石河子市城市街道林荫空间冬夏季小气候实测分析

苗江林 王翠 杨梅花

摘  要：该研究针对具有特定气候条件和城市形态的石河子市，以绿荫空间为研究对象，对小气候因子变化规律及其影响因子进行实地监测和定量分析，在此基础上研究不同植物对小气候的影响，探索石河子市街道绿地空间组成与城市街道小气候间的影响与作用，揭示内在的调节效果与调节机制，研究成果可为科学定量评估石河子市街道绿地规划提供重要参考。

关键词：石河子;风景园林;林荫空间;城市街道、小气候实测;“连续拱”型

中图分类号 U418.8文献标识码 A文章编号 1007-7731（2019）05-0109-06

1 引言

随着社会的发展，全球气候变暖趋势加剧，中国极端天气事件发生频率愈来愈高。新疆气候干旱且灾害频发，石河子作为新疆建设兵团之首，有“石城”之称，2002年曾被评为“全球人居环境改善良好范例奖”。最近几年内，石河子环境污染严重，蓝天数减少，雾霾增多。2016年2月6日，石河子地区能见度降低，凌晨大雾严重，高速封闭，空气质量跌至严重污染，PM指数355，位列全国第一。

2 城市街道概况与研究范围

2.1 街道概况 石河子市位于天山北部，准噶尔盆地南缘，玛纳斯河冲积平原上，地形平坦，地势由东南向西北倾斜，地壳呈现西厚东薄中间厚的特征。南北坡降约12‰，东西坡降9‰，市区海拔500m左右，南部有山麓斜坡堆积而成的倾斜平原，北部扇缘地带。

石河子市地处内陆，属大陆性气候，夏冬气候变化明显，雨水少，晴天多，四季温差大，夏季酷热，冬季寒冷，干旱且少雨，夏季日照时间长。一年中，高气温值42.1℃，低气温值-36.9℃，年平均气温6.8℃，相对平均湿度64%，平均降雪日数达40.9d，市区日照2782h。春季主导风向为西南风和东南风，夏季主导风向为西南风和南风，常年主导风向为南风，其频率为：夏季10%左右，冬季9%左右[1]。

石河子市的城市绿化始于1952年的综合规划。60余年来，经过全市人民的共同努力，现已形成：点上独立成景，线上树木成林，片上风景成带，面上处处成荫的总体绿化效果。全市绿化覆盖率达39%，人均绿地面积达到8～12m2。90年代以来，城市市政基础设施不断完善，使道路绿化从设计施工到维护管理，逐步形成了比较完整的体系。

2.2 调查研究范围 石河子街道是规则布局式，主要走向为正北、正东、正南、正西向。为了便于数据的测绘与实验仪器的搬运，此次研究区域主要位于石河子大学北区周围，根据不同的街道走向、行道树种类、道路板带、街边建筑，最终定为北三路、北四路、北六路、东二路、东五路、西一路共6条街道。

2.2.1 测试点 通过“分区立杆，分层布点”的剖面矩阵布点方式[2]对石河子街道林荫空间小气候进行科学研究，获取风速、温度、湿度、太阳辐射等参数。石河子城市道路具有不同的街道林荫空间类型，根据街道植物形成的封闭或开敞空间的特点，分为“行列”型街道林荫空间和“拱廊”型街道林荫空间，其中：东二路为“三行”开敞型，东五路为“两行”开敞型，为了方便对不同空间类型中小气候的功效进行对比，对同一街道不同类型林荫空间分别选取剖面点。

2.2.2 实测对比方案 为进一步分析街道“单拱”型不同林荫空间的小气候效应，选择走向完全不同的2条街道进行实测。将林荫空间类型或街道走向作为定量进行对比分析，分析另一变量对街道小气候的影响机理[3]。

夏冬两季实测全日照参照点选择在场地附近无林荫遮蔽的全日照条件下1.5m高的温湿度进行对比，温湿度数据引用国家基准气象站石河子城市气象台站的逐时气候数据。

3 研究方法

通过对街道林荫空内距地面1.5m高的小氣候温湿度变化分析，对石河子城市“单拱”型林荫空间街道的小气候进行实测，研究不同走向不同林荫空间类型下街道小气候效应的作用机理，评估街道小气候的调节作用，同时总结街道小气候效应与林荫空间类型的关系。

3.1 实测仪器 测试仪器主要有手持自动气象站、太阳辐射仪等，分别记录空气温度、空气湿度、风速、风向、地表温度等小气候指标。将手持气象站固定在1.5m高的塔尺上，测街道1.5m高的温度、湿度、大气压、风速、风向等数据。太阳辐射仪主要是测林荫街道的大树内外的太阳辐射数据。

3.2 实测日程 此次夏季小气候测试选择避开极端高温天气和持续高温天气的影响，在7、8、9 3个月进行（为了进行夏季与冬季林荫街道气候参数的对比，另选取了11月份全天日照、有早晚温差、无云的天气进行数据测量收集。）月份中选取全天有日照、早晚有温差、天气状况相近的进行测量，分10：00—10：30、12：00—12：30、14：00—14：30、16：00—16：30、18：00—18：30、20：00—20：30等6个时间段测量。

测量期间城市主要气象参数：7月12号多云转晴，最高温度35℃，最低温度25℃，西风3—4级，空气质量良好。7月13号阵雨，最高温度33℃，最低温度22℃，西向微风。7月14号雨转多云，最高温度达到32℃，最低温度20℃，北向微风。7月15号天气多云，最高温度34℃，最低温度21℃，北向微风。7月16号天气多云，最高温度34℃，最低温度21℃，北向微风。

4 结果与分析

4.1 街道林荫空间

4.1.1 林荫道绿化树种 此次调查选取的石河子市6条道路各类树木共9229株，其中大叶白蜡、小叶白蜡、白榆总数所占比重较大，同时在各个道路中的使用频率也较高，6条街道中有2条街道的白蜡种植比重高于50%，具体见表1。由表1可知，大叶白蜡、小叶白蜡、白榆3个树种是石河子市行道树的基调树种[4]。

4.1.2 林荫空间类型 由于不同的街道板带类型以及道路规划的形式，道路空间出现完整拱形廊道、中央分裂的拱形廊道、相互分离的多个树冠下单行沿街线性廊道。可根据不同的树冠廊道的类型，区分城市中道路的基本林荫空间类型。

4.1.2.1 封闭型林荫空间 行道树上部树冠区域树枝相互交叉形成封闭的顶层树冠，在树冠下层形成连续的拱形廊道即为封闭性林荫空间。石河子市西小路道路板式为一板两代的道路结构，街道宽度14.2m，行道树的冠幅10m树冠上部相互交叉，形成封闭的顶层树冠，在树冠下部形成连续的拱形廊道即单供封闭型的道路空间类型。树冠两侧建筑封闭，实地调查发现西小路东侧行道树距离建筑的距离过近，其冠下距离地面的高度为4.3m，明显大于西侧距离地面3m的高度，说明建筑对街道林荫树的生长有一定的影响。

4.1.2.2 半封闭型林荫空间 行道树上部树冠区域树枝没有相互交叉，道路中部的顶层树冠分离，在树冠下部形成连续的拱形廊道可视为半封闭型林荫空间。石河子市北四路自东一路至东二路直接道路的东端，此段道路的板式为三板四带式，道路宽度29m，行道树冠幅约7m，行道树树冠区相互分离并在道路上空形成较大的空隙，此段道路两侧绿地中的乔木与行道树的树冠相接形成封闭的拱形廊道，因此此段道路的林荫空间类型为“连续拱”半封闭型空间类型。

4.1.2.3 开敞型林荫空间 行道树上部树冠区域树枝没有相互交叉，道路顶层树冠完全分离，在树冠下部形成单个的廊道可视为开敞型林荫空间。石河子市北三路石河子游憩广场路段为例，道路中央种植高大的樟子松，中央分车带两侧种植苹果树作为行道树。此段道路两侧无建筑均为道路绿化，道路宽40m，其中樟子松树冠冠幅为4m，两侧苹果树的冠幅约为2m，3行乔木树冠相互分离，乔木各自形成独自的道路单个廊道，因此此段道路的林荫空间类型为开敞式空间类型。

由于石河子的道路建设时间不统一，而且树木生长的状况不尽相同，树种选择存在很大差异，因此石河子市道路空间类型多样，调查发现：北四路以东一路以东为半封闭型林荫空间，东一路以西为封闭性林荫空间类型。北三路石河子游憩广场路段为开敞型林荫空间类型，其余两端为封闭性林荫空间。北六路由于只有一侧有行道树，所以为开敞式的林荫空间类型。西一路主要为半封闭型林荫空间类型，由于少数区域树木个体较小，道路拓宽的原因造成开敞的林荫空间类型。西小路为一条城市次干道，道路比较狭窄，林荫空间为封闭型空间类型，东二路由于树木较小，因此为开敞型的林荫空间类型，东五路主要为半封闭的林荫空间类型。

4.2 夏季林荫空间

4.2.1 同一走向不同林荫空间类型小气候 太阳辐射强度：选择同一走向不同空间类型的西一路和东二路的数据进行分析，结果如图7。由图7可见，西一路太阳辐射强度与东二路差异极显著。树冠下与树冠外对比强烈，尤其在下午14：00时差异最为显著。14：00之前树外太阳辐射东二路外大于西一路，14.：00之后西一路外大于东二路，但是全天太阳辐射树内西一路大于东二路，这说明大树会阻挡一定的太阳辐射。

4.2.1.1 风速 东二路风速偏小且稳定，全封闭的西一路相对开敞式林荫空间的东二路风速普遍较大且瞬时风多，舒适感更强。

全天观测到的风向和气象站数据一致。以东南方和南方为主，偶尔会有北风，起风时估测风速为0.4～0.8m/s，表明1.5m这个高度的风主要受大气环流影响。场地测试点在6∶30—8∶00观测记录到的瞬时风频较少，10∶00—17∶00不定时观测到瞬时风，其中10∶00—12∶00时段的瞬时风频率较多。

4.2.1.2 温度、湿度 对比西小路1条街道不同地点林荫树1.5m处的温度变化发现：从上午10：00开始，2个地点树冠下的温度开始逐渐上升，但上升较缓慢，而东二路气温较快升高，林荫下空气的温度、湿度受太阳辐射强度的影响，空气温快速升高。西一路溫度从16：00开始下降，温度下降速度较东二路慢，说明封闭的林荫空间对温度的升高与下降都具有一定的缓解作用。

由此可见太阳辐射能否被林荫树树冠所阻断是树冠下空间温度变化的重要因素。西一路作为全封闭型的道路空间类型，由于太阳无法直射，在12：00时出现温度低于全日照场地4℃的情况。午后温度持续上升，东二路在14：00温度达到最大值33.6℃，比全封闭温度高2.6℃。从图9中可以看到，在15：00—17：00内，林荫下的空间出现持续的高温，林荫下空间的持续高温比全日照场地延迟1.5h左右。18：00开始，温度区域平稳变化，气温逐渐降低，但东二路温度持续上升，在20：00温度的变化出现又一次的峰值31.6℃，比全日照长的的温度高出2.9℃。由此可见，林荫空间中树冠的封闭造成林下空间的热空气扩散屏障，使热空气无法与林外空间互换，温度持续上升。

从日变化来看，同走向不同林荫空间类型的街道温湿度差异明显。2种街道空间类型的温度均呈现出先增加后降低的单峰变化，并且14：00时2种街道空间类型的温度之间差异不显著，而在10：00、16：00时两者空气温度差异显著。上午，东二路的温度均高于西一路，增长较快，下午下降且一直处于相对较低水平。西一路的温度增长速度较慢，在16：00才达到最大值34.5℃，且午后一直处于较高状态。

2条道路空气湿度的变化与空气温度的变化相反。上午，西一路的湿度低于东二路，降低速度较慢，随后在下午急速上升。西一路的空气湿度降低速度较快，18：00才达到最小值，且一直处于较低状态。此外，除上午12：00外，多数时刻2条路的空气湿度之间差异显著，具体见图10。

4.2.2 不同走向同一林荫空间类型小气候

4.2.2.1 太阳辐射强度 在不同走向同种空间类型的街道，西一路太阳辐射强度的极差大于北四路，单拱封闭型林荫空间整体舒适度高于连续拱半封闭型林荫空间，在中午14：00和16：00时差异最为显著。树冠下与树冠外对比强烈，尤其在中午15：00时差异最为显著。15：00之前树外太阳辐射东二路外大于西一路，15.：00之后西一路外大于东二路，但是全天太阳辐射树内西一路大于东二路，也说明大树会阻挡一定的太阳辐射，树下更加舒适，具体见图11。

4.2.2.2 风速 西一路风速明显比北四路数据低，说明道路走向也是影响小气候因子的重要指标。北四路数据偏小且稳定，瞬时风少，凉爽的感觉不是很明显。但全封闭的西一路相对半封闭式林荫空间的北四路风速普遍较大且瞬时风多，较为舒适。全天观测到的风向和气象站数据一致。以东南方和南方为主偶尔会有北风，起风时旗帜大部分能被吹开，估计风速0.4～0.8m/s，表明1.5m这个高度的风主要受大气环流影响。

4.2.2.3 温度、湿度 以北四路（向单东西拱全封闭型）和西一路（南北向单拱全封闭型）为例，从日变化来看，同走向不同林荫空间类型的街道温度差异明显。2种街道空间类型的温度均呈现出先增后降的单峰变化，并且16：00时，2种街道空间类型的温度之间差异不显著，而在10：00、12：00及18：00两者空气温度差异显著。上午温度上升速度相当，下午温度下降时，北四路则明显快于西一路，具体见图13。

白天中，2种道路的湿度依旧先降后增，早晨湿度最大达到45.4，中午湿度下降迅速，下午湿度回升但并不剧烈。2条道路空气湿度的变化与空气温度的变化相反。上午，北四路的湿度低于西一路，降低速度较快，随后在下午急速上升且一直处于较高状态。除上午10：00外，多数时刻2条路的湿度之间差异显著。

4.3 冬季與夏季林荫空间的比较分析

4.3.1 风速 以夏冬两季的北四路为例，在同一道路不同时间，冬季风速普遍高于夏季，由于北四路冬季行道树叶子基本全部落下，风的阻力减小，风力更加强劲，在下午16：00最为明显。同时，在夏季16：00时风速也为一天中最大值，说明该测试点树木的种类，树木的冠幅均影响着风速的大小。图15还可以看出冬季瞬时风明显增加，而夏季则不然，这也说明季节影响树木的生命周期，同时也影响着城市的小气候环境。

4.3.2 温度 夏冬季温度日变化都呈先上升后下降，但冬季上升与下降趋势均小于夏季，夏季16：00才到达日最高温度，相对于冬季晚2h左右，观察可以发现，冬季气温的最高峰在14：00，而夏季则多在16.：00。由于冬季和夏季地球公转，石河子地区所受的太阳辐射不同，导致最高峰差异，也说明海拔和太阳辐射影响着气温的高低。

5 结论

经分析石河子城市林荫空间类型在夏冬2季节的小气候作用机理，并总结空间形态与小气候的关系，得出以下结论：

（1）按空间形态特征将石河子市林荫空间类型划分为2类，第1种是“拱”型，是树冠相连接的剖面“拱廊”式封闭型街道林荫空间;第2种是“峡谷”型，即树冠的剖面为“行列”式开敞型林荫空间。“拱”型林荫空间的上部树冠层将空间全部封闭，使阳光不能直接射入的为“全封闭”型;树冠层上部不封闭，或两侧没有连续建筑而侧面开敞的空间类型为“半封闭”型，“峡谷”型林荫空间阳光从任何角度射均可射入。

（2）植物作为构成林荫空间的要素之一，影响着街道林荫空间形态。单株行道树沿街单排种植，上部树冠枝杈交错，在树冠下方形成冠下“拱”型空间。夏季树冠层上方相互交错，在道路上方形成“拱”型空间，遮挡阳光，降低温度;冬季，落叶行道树的林荫空间中，阳光透过光秃的树枝直射地面，地表温度上升。

（3）1天中气温的变化主要划分为4个时段：气温上升、气温最高、气温下降和气温最低4个阶段。最高气温平峰，时间可持续2～3h，温度在32～34℃之间。低温谷段为平温段，由于受日出日落的影响，太阳下山后一段时间会处于1个低温平峰段。

（4）林荫空间“降温”机理：在白天升温时段，不同类型的林荫空间有效改变了阳光的射入量，导致行道树冠下层升温速率缓慢且稳定，与行道树外部升温速率快温度高，形成了较大的内外温度差，也给人们形成了较大的直观感受，所以这并不是真正意义上的降温，是产生了林荫空间内部降温的错觉。

（5）街道林荫空间类型与小气候因子的变化存在一定的关系：夏季，东西走向街道受太阳辐射的影响大于南北走向街道，而在同一走向的街道中，由于不同的街道林荫空间形态特征，造成不同的小气候区域。“拱”型全封闭林荫空间降温增湿效果高于“拱”型半封闭林荫空间，湿度则与之相反。冬季，空间类型对小气候变化影响较小，周边建筑分布影响较大。在东西走向街道中全天处于周边建筑阴影中，温度较低，在南北走向林荫空间中全天约7h受阳光直射，因此温度相对于南北走向林荫空间较高。

参考文献

[1]徐晗.石河子市绿地系统生态规划研究[D].乌鲁木齐：新疆师范大学，2007.

[2]董芦笛，樊亚妮，李冬至，等.西安城市街道单拱封闭型林荫空间夏季小气候测试分析[J].中国园林，2016，32（01）：10-17.

[3]孟凡.西安城市街道单拱型林荫空间夏冬季小气候实测分析[D].西安：西安建筑科技大学，2016.

[4]王翠，唐诚.石河子市行道树结构特征[J].北华大学学报（自然科学版），2018，19（02）：250-256. （责编：王慧晴）