城市公园小气候舒适度与游人行为关系分析*
——以浙江省湖州市为例
2017-12-16刘佳妮陆广谱
刘佳妮,张 禄,陆广谱
(湖州师范学院 艺术学院,浙江 湖州 313000)
城市公园小气候舒适度与游人行为关系分析*
——以浙江省湖州市为例
刘佳妮,张 禄,陆广谱
(湖州师范学院 艺术学院,浙江 湖州 313000)
通过观测城市公园中由不同景观要素组成空间的小气候条件和游客行为特征,分析景观要素对夏季小气候的调节能力,以及小气候舒适度对游人行为的影响。结果表明:降低温度、控制湿度、保持通风是改善小气候舒适度的有效途径;景观要素改善小气候的能力为乔木、亭廊>灌木>浅水体、草坪;从游人的年龄阶段来看,老年人对小气候舒适度最为敏感,幼儿、少年、30岁以下青年人较不敏感;从活动内容来看,锻炼、聊天、棋牌活动对小气候舒适度要求最高,其次是坐憩、遛狗,再次是观鱼、戏水、拍照等活动。
小气候舒适度;游客行为;温湿指数;浙江湖州
公园是向公众开放,以游憩为主要功能,有较完善的设施,兼具生态、美化等作用的绿地[1](P2),是为了让城市人接近自然而营造的人工自然。小气候(Micro-climate)是在具有相同的大气候特点的范围内,由于下垫面条件、地形方位等各种因素不一致而在局部地区形成的独特气候状况[2](P23-28)。在全球气候变暖,城市环境日益恶化的情况下,国内外研究者愈发关注如何通过局部小气候的改善来提升城市人居环境品质。公园作为城市中面积较广、绿地较大的景观空间,在城市的自然、生态环境营造中起着重要的作用,因此研究公园中景观要素的配置形式对小气候改善所起到的积极作用,以及局地气候改善对于游人行为的影响就显得极为重要。其研究意义在于可指导景观设计者合理配置设计要素和安排行为空间,尽最大可能地改善并充分利用公园小气候环境,为城市人提供气候更适宜的休憩、观赏、活动场所;同时为城市更大范围的气候改善创造条件,以实现城市的永续、绿色、紧凑发展[3] (P42-49)。
目前国内外对于园林绿地小气候调节效应的研究较多,多数研究表明乔、灌木覆盖的区域在夏季对温度、湿度、照度等气候因子具有一定改善作用;乔-草型绿地和乔木-铺装空间能在夏季表现出较好的小气候舒适度[4](P185-193) [5](P147-155) [6](P 415-418) [7](P57-63) [8] (P812-818)。另有研究者基于多种气象指标,列出公式对小气候舒适度进行量化计算[9](P60-66)[10](P1797-1802)。为了进一步研究游人对于小气候环境的反应及选择情况,本文以城市公园中景观环境已趋成熟,游人活动较为频繁的区域为研究对象,量化记录公园中不同景观要素组成空间的小气候条件和游客的行为特征,分析小气候舒适度的变化与景观要素之间的关系,不同小气候舒适度对游客数量、行为内容的影响,并以此为基础,初步提出改善公园小气候环境的设计方法。
一、研究场地
本实验以浙江省湖州市为研究背景,湖州地处浙江省北部,南接杭州,属亚热带湿润季风气候,最冷月一月,最热月七月,冬季盛行西北风,夏季盛行东南风。
城市户外环境的地表由植物群落和土壤、水体、铺装、建筑物等环境要素构成[11](P23-26),本研究在此基础上将景观要素分为乔木、灌木、草坪、水体、铺装、构筑物6类。根据研究目标在湖州市公园中选取6块由不同景观要素构成的样地进行实验(表1)。样地所在公园周边有较多居住小区,利用率高,可达性好,并具有一定量的休息设施,除草坪(P3)外,其他场地中间或边缘有可供观赏、嬉戏的水体。样地选择尽量避免城市环境、人群结构和场地设施对游人活动的影响。
表 1 实验样地基本信息
二、研究方法
(一)观测时间
本实验主要探讨夏季小气候舒适度与游人行为间的关系,选择天气晴朗、基本无风(平均风速<2m/s)的天气进行,分别在2017年7月11日、13日、15日进行3天观测,观测日气象信息见表2。其中工作日2天,周末1天,每天观测时段为08:00-20:00,每1h记录一次。平均反映各样地小气候的变化,全面记录各年龄段游人的活动。
表 2 观测日气象信息
(二)小气候测定
因各样地景观要素分布均匀,所以在每个场地中心设置测量点。采用台湾衡欣 AZ8706高精度温湿度计测定场地的空气温度和相对湿度,AZ8908数字风速仪测定风速,测点距地面1.5m,温湿度计的探测棒用防辐射罩进行遮挡,避免阳光直射。每整点读取温度、湿度、风速值3组。
(三)行为观察
在每个小气候数据采集点上,用行动观察法[12](P55-59)记录样地中游人的总数量和不同年龄阶段游人的数量,记录活动内容和各类活动的人数。根据我国对于年龄的分段将游客分为幼儿(3~6岁)、少年(7~17岁)、青年(18~40岁)、中年(41~65岁)、老年(66岁以上)5个阶段。
(四)小气候舒适度评价
研究表明,气象因子中,温度、湿度和风对人体的感觉影响最大[13](P674-684)。因此,本试验沿用多数研究者使用的王远飞夏季舒适度预报的温湿指数(Thermal Humidity Index,THI)[9] (P60-66),并结合风速来评价气象因子与人体舒适度之间的关系,温湿指数按式(1)计算:
THI=T-0.55( 1-RH) ×(T-14.5)
(1)
式中:THI为温湿指数;T为环境空气温度(℃);RH为空气相对湿度(%)。
三、结果分析
(一)实验样地小气候舒适度分析
1. 小气候舒适度与温度、湿度的关系
将3天每整点测得的温度、湿度、风速值各9组加以算术平均,得到每个整点的平均温度、湿度、风速值(图1、2、3),将各整点平均温度、湿度值代入公式(1)得各场地每个整点的温湿指数(图4)。
图1显示,样地P1在各测点的温度均是最高的,其余样地与P1相比有不同程度的降温,其中有乔灌木覆盖的样地(P4、P5、P6)平均降温在3℃左右,较P2、P3明显。从平均降温及各测点上最大降温幅度所出现的次数来看,综合降温能力为P6>P5>P4>P3>P2>P1。夜晚存在特殊现象,20:00时P3样地温度最低,综合降温能力最佳的P6样地较P3高0.3℃,对照风速图(图3)可知,P6因中层灌木最为密集,而在观测时段内风速最低,到了夜晚因通风不良而影响降温。可见夏季白天通过植物覆盖降低太阳辐射是影响空气温度的主要原因,夜晚则风速是主因[14](P17-22)。
图2显示,P1在各测点的湿度也是最低的,与之相比,P2、P3略有增湿效果,P4、P5、P6则增湿效果显著,综合增湿能力为P6>P5>P4>P3>P2>P1。可见浅水体和草本植物因蒸腾具有一定的增湿作用,但不显著,乔灌木因树冠的蒸腾遮荫作用而增湿效果较佳,阔叶乔木优于针叶乔木[15] (P39-43)。
图4显示,无乔灌木覆盖场地(P1、P2、P3)的THI值早、晚较低,白天随太阳辐射的增强而快速上升,乔灌木覆盖场地(P4、P5、P6)的THI在10:00时以后上升较为缓慢,10:00-13:00时针叶乔木覆盖铺装(P4) THI最低,14:00-18:00时阔叶乔灌木覆盖铺装(P5) THI最低,夜晚P4、P5、P6的THI再次升高,甚至接近正午时分。结合其余样地相对P1的THI降低量(表3),可知6样地降低THI的综合能力为P5>P4>P6>P1>P3>P2,说明有乔灌木覆盖的场地对THI有一定调节能力,同时也说明并非降温、增湿效果越好,对人体的舒适度调节越佳。具体分析各测点上THI与温度、湿度的关系可知,当温度降低较为明显时,即便湿度升高,THI降低亦较为明显,如11:00-17:00时P4、P5与P2、P3样地的对比;当温度接近时,湿度越高,THI越高,如10:00-13:00时的P4、P5样地对比,及P5、P6样地所有观测时间点的对比。说明温度的降低对于THI的降低起着主导性作用,湿度升高起到反作用。
结果显示,在本实验观测所得的温、湿度范围内,THI与温度、湿度的升高均成正比,即高温、高湿都会降低小气候舒适度。同时温度是影响THI高低的主要因素,降温的同时湿度的增加只要被控制在一定范围内,依然能得到较低的THI值,若湿度过高,则会加强人对高湿的不适感。另外通风有利于在夜晚降低温度和湿度,因此是调节小气候舒适度的辅助气象因素。
表 3 各样地与P1相比的降低温湿指数量
2. 小气候舒适度与景观元素的关系
从THI值与温度、湿度的关系可知,景观要素中降温能力较强、增湿功能适中的元素对于小气候舒适度的调节能力较佳。
乔木能有效遮挡太阳辐射,大幅度降低温度,对调节小气候舒适度最为有利,同时针叶乔木的增湿能力较阔叶乔木弱,在夏季的上午阳光辐射未达到最高值,针、阔叶林下温度较接近时,针叶乔木调节小气候舒适度的能力最强,而下午随着气温的连续升高,阔叶乔木表现出更大幅度的降温优势,调节小气候舒适度的能力逐渐优于针叶乔木。
亭廊等构筑物元素本次实验仅在P3样地有一凉亭,通过观测可知因凉亭顶部的遮荫功能,会对亭下空间产生一定的降温作用,但这种作用仅在夏季的上午较为明显,随着环境温度的整体升高和太阳方位的西移,亭下温度急剧升高,需要与乔灌木搭配使用才能延长其顶部的遮荫降温功能,改善小气候环境。
浅水体和草坪降温能力不明显,具有一定增湿效果,对调节小气候舒适度最为不利。
铺装对温度、湿度皆无调节作用。
(二)小气候舒适度与游人数量分析
1. 舒适度日变化与游人总量的关系
经观测计算得知,6样地在各测点的平均游人总量在0~44人之间。为了对游人数量进行分段研究,本实验采用公园游人容量[1](P8)的概念,按公式(2)计算:
C=(A1/Am1)+C1
(2)
式中:C为公园游人容量(人);A1为公园陆地面积(m2);Am1为人均占有公园陆地面积(m2/人);C1为公园开展水上活动的水域游人容量(人)。本实验样地所在公园均为综合公园,周边有较多居住小区,人口密集,因此人均占有公园陆地面积取30 m2/人,样地面积在530m2~542 m2之间,样地内无可开展游憩活动的大型水域,因此计算得各样地的游人容量为17.7~18.1人。通过对游人活动内容的观察,发现存在着以健身锻炼、戏水玩耍为主的集体活动,以家庭、朋友为单位的群体活动,以休息为主要目的个体活动。
结合游人容量和游人的活动性质,将场地中游人数量在18人以上,且出现集体活动,并伴随有群体和个体活动时,定义为大量游人活动;场地中游人数量在0 ~18人之间,仅有群体和个体活动时,定义为少量游人活动;场地活动人数为0人时,定义为无游人活动。6样地游人总量与温湿指数对应情况见图5,图中各测点上的游人数量为三天观测之平均值,按四舍五入取整数值。
由图5可知,各样地中游人数量的变化基本与THI的升高成反比,场地中出现大量游人活动的观测时间点有14个,无乔木覆盖的样地都在晚上19:00时以后,有乔木覆盖的样地多在早上8:00-10:00时,THI值均在29.05以下。场地中出现少量游人活动的时间点有26个,其中P1、P2、P3样地的8:00-9:00时是一日中THI值最低的时段,却仅有个体和群体活动,这主要是因为夏季的早晨太阳辐射已十分强烈,本实验的温度测量在防辐射罩中进行,测得的温度较体感温度低,因而造成计算THI值与实际人体舒适度感受的误差;其他的一些时间点,如P3的20:00时,P4、P5的11:00时,P6的10:00时,THI值均在29.05以下,符合上述大量游人活动的舒适度范畴,但仅有少量游人活动,究其原因P3的20:00时因草坪起伏不平,且灯光黯淡所致,P4、P5的11:00时接近中餐时间,游人的减少受生活规律影响,P6的10:00时可理解为起伏变化的草坪下垫面不太适合长时间活动,因而在此开展锻炼活动的人群离去较P4、P5场地早,除去6个存在测量误差和4个由其他因素而造成游人较少的时间点,其余16个少量游人活动的时间点THI值在29.12~29.48之间。无游人活动的时间点,除了P1、P2、P3的10:00-11:00时,同样存在着计算THI值与实际人体舒适度感受之间的误差,以及P4、P5的20:00时,虽THI值在29.12~29.48之间,但因场地昏暗,无人活动之外,其他的测点THI值均在29.53以上。
通过以上分析可知,在本次实验的观测范围内,当样地中有大量游人活动时,THI均在29.10以下;有少量游人活动时,THI 位于29.11至29.49之间;当THI高于29.50后,样地中无人活动。结果表明,游人对THI较大的变化是敏感的,游人总量与THI值成反比,当THI高于29.50,舒适度达到“酷热”[16](P2964-2971)后,无人活动,当THI小于29.50时,能吸引少量至大量的游人进行活动;游人对THI细微的变化是不敏感的,当不同场地小气候舒适度相近时,可与人互动的水体、树荫下的休息设施等更能引人驻足;同时,游人数量还受出行习惯、场地平整、照明程度的影响,除了出行习惯,后两因素可通过人性化的设计来弥补,使小气候较舒适的时段得到充分利用。
2. 小气候舒适度与不同年龄阶段游人数量的关系
根据上节分析,6样地中14个观测时间点有大量游人活动,少量游人活动的测点中,P3的20:00时,P4、P5的11:00时,P6的10:00时这4个测点,游人数量较少是受其他因素的影响,单从小气候舒适度来看,仍属于适合大量游人活动的区间。P1、P2、P3样地的8:00-9:00时存在温度测量的误差,从游人数量来看,因属于适合少量游人活动的区间。因此,6样地适合大量游人活动的小气候舒适度测点有18个(THI≤29.10),适合少量游人活动的测点有22个(29.11≤THI≤29.49),将这些测点上游人的年龄组成加以统计,各年龄段游人数量为三天观测之平均值。
表 4 小气候舒适度差异性区间内不同年龄段游人所占比例
对比THI≤29.10和29.11≤THI≤29.49两个区间发现,幼儿、少年在两个区间中所占比例较为接近,甚至前者略低于后者,中年、老年所占比例则前者明显高于后者,且老年人的比例差值最大。可见随着年龄的增长,越趋向于在小气候舒适度较好的区间中开展活动,即年龄越大对小气候舒适度越敏感。青年在两个舒适度区间内的比例较为特殊,前者低于后者较多,分析青年与其他年龄阶段游人的关系发现,当THI≤29.10时,多数的青年人是与朋友一同活动的,少量陪同幼儿出行;当29.11≤THI≤29.49时,多数青年人是陪同幼儿活动的,且年龄多在30岁以上,少量30岁以下的青年会在此区间中进行个体或群体活动,说明年龄偏小的青年对热环境不太敏感,年龄偏大的青年则对热环境有主动回避性,只有陪同幼儿才会在较热的时段出行。
结果显示,幼儿、少年和30岁以下的青年对小气候舒适度不甚敏感,30岁以上的青年和中年对小气候舒适度较为敏感,老年人是最敏感的。
(三)小气候舒适度与游人行为内容的关系
观测发现夏季游人在公园中开展较多的活动有站立(观景、看护幼儿、看他人活动)、坐憩(休息、抽烟、餐饮)、聊天、锻炼、观鱼、戏水、玩耍;偶尔会开展遛狗、拍照、棋牌、使用电子设备(手机、平板电脑)等行为。将两个小气候舒适度区间内各测点上开展不同活动的游人数量加以统计,见表5。
表5 小气候舒适度差异性区间内各种行为内容所占比例
在游人开展较多的行为中,锻炼、聊天在THI≤29.10时的比例远大于29.11≤THI≤29.49时,是对小气候舒适度最敏感的行为;观鱼、戏水、玩耍行为在两区间内的比例相近,对小气候舒适度不甚敏感;站立行为在29.11≤THI≤29.49时的比例明显高于THI≤29.10时,对舒适度最不敏感;坐憩行为虽然在29.11≤THI≤29.49时所占比例较高,但该行为多伴随对小气候舒适度不甚敏感的观鱼、戏水、玩耍行为而发生,独立的坐憩行为多选择绿荫下座椅或凉亭,且休憩时间普遍较短,说明坐憩行为对于小气候舒适度也是较为敏感的。
在游人开展较少的行为中,遛狗行为在THI≤29.10时比例略高,且29.11≤THI≤29.49时,遛狗人员停留时间很短,THI≤29.1时,则会与宠物开展游戏、训练等较长时间的活动,因此该行为对小气候舒适度亦较为敏感;拍照和使用电子设备的多为青年人,在两个区间中比例相近,对小气候舒适度不甚敏感;棋牌行为出现在29.11≤THI≤29.49时段的P4、P5样地,其中P4只出现在13:00时,随着场地THI的升高,到14:00时棋牌活动的人群已散去,P5因温湿指数变化平缓,活动一直持续到15:00时,通过实验前期的观察发现,在初夏气温较低时,有更多的游人在P4、P5的石桌凳上开展整个下午的棋牌活动,通过和游人的聊天也发现,不少棋牌活动者希望在早上更舒适的时段开展活动,只因早上场地被锻炼的人群占据,因此笔者认为该行为亦是对小气候舒适度最敏感的,且需要与锻炼活动的区域分开设计,满足该活动对小气候舒适度的需求。
结果显示,游人行为内容对小气候舒适度最为敏感的是锻炼、聊天、棋牌活动,其次是坐憩、遛狗,再次是观鱼、玩耍、戏水、拍照、使用电子设备,站立是最不敏感的。
四、结论与建议
(一)结论
1. 降低温度、控制湿度、保持通风,是夏季调节小气候舒适度的气象要点
气象因子中,与提高夏季小气候舒适度最为密切的是温度的降低。盛夏季节,实验各样地中当THI≤29.10时适合各年龄段大量游人的活动,此时温度位于29℃~34℃之间,通过公式(1)可得此温度区间内,使THI≤29.10时所允许达到的最大湿度值(表6)。
表6 当THI≤29.10时对应的温度与最大湿度值
可见城市公园营造过程中,通过多种方式使温度下降时,只要湿度不突破一定数值,都能创造较佳的小气候环境,该结论也适用于与实验城市气候条件相近的长江下游亚热带季风气候区域。
2. 高层遮荫、中层通透、底层充满吸引力,是夏季改善小气候的景观元素配置要点
景观要素中能遮挡太阳辐射,降低温度,又不影响通风的大型乔木及亭廊等建筑物是在空间的高层区域调节夏季小气候的较佳元素,其中乔木既能提供较大的净空高度,满足多种活动的需求,又生态环保,观赏性强而成为最佳的选择,为避免湿度过高,宜选用叶片革质、覆蜡被层、蒸腾作用较弱的树种[17](P9506-9507,9510),具体品种需另行实验确定。景观空间的中层,灌木虽能遮荫、降温但也会影响通风,需根据夏季盛行风向和太阳方位确定种植位置,控制高度和数量,保证场地通风,并阻挡午后因太阳西沉而从乔木树冠侧面射入的太阳光线,品种也应选择蒸腾作用较弱的。空间的下层,铺装和浅水体对调节小气候不利,但铺装能承载多种活动,浅水体可戏水、可观鱼,是对游人吸引力较强的元素,应与遮荫性景观元素结合使用。
3. 总体敏感、年龄差异、行为差别,是游人对夏季小气候舒适度的整体反应
游人总体数量对小气候的变化有敏锐感知,不同的行为内容和年龄阶段对小气候的敏感性具有差异,以中、老年为主的锻炼、棋牌活动是对小气候舒适度最敏感的,其次是以中、青年为主的聊天、坐憩、遛狗活动,再次是以青年、少年、幼儿为主的观鱼、玩耍、戏水、拍照、使用电子设备等行为,以中、青年为主的站立行为主要因陪伴幼儿和观看他人活动产生,对小气候舒适度最不敏感。
(二)建议
1. 合理布置功能区域与小气候环境相互协调
在城市公园的设计中应充分考虑不同园林要素对小气候的调节作用和年龄阶段、行为内容对小气候的差异性适应程度,合理布局功能区域使夏季各种小气候环境得到尽可能大的利用(表7),所有场地皆应加强灯光照明设计,延长夜晚的利用时间。
表7 不同小气候舒适度等级的景观要素配置形式及对应的活动人群、功能区域
2. 合理配置园林设施与小气候环境紧密配套
据研究结论可知,表7中铺装-浅水体-乔木组成的景观空间既能尽最大可能地调节小气候舒适度,又因下垫面平坦而能满足多种活动需求,是夏季小气候适宜空间的设计首选。从空间形态来看,应设计为近方形或圆形,最大限度增加小气候适宜的内部活动空间。从园林植物的配置来看,遮荫乔木应平均覆盖于铺装之上,做到树冠间的衔接,尽量减少由太阳辐射带来的场地增温;灌木宜分布在场地西北、西南侧,阻挡下午因太阳西沉而从乔木树冠侧面射入的太阳光线,降低午后的场地增温,减少场地边缘不适区域。从园林其他设施的配置来看,桌椅、坐凳宜布置在场地东侧,减少下午偏西的太阳给区域带来的增温影响,形成坐憩、聊天、棋牌等静态活动区域,较为空旷的铺装场地可布置在西侧,形成锻炼、玩耍等早、晚活动区域;用于戏水、观赏的水池宜布置在场地中间偏东南的位置,保证水池边缘游人逗留的位置能一直处于乔木树荫之下,增加与水相关的活动时长(图6)。
草坪-亭廊-乔木的组合设计形式因下垫面的不平整性,无法满足大规模锻炼的需求,下午日温度最高时因高湿而人体感觉不适,适宜营造夏季上午的坐憩、聊天、棋牌活动区域。可在场地东、中部设计凉亭与林下小型铺装,设置桌椅、坐凳,提供活动场所;乔灌木的配置与林下铺装相仿;因场地自身湿度已较高,内部不适宜设计水体(图7)。
铺装-浅水和单纯的铺装空间虽然小气候舒适度等级较低,但如若设施配置合理,亦能在适当的时间为恰当的人群提供活动空间。其中铺装-浅水空间适合与儿童活动器材结合设计,在场地周边提供遮荫休息设施,可在夏季的早晨和傍晚为儿童及家长提供游戏、休息场所。纯粹的铺装侧适宜设置于公园出入口附近、大面积水体夏季盛行风的下风向,为早晚的锻炼活动提供场所。
五、结 语
本实验通过对不同景观要素构成场地夏季小气候环境和游人活动特征的分析,得出小气候舒适度与气象因子、景观要素、游人活动间的关系。在后续研究中,将增加景观要素的种类和组合方式,进一步探讨大型水体、建筑物、地形等景观元素对环境小气候的影响,同时对乔木、灌木进行细化研究,探讨降温、控湿效果最佳的乔灌木种类。并将研究扩散到更大的场地和不同的季节,探讨能在各个季节为游人提供舒适小气候环境的景观要素组合方式和空间营建方式。
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AnAnalysisontheRelationshipbetweenMicro-climateComfortandVisitor’sBehaviorsinCityParks——ACaseStudyintheCityofHuzhou
LIU Jiani, ZHANG Lu, LU Guangpu
(College of Art, Huzhou University, Huzhou 313000,China)
This paper mainly focuses on the ability of the landscape elements to improve summer micro-climate and the influences of micro-climate comfort to visitor's behaviors. The results shows that lowering the temperature, controlling humidity and keeping ventilation is the effective way to improve the micro-climate comfort; the ability of different landscape elements improve people’s comfort are as follows: trees and pavilions, shrubs, shallow water and lawn; the old people are the most sensitive to micro-climate comfort while children, teenagers and young people under 30 years old are not sensitive to microclimate comfort, and physical exercise, chatting and chess have the highest demand to micro-climate comfort, followed by rest, walking the dog and watching fish, playing water, taking pictures.
comfort degree of micro-climate; visitor’s behaviors; thermal humidity index; Huzhou City of Zhejiang Province
F592.7;P463.1
A
1009-1734(2017)11-0093-09
2017-09-10
2016年湖州师范学院访学项目研究成果之一。
刘佳妮,硕士,讲师,从事环境艺术设计教学与研究。
[责任编辑铁晓娜]