杭州城北体育公园夏季小气候温湿效应研究

2018-09-11朱思媛晏海邵锋方梦静吴海堂

风景园林 2018年5期

朱思媛晏海邵锋方梦静吴海堂

随着城市化进程的不断推进，城市人口数量持续增加，导致大量环境问题产生，其中最严重的是城市热环境问题，引起了当前国内外学者的广泛关注[1-4]。城市是人类最为密集的居住地和活动场所[5-6]，而生活于城市中的人们面临各种各样的问题，使得人们压力不断增大，尤其是精神压力，而且大部分人都缺乏必要的体育锻炼，导致身体状况急剧下降。体育公园不仅能够满足人们对运动的需求，还为人们提供了一种积极向上的生活方式。

城市公园绿地自身存在一定的降温增湿作用，也对城市的周边环境产生一定影响。Chen等研究发现，随着相对公园距离的不断增加，空气温度具有一定的变化趋势[7]。Hamada等研究表明，公园绿地和周边环境的空气温度与相对湿度具有一定的差异性，夏季大、冬季小，夜晚其影响范围可延伸200～300m，在一定情况下，范围可超过0.5km左右[8]。闫明等对重庆缙云山林缘附近的小气候进行研究，指出林外—林缘—林内最高温度基本呈减小的趋势[9]。晏海等发现空气温度随着相对公园的距离增加而逐步升高，从所得数据分析可知其降温范围是1.0km左右[10]。Shashua-Bar等对城市绿地的影响范围进行了研究，分析得出公园绿地以外1.0km左右的范围仍然存在降温作用的影响[11]。其他类似的研究都表明了公园绿地对周边环境具有一定的积极影响，并存在相应的范围[12-14]。

城市公园绿地对周边环境的影响范围至今没有确切定论，且中国关于城市体育公园对周边环境影响范围及影响因素的研究鲜有报道。城北体育公园目前是杭州最大的体育专类公园，建成时间3年有余，植被覆盖率高，各项基础服务设施完善，人流量大，其中运动、活动人群最多。对该公园的温湿度效应开展研究，并结合实际加以改进，有助于提升公园及其周边环境质量，改善人体舒适度（尤其是运动人群）。以杭州城北体育公园为对象，对公园内外不同时间点进行实地监测与分析，研究不同时刻的温湿度差异，探究体育公园对周边环境的影响范围，为今后体育公园的规划与后期管理提供参考意见。

1 研究地概况与研究方法

1.1 研究地概况

杭州（E120°12'，N30°16'）位于杭州湾西端，钱塘江下游，京杭大运河南端，是浙江省重要的政治、经济、文化和金融中心。杭州属亚热带季风气候区，年温适中，冬寒夏热，春温秋爽，四季分明，光照充足，空气湿润，雨量充沛，植被以亚热带常绿阔叶林为主。年平均气温15.9～17.0°C，呈南高北低分布。极端最高气温42.9°C，极端最低气温-15.0°C，年平均相对湿度76.0～81.0%。

杭州城北体育公园位于杭州市下城区绍兴路以北、上塘河以东、规划白石路以西、规划重工路以南。公园周边4条道路分别为绍兴路、白石巷、沈半路和再行路，公园周边大部分是居住区，部分为机械厂、服装厂等厂区，水体分布在公园的西南部，呈半包围式。公园按照植物景观特色可分为7个区块，分别为春花秋叶区、自然花境区、体育场馆区、湖区植物区、历史建筑保护区、竹林幽静区、生态保健植物区。总占地面积44.8hm2，其中篮球场、羽毛球场、游泳馆等体育设施共占4.6hm2，水体占3.8hm2，绿地面积为30.2hm2，绿地率为67.4%。

1.2 研究方法

1.2.1 样地选择

通过Google Earth卫星图片结合前期对城北体育公园的实地考察，排除下垫面对监测点的影响，选择公园内部的主干道为主线。道路周围视线开阔，没有树木和建筑遮挡，总长1.4km。选定8个样点，位于道路中心，每个样点之间距离为200m，从公园的南部向北依次标注为A1～A8。从公园的南北2个方向与主干道相连分别延伸约0.9km的2条直线范围，分别选定6个样点，每个样点相距150m，位于道路中央，其中南部的一条直线范围为重复组样地，从公园边界向东依次标注为B1～B6（图 1）。

1.2.2 测试时间、内容及方法

在夏季晴朗无风（风速小于2m/s）的条件下，于2017年7月17—19日进行监测，时间为3d，每天8‥00—18‥00，每2h记录一次，对6个时间点中公园内外共20个样点进行同步测量。通过分析杭州历年夏季空气温湿度变化等气象基础数据，发现14‥00与18‥00是一天中最具代表性的时间点。在距离地面1.5m处（即人呼吸的高度），使用华谊MS6252B数字风速仪测定每个时间点中各个样地的空气温度与相对湿度，将样地内3d的所有数据加以算术平均，得到每个监测点的空气温度与相对湿度。

样地中的数据以算术平均值作为样地空气温度与相对湿度值，其计算公式为：

1 研究区域及样地Study area and sample spots

式中：dTair（°C）为降温强度，Tairsh（°C）为样点内的空气温度，Tairsun（°C）为对照点的空气温度；dTair（%）为降温率；RHsh为样点内的空气湿度（相对湿度），RHsun为对照点的空气湿度；dRH（%）为增湿率。

为减少误差，用Excel2010软件对3d各个时间点的数据进行算术平均，计算所得数据代表不同监测点的温湿度状况。即：对A1～A8进行算术平均，所得值代表公园的内部，而B1～B6的算术平均，所得值代表公园的外部。运用Origin8.0与Spss20.0对所有数据进行分析，运用独立样本T检验公园内外不同时间点的显著性差异，并采用线性回归分析方法比较不同距离与温湿度的显著性差异。

2 结果与分析

2.1 8‥00—18‥00城北体育公园内外温湿度格局

8‥00—18‥00公园内外平均温湿度分布格局变化趋势明显（图2）。公园内外空气温度均呈先上升后下降的趋势。公园内12‥00空气温度达到最大值，均为40.3°C，园外相比相差0.7°C，降温率为1.7%；公园外最高空气温度出现在14‥00，为40.6°C。公园内空气温度最高的是A3，为41.2°C，由于A3位于工作区域与体育中心之间，下垫面铺装面积大，是人们出入必经之地，且远离水域，因此空气温度较高。公园内8‥00与18‥00空气温度最低，其中A6的空气温度最低，为34.0°C。

从各个样点监测的相对湿度数据来看，与空气温度呈相反的变化趋势。12‥00相对湿度最低，均为38.6%，其次14‥00，均为40.1%，与公园外相比园内增湿强度为5.3%，增湿率为15.2%；8:00公园内相对湿度最高，为52.7%，与公园外相对湿度相差9.6%；而A5的相对湿度最高，为56.2%，由于A5处于水域边，因此相对湿度较高；公园外相对湿度最低出现在14:00，为30.0%，公园内外最高相对湿度相比，增湿强度为11.3%，增湿率为25.2%，且公园内外8‥00与18‥00的相对湿度较高。随着时间的推移，空气温度与相对湿度均不相同，且存在一定的趋势，即空气温度先上升后下降，相对湿度先下降后上升。

2 8∶00—18∶00公园内部、外部的平均温湿度格局The Pattern of the average temperature and humidity inside and outside the park at 8:00—18:00

2.2 14‥00与18‥00城北体育公园内外温湿度格局

14‥00公园内外各个样点的平均温湿度分布格局有着明显的变化趋势（图3）。由图可知，公园内部与外部的空气温度差异明显，公园内部的空气温度均低于公园外部的空气温度，公园外B4～B6位于机械厂旁，人为活动频繁、车流量多、不透水表面占地率大，为22.4～69.7%，而植被占地率小，最小占地率为4.9%，且植物群落多为疏林型，单层结构为主，因此空气温度相对较高。14‥00时公园内的降温强度为0.7～1.3°C，均降温强度值为1.0%，降温率为1.7～3.3%，平均值为2.5%。公园内最低的空气温度位于A6，为38.7°C，是较接近公园边缘的区域，且植被茂密，为乔—灌—草复层结构，植被占地率相比不透水表面要大，为48.4%，受周围植被占地率影响大，因此空气温度低。A3处于水体与绿地交界处，所以相对湿度较高（41.6%）。公园外的温度随着与公园距离的增加温度也逐渐上升；公园内的相对湿度明显高于公园外的相对湿度，且距离公园越远相对湿度就越低，增湿率为7.5～20.7%，平均值为14.1%。因此，城北体育公园相较于周边环境的温湿度具有一定的差异。

18‥00公园内外的温湿度格局也有明显的变化趋势。由图4可看出，公园内的空气温度明显低于园外的空气温度，趋势显著，18‥00的降温强度为1.3～2.6°C，均降温强度值为1.9°C，降温率为3.5～6.9%，平均值为5.2%，最低空气温度位于样点A7的位置，气温为34.9°C，处于公园边界，且植被占地率较大（40.8%），为乔—灌—草复层植物群落结构，不透水表面占地率低；最高气温位于A4体育活动场附近，为36.2°C，A4是重要的交通枢纽，此处运动人群多、车流量大，不透水表面占地率高，在一定程度上增加了周边环境温度。城北体育公园内外的相对湿度与空气温度呈相反的趋势，公园内的相对湿度明显高于公园外的相对湿度，公园内的增湿率为8.6～28.8%，均值为18.7%。公园外的相对湿度会随着与公园距离的增大而下降，达到一定的距离范围（0.9～1.0km）后，空气温度与相对湿度都趋于稳定。

3 14∶00公园内部、外部的平均温湿度格局The Pattern of the average temperature and humidity inside and outside the park at 14:00

2.3 14‥00与18‥00城北体育公园的降温增湿效应

通过独立样本T检验与比较公园内外14‥00与18‥00平均温湿度的差异。14‥00公园内的空气温度明显低于公园外的空气温度，其内部空气温度均值为39.3°C，外部气温均值为40.6°C，降温强度均值达1.3°C，且P＜0.05，两者的差异性极显著，根据图中显示的标准差来看，公园外部环境的空气温度标准差高于公园内部的空气温度标准差，可以得出公园具有很好的降温效果，公园内部空气温度低于公园外部环境的温度，且具有一定的稳定性。18‥00公园内的空气温度仍低于公园外环境的空气温度，空气温度差异性极显著，公园内外空气温度的均值为35.7°C和36.9°C，降温强度均值达 1.2°C。

14‥00与18‥00公园内部与外部相对湿度均值比较后显示2个不同时刻平均相对湿度的差异性。14‥00相对湿度差异达到极显著水平，相对湿度的均值分别是40.1%和34.8%，比公园外城市环境的相对湿度高5.3%，且公园外的标准差波动相对于公园内明显偏大。18‥00公园内部的相对湿度高于公园外部的相对湿度，公园内外的相对湿度有着明显的差异，相对湿度分别是46.7%和41.5%，公园内部与外部的标准差波动基本都趋于稳定（图5）。

4 18∶00公园内部、外部的平均温湿度格局The pattern of the average temperature and humidity inside and outside the park at 18:00

5 14∶00与18∶00公园内外空气温度与相对湿度的均值比较Comparison of the mean value of air temperature and relative humidity inside and outside the park at 14:00 and 18:00

2.4 城北体育公园的降温增湿影响范围

从上述具有代表性的时间点的温湿度状况可得出，城北体育公园具有明显的降温增湿作用。公园内部空气温度明显低于公园外部环境的空气温度，与此同时公园内外具有一定的关联性，会对周边环境产生积极影响。表1与表2可看出14‥00与18‥00的显著性P＜0.05，由此可知，6个距离尺度处的空气温度均存在极显著差异。

图6可以看出，无论是14‥00还是18‥00，公园外周边环境的空气温度趋势都会随着与公园的相对距离增加而上升，根据数据分析得出两者的判定系数分别为0.970和0.775，相对距离尺度与公园外的空气温度呈正相关关系，且14‥00的判定系数高于18‥00，计算可得距离城北体育公园边缘每增加0.1km，空气温度可上升0.097°C。根据图中线性回归的斜率来看，14‥00随着相对距离的增加，与18:00相比，14‥00的空气温度上升速度较快，到达41.0°C左右空气温度趋于稳定，得出降温范围可以达到0.9～1.0km；而18‥00的时候，从斜率上看，趋势缓慢上升，逐步趋于稳定，降温范围大约在0.9km。由图可知，14‥00单位距离内的降温强度要高于18‥00单位距离内的降温强度，2个时间点公园对周边城市环境单位尺度内的降温强度分别为0.48°C/km和0.43°C/km。

3 结论与讨论

体育公园作为一种专类公园绿地，在不同的时刻都存在着明显的降温增湿作用，这一结论经历过不断的研究与证实[15-23]。通过此次对杭州城北体育公园内外温湿度的研究，发现8‥00—18‥00公园内的空气温度均低于公园外部的空气温度，进一步论证了公园内空气温度会低于公园外城市环境的空气温度，且温湿度的变化还受到植被占地率、不透水表面占地率等不同下垫面的影响。公园内外最大空气温度相差6.2°C，平均温度相差1.5°C，但不同的时刻温湿度存在差异。笔者对14‥00与18‥00进行了探究，得出14:00公园内外降温强度均为1.3°C，18‥00降温强度均为1.2°C，2个时间点公园内外的降温强度相差0.1°C，对比后发现它们的降温强度差异不明显，但从整体上来看城北体育公园对周边环境还是具有积极影响，且存在一定的范围。随着距公园边界距离的不断增加空气温度呈逐渐上升的趋势，证明了不同距离尺度与空气温度之间存在一定的关系。14‥00与18‥00作为一天中最具代表性的时间点，从所测数据分析可得，体育公园降温效应范围为0.9km左右。Hamada等研究表明距公园边界越远空气温度越高，降温范围在0.5km左右[7]。Upmanis等研究表明，体育公园降温效应范围在1.0km左右[24]，与本次实验结果基本一致。由此可见，城北体育公园在不同时刻对周边环境的影响存在差异性，再次验证了公园绿地对周围环境能够产生一定范围的降温效应，且存在一定的关系[25-26]。研究发现城北体育公园内的空气温度要低于公园外的温度，空气温度与相对湿度呈负相关关系，即公园内的相对湿度会高于公园外的相对湿度；公园对城市周边环境的影响范围为0.9～1.0km，其相对距离与空气温度呈正相关关系，即空气温度会随着相对距离的不断增加而逐渐上升，在达到一定范围后气温会趋于稳定。对体育公园小气候的不断深入研究，可以为体育公园的后期建设与提升提供有益指导，也能对其他公园周边环境的合理规划与布局提供理论依据，更好地发挥公园绿地降温增湿效应，进一步调节城市的微气候，缓解城市“热岛效应”。