小气候适应性与街旁游园下垫面关系研究★

李 彬 彭 历

(北方工业大学建筑与艺术学院，北京 100144)



小气候适应性与街旁游园下垫面关系研究★

李 彬 彭 历

(北方工业大学建筑与艺术学院，北京 100144)

选取北京街旁游园砖、石、木、塑胶、花岗岩和裸露草地6种下垫面，以及相同材质，不同颜色的烧结砖进行了为期3 d的实测，通过整理分析相对湿度、地表温度及热应力指数等小气候要素数据，提出了以调节改善小气候为导向的城市街旁游园设计的优化对策，以提高城市街旁游园的生态功能，减少城市热岛效应。

街头绿地，温湿度，下垫面，小气候

1 街旁游园下垫面对小气候的影响

1.1 城市街旁游园下垫面

城市人群活动对气候的影响，首先是通过对下垫面性质的改变来体现的，它与空气间存在着复杂的物质交换和能量交换[1]。城市内的下垫面类型由于其比热容、保蓄水能力、反射能力等性质的不同，地表温度和相对湿度也表现出较大的差异性。北京城区街旁游园下垫面主要包括其中的绿地与园林硬质地面。由于城市街旁游园的不断建设，沥青、混凝土等辐射高、透水性低的铺装较少出现在北京城市街头绿地硬质铺装当中，本研究主要选择了最为常见的砖、石、花岗岩以及木、塑胶此类特色广场或步道铺装，与城市街头绿地中占地面积最大的草地进行对比，进而研究城市街头绿地下垫面对小气候温湿度的影响。

1.2 景观下垫面与小气候温湿环境的基本关系

街旁游园中，影响温度的主要因素为太阳辐射和地面构造两项，其热量来源主要依靠太阳辐射，当太阳辐射达到地面时，一部分被反射，另一部分被地面吸收，使得地面增热。地面再通过传导、对流等手段，把热量传给空气。由于空气的比热容比地面铺装、草地等下垫面的比热容高，导致空气的隔热效果比地面要好，太阳辐射直接被大气吸收的部分对空气的增温作用较低。因此，地表与空气间的热量交换是影响小气候温度变化的直接原因。

相对湿度是指某一时段绝对湿度与最高湿度之间的比值，表示空气中水蒸气的饱和度有多高，相对湿度与空气温度成负相关关系。而空气中的水蒸气除了受植物的蒸腾作用、风、温度等因素影响外，地表的保蓄水能力、辐射强度等因素也是导致相对湿度变化的重要原因。

由于不同质地的下垫面其地质构造不同，导致其对热量的吸收能力和保蓄水能力也不同。软质地表兼具地面蒸发的潜在热交换、太阳辐射的明显热量交换以及地面储热延时释放交换3种温湿场效应，因而软质下垫面对于生态效益的改善最为明显，对小气候温湿度具有较好的调控作用。例如草地等软质地面对于太阳辐射的吸收性较好，夏天会降低局部温度，而冬季会释放吸收的热量，提高局部温度，从而形成相对舒适的局地小气候环境。

2 北京城市街旁游园下垫面与小气候温湿度影响关系测定

2.1 观测方法

对6种不同下垫面地表处空气温度、相对湿度、热应力指数利用NK4500小型气象站在实验场地内各测点同时监测，5月21日～5月23日的8:00～18:00，连续3 d，每10 min自记一次，仪器垂直放置下垫面上方。测试天气情况：晴朗、少云。

2.2 观测点环境特征

北京市半月科普园(北侧至鲁谷南路、南侧为诗景长安小区)，占地约8 hm2，园内中心主要以大面积草坪为主，点缀少量乔灌木。东西两侧配植郁闭度相对较高的植物群落，植物种类丰富。园路宽度较平均(1 m～3 m)，路旁配植草坪。

2.3 观测点情况

监测点1：砖，监测点2：石，监测点3：木，监测点4：塑胶，监测点5：花岗岩，监测点6：裸露草地，以及测点1中黄、浅灰、红三种颜色铺装(见表1)。通过公式计算，灰垫面颜色g=R×0.299+G×0.587+B×0.114，g越小颜色越深。红色=185×0.299+163×0.587+150×0.114=168.096；黄色=245×0.299+225×0.587+192×0.114=227.218；浅灰色=211×0.299+205×0.587+189×0.114=204.97。所以得到的深度结果为黄色<浅灰色<红色。

表1 监测点基本情况

2.4 监测数据分析

1)下垫面材质对小气候温湿度的影响。将各测点每1 h平均空气温度进行比较分析,砖和木的温度变化基本相同，石与花岗岩的温度变化基本相同。塑胶温度最高，草地温度最低。木、塑胶、花岗岩和草地的温度最大值出现在下午14:00～15:00，砖的最高温度出现在15:00～16:00，石的最高温度出现在13:00～14:00。由此可见，贮热量相对小的石温度最大值出现的较早，比其他材质提前约1 h。比热容值相对低、导热率相对高的塑胶与木材质空气温度最高，与草地的最大差值达到2.8 ℃。

将各测点每1 h平均相对湿度进行比较排序可见,各测点变化趋势基本相同，随温度升高逐渐降低。草地>砖、石、塑胶>木和花岗岩，相对湿度最低点都出现在下午15:00前后。夏季环境湿度在30%～60%时人体感觉最为舒适，结果显示具有植物蒸腾作用、保蓄水能力相对最好的草地相对湿度较大，保持在30%～60%间，人体感受舒适；保蓄水能力相对较好的塑胶、砖、石等硬质铺装材质好于防腐木及花岗岩等保蓄水能力相对较差的材质。在较干燥的环境下，无水分来源的木铺装和不透水的花岗岩相对湿度最低，与草地的相对湿度最大差值达18.2%。

2)下垫面材质对小气候热应力指数的影响。有效温度是使用最为广泛的，衡量热应力指数的指标。热应力指数是综合空气流速、黑球温度、湿球温度及平均辐射温度所得出的数值，它表示在假设相对湿度50%的情况下，不同户外活动强度下人体所需最为理想的有效温度，活动强度越高，所需有效温度则越低。依据对各测点监测所得热应力指数数值进行比较排序可见,草地<木<石<砖<花岗岩<塑胶。在户外活动中，草地的舒适性最好。塑胶的热应力指数最高，人体感受不佳。木的舒适度要好于园林内部最常见的砖、石铺装，而花岗岩要略差于砖、石铺装。结果表明城市街头绿地下垫面设计应尽量使用绿垫面，灰垫面应多选用木、砖与石，尽量减少使用塑胶等热应力指数较高的材质。

3)下垫面材质、颜色温湿指数对比分析。温湿指数表示人体对热环境的不舒适程度。最适宜的环境ITHI指数一般在15～20之间，人体感觉最为舒适，数值越高，人体感觉越不舒适。ITHI指数一般在20.1～23.5之间时人体感觉较舒适，在23.6～25.5之间时人体感觉较热，不小于25.6时人体感觉极不舒适。

依据上述实验所得数值，通过温湿指数公式：ITHI=t-(0.55-0.005 55f)(t-14.5)(其中，t为温度；f为相对湿度)计算可获得各测试下垫面的温湿指数(ITHI)。如表2，表3所示温湿指数数据,即：20<草地<花岗岩<木<石<砖<塑胶。由此可见，所有下垫面温湿指数均高于人体感觉最为舒适的区间。在此范围内，草地是人体感觉相对最为舒适场地；花岗岩、木、砖、石的舒适度差别不大,数值在22.5～23之间,人体感觉偏热；塑胶环境温湿指数值最高，人体感受最不舒适。与此同时，相同材质的下垫面中，颜色越浅辐射越低，颜色亮度越低，温湿指数越低，人体舒适度越佳。

表2 不同下垫面材质温湿指数数值

表3 相同下垫面不同颜色温湿指数数值

2.5 对夏季北京街头绿地下垫面设计的启示

1)选取保蓄水、比热容适当的下垫面材质。除植物的蒸腾作用之外，优化下垫面的蒸发效果是提升相对湿度的有效措施之一[4]。在中国北方地区，空气较为干燥，所以保持较高的相对湿度更有利于城市街旁游园小气候适宜性的营造。下垫面的保蓄水能力是影响环境相对湿度的重要因素，保蓄水能力越高，可提供水蒸气蒸发量的能力也就越强。实测点相对湿度数值分析表明：保蓄水能力较强的草地相对湿度数值要比其他下垫面材质高，烧结砖、马蹄石在灰垫面中较为理想，塑胶、防腐木次之，花岗岩最不理想，草地相对湿度值比花岗岩高18.2%。因此增加草地面积，多采用保蓄水能力强的灰垫面材质更加有利于夏季城市街头绿地的湿度调节。

监测点各材质比热容数据：塑胶<木<砖<石<花岗岩<草地。由此可见，比热容数据的排序与上述各测点温度数值排序结果一致，草地的热舒适度最佳，而在灰垫面中烧结砖、马蹄石、花岗岩则要优于防腐木及塑胶，温度差最高达到3 ℃。因此，在下垫面材质选择方面应尽量选择比热容较高的材质，以形成较为舒适的局部区域小气候环境。

2)选用适当的下垫面颜色与亮度。在相同材质的下垫面中，颜色是影响其温湿度的关键要素之一，而亮度是对其颜色变化的重要量值。亮度越低，辐射越低，在测试的三种颜色中，黄色的颜色最浅，所以其温度最低。但浅灰色的亮度远低于红色与黄色，吸热能力也就越强，导致其表面相对湿度越低，空气中的相对湿度也就更好，其温度也相对较低。因此，在下垫面颜色中应选择更有利于提高人体舒适度的亮度低、颜色浅的下垫面，提升局部的小气候适宜性。

3 结语

现今城市的发展进程中，城市绿地景观下垫面对调节小气候温湿度具有明显作用，本文通过有针对性的实验获取不同景观下垫面的温度、相对湿度、温湿指数、热应力指数等数据指标，在此基础上分析、总结发现不同下垫面由于其比热容、贮热量、保蓄水等热学性质的不同，以及颜色鲜艳度、深浅度等物理性质的不同，使得地表温度、相对湿度、变化速率、最高点出现时间均有所差别。绿色下垫面由于其比热容高、保蓄水能力强，因此最有利于调节夏季城市街旁游园小气候的舒适性。在灰垫面中砖、石铺装由于较好的保蓄水能力及低贮热量的特性，使其有利于缓解下垫面地表温度对热岛效应的影响，同时可以多增加木铺装，在考虑观赏度的同时，尽量采用亮度低，颜色浅的下垫面颜色，以提升初夏时期北京街旁游园中人的热舒适性感受。

[1] 李 英,周杨娜.北京三里屯地区城市下垫面热环境研究[J].低温建筑设计,2010,32(7):110-112.

[2] 肖金香.农业气象学[M].北京：中国建筑工业出版社，2008:20.

[3] 刘滨谊,张德顺,张 琳,等.上海城市开放空间小气候适应性设计基础调查研究[J].中国园林,2014(12):17-22.

[4] 刘 芳.西安户外城市公共空间环境行为的小气候影响调查分析——以夏季大雁塔东苑为例[D].西安：西安建筑科技大学,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 ★:北京市教委科技计划一般项目(项目编号：KM201610009013)；北方工业大学“2016校内人才强校-青年拔尖”项目(项目编号：XN071017)

李 彬(1991- )，男，在读硕士； 彭 历(1983- )，男，讲师

TU986.4

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