均值为57.46%；福州国家森林公园兰苑相对湿度日均值为66.72%。
在降低风速方面，兰花植物园园内与园周相比分别为：于山兰花圃平均风速降低了0.26 m/s；福建农林大学森林兰苑平均风速降低了0.08 m/s；福州国家森林公园兰苑平均风速降低了0.23 m/s。
本研究主要针对冬季福州市3处兰花植物园园内与园周小气候的对比，综合考虑适合人们休闲游憩而展开的调查研究，范围较小，同时从人居环境的宜人角度讲，可以考虑通过一年四季对兰花植物园小气候的调查和研究，确定人体舒适度，以期探讨兰花植物园的最佳观赏期间，为人们选择更加舒适的休闲游憩活动时间提供参考。
参考文献：
[1] 中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志第十七卷[M].北京：科学出版社，1999.
[2] 中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志第十八卷[M].北京：科学出版社，1999.
[3] 中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志第十九卷[M].北京：科学出版社，1999.
[4] 黄启堂，游水生，陈世品.福建省兰科植物区系分析[J].植物资源与环境学报，2009，18（3）：81-87.
[5] 罗毅波，贾建生，王春玲.中国兰科植物保育的现状和展望[J].生物多样性，2003，11（1）：70-77.
[6] 秦卫华，蒋明康，徐网谷，等.中国1，334种兰科植物就地保护状况评价[J].生物多样性，2012，20（2）：177-183.
[7] OKE T R. The micrometeorology of the urban forest[J]. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B， Biological Sciences， 1989， 324（1223）：335-349.
[8] SHASHUA-BAR L， HOFFMAN M E. Vegetation as a climatic component in the design of an urban street： An empirical model for predicting the cooling effect of urban green areas with trees[J]. Energy and Buildings，2000，31（3）：221-235.
[9] 张明如，陈建新，俞益武，等.浙西山地森林小气候变化特征及其对休闲旅游活动的影响[J].内蒙古农业大学学报（自然科学版），2007：13-18.
[10] 张 璐，林伟强.森林小气候观测研究概述[J].广东林业科技，2002，18（4）：52-56.
[11] 刘清春，王 铮，许世远.中国城市旅游气候舒适性分析[J].资源科学，2007，29（1）：133-141.
[12] 刘江枫.福州市野生兰科植物资源与观赏评价[D].福州：福建农林大学，2010.
[13] 侯 俊.张家界国家森林公园人体舒适度动态特征研究[D].长沙：中南林业科技大学，2013.
[14] 吴 菲，李树华，刘娇妹.林下广场、无林广场和草坪的温湿度及人体舒适度[J].生态学报，2007，27（7）：2964-2971.
[15] 陆鼎煌.颐和园夏季小气候[A].中国农学会、林学会.中国林业气象文集[C].北京：气象出版社，1989.
[16] 杨士弘.城市绿化树木的降温增湿效应研究[J].地理研究，1994（4）：74-80.
[17] 汪永英，孔令伟，李 雯，等.哈尔滨城市森林小气候状况及对人体舒适度的影响[J].东北林业大学学报，2012，40（7）：90-93.
[18] 黄海霞，李建龙，黄良美.南京市小气候日变化规律及其对人体舒适度的影响[J].生态学杂志，2008，27（4）：601-606.
[19] 黄富祥，高 琼.毛乌素沙地不同防风材料降低风速效应的比较[J].水土保持学报，2001，15（1）：27-30，38.
