夏季校园广场边缘空间对小气候环境影响研究

陈铸 傅伟聪 黄雅冰 阙晨曦

[摘 要]以福建農林大学校园内3处广场的边缘空间为调查对象，选择夏季典型天气（雨后、多云和晴天），监测不同空间的风速、湿度、温度等数据，通过分析探讨气候监测数据及人体舒适度指数在不同构成类型边缘空间中的空间变化特征和时间变化规律。结果表明：（1）从不同天气条件下看：各测点温度湿度变化规律基本相同，晴天、多云天人体舒适度指数表现为不舒适，雨后天气人体舒适度指数表现为舒适;（2）不同空间反馈出：植物构成为主且有乔木遮荫的边缘空间调节能力最强，下垫面为硬质铺地且无树木遮荫的监测点调节能力最弱;（3）不同类型边缘空间具有不同功能，其与相邻空间小气候环境具有明显差异。

[关键词]校园广场;边缘空间;典型天气;小气候;人体舒适度

[中图分类号]TU111 [文献标识码]A

随着我国城市休闲生活的发展，人们对户外活动的需求与日俱增，广场是城市中提供人们休闲活动的空间形式，同时影响人们的生理和心理健康。高校广场属于城市广场中的一部分，相对城市广场而言其服务对象更为明确集中，更具有场所的归属感及更强的限定性。广场边缘空间为人们提供观察和使用的场所，保证视线不受干扰，给人以安全感和领域感，是人们使用频率相对较高的区域，因此其小气候环境对于使用者的生活有着重要影响。目前对于小气候的研究主要集中在绿地系统，城市滨水带，城市广场，城市居住区等，少有关于校园广场的研究，且主要集中于场地内部，鲜有边缘空间的小气候环境研究。

本文所阐述的广场边缘空间是指广场用地红线范围内，与广场周边用地直接相邻的交接空间，具有不同空间功能和一定范围及宽度的连接过渡地带，是围绕广场内部活动区域的带型空间，是具有开放性的实体空间，即广场的最外围空间。研究选取福建农林大学校园内广场不同类型边缘空间为研究对象，其相邻空间为参照对象，探讨不同典型天气、不同时间段、不同方位、不同下垫面材质、不同遮荫情况与温度、湿度、风速的关系。近些年广场的边缘空间大都直接以铺装形式构成，本文为城市广场边缘空间的规划设计提供数据支持以及新的建设思路，及如何通过铺装与植物不同配比提升景观效果，同时保证舒适的小气候环境。本研究也可拓展小气候环境研究的相关方面，为福州乃至全国的广场规划设计、人群出行提供一定的指导作用。

1 试验样地与研究方法

1.1 样地选择

试验样地选在福建省福州市福建农林大学校园（东经119°23'，北纬26°08'）内，校园地处福州市西部，属于海洋性亚热带季风气候，气候温暖湿润，年平均气温16～20℃，年降雨量 900～2100 mm，平均日照时间1700～1980h，冬季短夏季长，因此本研究的季节为持续时间较长的夏季。选取福建农林大学校园内3处人群使用相对频繁且有一定代表性的广场空间：博学楼前广场、逸夫图书馆前广场、拓荒广场。分别在3个广场中找寻符合本研究阐述的边缘空间设置测试点，并在广场中心及广场外部设置对照测试点，总计17个测试点进行小气候数据实测。

测试点构成要素主要包括：植物、铺装、水泥等。本次实测17个监测点可分为6种类型：以草坪为主的边缘空间（S7），以乔草为主的边缘空间（S2、S4），以乔灌草为主的边缘空间（S9、S16），以乔草与铺装为主的边缘空间（S12、S14），以铺装为主的相邻空间（S1、S6、S11、S13、S15），以水泥为主的相邻空间（S3、S5、S8、S10、S17）。

1.2 测试仪器

测试仪器采用美国 NK5920 Kestrel 4500 便携式气候测量仪，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。

1.3 测试内容与方法

监测日期为2018年6月22日与6月27日（雨后多云2d）;6月24日、6月25日与7月10日（晴天3d）;7月3日、7月4日与7月11日（多云3d）。观测时间段为人群活动较为密集的6：00-22：00，每隔2小时观测一次，每日监测8次。观测采用NK5920 Kestrel4500便携式气候测量仪分别在3个样地预先设置的不同方位边缘空间及相邻空间进行测量，总计17个观测点。具体实测数据为温度、湿度和风速与人体舒适度相关的数据，每个观测点每次测量设置3次重复，测试高度为1.5m处即人体对温湿度最为敏感的高度。最终数据统计、处理以及图表的制作采用SPSS19.0、Excel2013软件进行。

1.4 人体舒适度

人体舒适度是以人体与周围环境能量交换相互平衡原理为基础，是从气象的角度来评价人类在不同气候环境下的一项生物气象指标。为了能够具体衡量其数值大小，国内外也有多种研究方法，综合影响人体舒适度的重要因子，包括温度、湿度、风速。本实验采用陆鼎煌提出的“综合舒适指数”评价福建农林大学校园广场边缘空间的小气候舒适度，计算公式如下：

S=0.6（|T-24|）+0.07（|RH-70|）+ 0.5（|V-2|）

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所示。

2 结果与分析

2.1 不同天气下小气候要素的日变化规律

2.1.1 温度日变化特征

根据图2显示，小气候要素在不同典型天气下具有明显的变化，3种典型天气下各观测点变化特征基本相同，总体呈先上升后下降的趋势，日最高温出现在14：00左右。晴天和多云天气下无树木遮荫观测点相对有树木遮荫观测点温度高;雨后天气各观测点整体温差相对多云和晴天较小，由于降雨与雨水蒸发促使温度下降较快，同时由于雨后天气空气中湿度相对晴天和多云天较高，导致大气扩散减缓，升温作用降低;晴天和多云天气下树木遮荫观测点相对无树木遮荫观测点温度整体变化平缓;当室外温度越高时，有树木遮荫的边缘空间观测点降温作用越大，降温效果越明显。

2.1.2 湿度日变化特征

根据图3显示，3种典型天气下各观测点湿度变化规律基本相同，变化趋势与温度相反，呈现先下降后上升的“V”型变化趋势，湿度最低基本出现在14：00左右。晴天与多云天气观测点湿度随着温度升高而下降，湿度在温度最高时达到最低值，之后又逐渐上升;雨后天气各类型观测点的湿度值较为接近，这是因为雨后天气空气内水汽增加，使得太阳辐射减弱，因此空气内湿度整体差值较小，但变化趋势依然是随着温度升高先下降之后再缓慢上升。3种天气下湿度最大值均出现在以植物构成为主的边缘空间，植被种类越多湿度越高，这是由于植物空间内郁闭度相对较大，空气交换和流动的能力较低，且由于植物的蒸腾作用，在乔木冠幅上形成隔离层，阻止了水汽与外界交换，所以湿度相对其他边缘空间较大。

2.1.3 风速日变化特征

根据图4显示，3种典型天气下场地较为开阔周边或内部无遮挡物的观测点，风速变化最大;而植被丰富有遮挡物的观测点风速变化相对平缓。因为有乔木或灌木构成的边缘空间能够一定程度上的阻挡和降低风速，而四周开放且无遮挡的广场空间空气流动频繁，所以风速变化趋势较为明显。3种天气下风速最大值均出现在空旷且无遮挡物的观测点，而有植物构成的边缘空间风速较低，说明郁闭度越大风速越低。

2.1.4 人体舒适度日变化特征

人体综合舒适度指数能够直接反应人群活动时的舒适与否，同时也是场地小气候环境的评价指标。如图5可以看出，晴天和多云天气各观测点人体舒适度指数总体呈现倒“V”型，基本在14：00左右出现最大值，此时间段基本与最高温度和最低湿度出现的时间段吻合;雨后天气总体变化趋势也呈先上升后下降，但是变化幅度与晴天和多云天相比更加平缓。晴天，乔灌草构成的边缘空间在12：00之后才达到3级，出现体感不舒适现象，而其余观测点均在10：00之后达到;多云天，基本趋势与晴天一致，但除了乔灌草构成的边缘空间外，乔草以及乔草和铺装构成的边缘空间舒适度达到3级的时间也均延后2小时;雨后，各观测点舒适度达到3级的时间均有推迟，主要是因为雨后湿度增加且温度降低有关。

2.2 不同类型监测点小气候数据对比

2.2.1 不同类型边缘空间小气候调节作用对比

本次试验观测的边缘空间主要可分为以草坪、乔草、乔灌草、乔草与铺装为主的四种类型。根据表2、3、4可知，以乔灌草构成为主的边缘空间在三种典型天气下日均温度均为最低，而以草坪构成为主的边缘空间日均温度在四种类型中最高且日变幅最大，这主要因为其无树木遮荫，且郁闭度较低，接受太阳辐射增多，因此热量散失速度快，调节温度能力弱;同样在三种天气下乔灌草为主的边缘空间日均湿度最高且日变幅最小，这是由于郁闭度较高，植物叶片能够附着水蒸气，且内部空气对流缓慢，蒸发效果减缓;而日均风速最大值基本出现在以草坪构成为主的边缘空间，其余三种类型边缘空间均相对较低，说明植物郁闭度大的边缘空间能够一定程度上降低平均风速。

以草坪、乔草、乔草及铺装构成为主的边缘空间，植物中间层较为开敞通透，对于广场内外的景观交融具有积极效果，其开放性相对植物茂密的边缘空间较强;而由乔灌草构成的边缘空间植被种类丰富，广场内外景观视线不通透，故开放性较差，封闭性相对较强，且其对于小气候环境调节能力较强。草坪、乔草及铺装构成为主的边缘空间人可穿行其中，属于相对开放的边缘空间;但以乔草、乔灌草构成为主的边缘空间一般起到空间分隔与限制的功能，不是人们进入广场的主要通行方式。

2.2.2 边缘空间与相邻空间小气候調节作用对比

从表2、3、4可以看出，以铺装构成为主的广场内部空间和水泥构成为主的外部空间日均温度在各类型观测点中最高，其中与乔灌草类型的边缘空间差值最大，与草坪类型的边缘空间差值最小。由于场地无任何遮挡，太阳辐射直接作用于下垫面，调节温度能力较弱，有树木遮阴的边缘空间与广场内观测点温差较大，这主要由于植物具有一定蒸腾作用，乔木冠幅本身也具有吸热和反射的作用，所以降温幅度较大，但全天温度变化幅度最小，3种天气下各类型观测点降温率排序为：乔灌草>乔草>乔草与铺装>草坪>水泥;3种天气下以乔灌草构成为主的边缘空间增湿率最大，以水泥构成为主的外部空间增湿率最小，由于下垫面属于硬质铺地，其增加了空气对流和交换能力。其中在晴天各观测点增湿率差值最大，而雨后天差值最小，因为降雨后空气中水汽增加从而使得各观测点增湿率有所下降，但是观测点湿度日变幅相对晴天和多云天有所提高，各观测点增湿率排序为：乔灌草>乔草>乔草与铺装>草坪>水泥;风速日变幅最小的为乔灌草构成的边缘空间，减风率相对其他观测点更高，因为有植物遮挡风速变化相对平缓，同时也能够降低风速。

边缘空间的小气候环境与场地内部具有一定差异，通过场地边缘空间与场地内部及外部空间的小气候要素对比分析，不同类型边缘空间对场地小气候环境具有一定的调节作用，证明边缘空间对场地小气候环境有较大影响。

3 结论与讨论

（1）边缘空间对小气候环境具有调节作用。通过本研究得出有植物遮荫的监测点相对无遮荫的监测点对小气候的调节能力较强，研究结果基本与前人一致;但在研究主要选取场地边缘空间与相邻空间的小气候及人体舒适度对比，而前人主要集中于场地内部的小气候环境研究。

（2）给予人群出游一定参考价值。不同天气下不同构成类型的边缘空间对小气候及人体舒适度的影响显著。校园广场边缘空间的人体舒适度综合指数表现为雨后天气最低，晴天最高;由丰富植物要素构成的边缘空间，降温增湿的作用相对明显，人体舒适度指数相对较低，而下垫面主要由铺装或水泥构成的相邻空间调节能力较弱，人体舒适度指数相对较高。本研究结论可为校园师生以及外来游客的游憩活动选择建议相对舒适的天气、空间、时间等，同时也为开放游憩空间的规划设计者提供一定的数据参考和有利依据。

（3）指导广场规划设计。边缘空间主要起到围合与隔离的作用，同时也能够一定程度上调节广场小气候环境，因此场地边缘空间的规划设计是场地规划设计中需要解决的重要问题。本研究主要通过实测小气候数据进行对比，利用统计学的方法进行相关数据的整理和分析，得到不同类型边缘空间对于小气候及人体舒适度的调节具有较大差异。本研究所得结果对未来城市广场的建设以及改造具有一定的借鉴意义。

（4）研究的局限性。边缘空间是一种线性成分，是两种不同事物之间的空间界定，是区分内外的物理界线，不同类型边缘空间所起到的作用也各不相同。本次研究仅局限于城市广场中高校广场的边缘空间对小气候及人体舒适度的调节作用，下一步研究可将样地拓展至城市的公共开放空间以及其边缘空间更多不同属性，进一步深化边缘空间的小气候研究，同时拓展至其他功能的研究，例如降低外部道路带来的噪音或大气污染等不利影响。

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