高校校园绿地秋季小气候效应人体舒适度感知研究

程惠珊 姚 杰 程哲炀 杨天娇 李霄鹤 兰思仁

（福建农林大学园林学院，福建 福州 353002）

园林绿地作为城市系统中的自然生产力主体，在改善空气质量、调节局部小气候方面发挥着一定的作用［1-2］。校园绿地不但担负着保护和改善学校生态环境的功能，而且能绿化和美化校园环境，给师生提供一个舒适、休闲的活动空间［3］。然而，如何实现校园绿地生态效益和服务功能最大化，使其改善校园小气候，提高校园环境的舒适性，具有重要意义［4］。近年来，有关学者对城市绿地的生态效应进行了研究。冯悦怡等在夏季高温季节对不同类型绿地进行了研究，结果表明各类绿地对人体舒适性均有一定的改善作用，改善程度上呈半天然乔灌草＞人工乔草＞人工乔草＞人工草坪的趋势［5］。胡秀丽等研究了绿化对校园小气候的影响，结果表明校园中栽植的树木、花草在小区域范围内有着显著的降温、增湿、防风效应，证实了绿化能起到改善环境的作用［6］。

然而，以往研究多侧重于夏季高温绿地的降温增湿效应，而关于校园秋季小气候效应的研究则缺乏相关的理论贡献。因此，本文以福建农林大学校园内几处具有代表性的绿地为例，以人体舒适度感知为指标，定量分析秋季校园不同绿地类型对校园小气候的改善作用，为之后建设更舒适的校园环境提供科学参考。

1 试验样地与研究方法

1.1 样地选择

本试验选择享有“全国生态文明教育基地”美誉的福建农林大学金山校区为研究地，以不同类型的绿地为例，选取校园内具有代表性的平地及滨水2种绿地空间类型，分别为校内中华园景观和观音湖滨水景观。在2种类型绿地中分别对小气候影响变量中的地表温度、空气温度、相对湿度及风速进行实测记录。

1.2 试验内容与方法

试验时间为秋季气候较为明显的2017年10月23—25日，对样地进行温湿度及风速的测量，每天07：00测量温湿度及风速，每2 h测一次。试验期间参照的福州市气象参数由福州市气象站自动测量。测量仪器采用台湾生产的Lutron LM-8000，具备记录功能。温度测定范围为-100～1 300℃，精度为0.1℃；相对湿度测定范围为10%～95%，当相对湿度＜70%RH时，其精度为±4%RH；当相对湿度≥70%RH时，则精度为±（4%rdg+1.2%RH）。风速的测定范围为0.4～30.0 m/s，风速≤20 m/s，精度为±3%F.S；风速＞20 m/s时，则精度为±4%F.S。仪器设置在人体对温、湿度最敏感的1.5 m处。对所得数据采用Excel 2013软件进行统计。

1.3 人体舒适度研究方法

人体舒适度指数是从气象角度评价不同气候条件下的人体舒适感，根据人类机体与大气环境之间的热交换而制定的生物气象指标［7］。影响人对热环境感受的因素很多，除了生理因素，还包括温度、湿度、风、太阳辐射和气压等气象因素［5］。国内外许多研究表明，温度、湿度及风速是影响人体舒适度的重要因子。关于人体舒适度的预报公式有很多，本文采用人居环境气候舒适度作为评价指标（GB/T 27963—2011），其等级划分是按照中国气象局规定的统一标准，见表1。温湿指数计算公式如下：

式（1）中，I表示温湿指数，保留一位小数；T表示某一评价时段平均温度，单位为℃；RH表示某一评价时段平均空气相对湿度，单位为%。

表1 人居环境舒适度等级划分

2 平地景观对小气候效应影响研究

2.1 观测点设置及其环境特征

为研究各小气候要素变化与植物空间形态、植物郁闭度的关系，本试验以福建农林大学中华名特植物园为研究对象。中华名特植物园位于福建农林大学校本部中华广场中央，占地面积约7万m2。整体为平地空间，最大高差仅1.5 m。在园内植物空间及下垫面选取特征点处布置测点（见图1），中华园供试点绿地基本信息如表2所示。

图1 福建农林大学中华植物园各测点位置

2.2 结果与分析

2.2.1 植被空间结构对小气候及人体舒适度的影响

2.2.1.1 温度日变化影响。由图2可知，3种不同植物空间结构气温日变化特征基本一致，呈先上升后下降的倒“V”型单峰值变化，最高温出现在13：00—15：00。在最高温度的时刻呈现P2（水泥地）＞P4（草地）＞P6（乔草）＞P9（乔灌草）的温度顺序；在07：00—09：00、09：00—11：00及19：00—21：00这3个时间段，各样地的空气温度呈P9＞P6＞P4＞P2，其他时间段，不同类型样地的内部环境温度顺序则与之相反。

2.2.1.2 湿度日变化影响。由图3可知，3种不同植物空间结构的相对湿度变化特征基本一致，与温度变化相反，呈下降后上升的“V”型连续变化。尽管通过数据整理分析可以看出相对湿度的变化在很大程度上与温度变化有关，然而其变化也与风速有着密切的关系。由温度表可知，温度在13：00—15：00为最高值，一般其相对湿度应在13：00—15：00出现最小值，然而在13：00—15：00各样地均具有风速，因此相对湿度的最小值出现在11：00—13：00，最小相对湿度表现为乔灌草＞乔草＞草地＞水泥地。即使不同植物空间的绿地在秋季所呈现的增湿效应较为不明显，但对于水泥地均表现出相应的增湿效应。

图2 不同植物空间类型温度比较

表2 中华园供试点绿地基本信息

2.2.1.3 舒适度日变化影响。将测点P2、P4、P6、P9的3 d平均舒适度进行比较（见图4）可知，测点P9（乔灌草）＞P6（乔草）＞P4（草地）＞P2（水泥地）。结果表明植被空间越复杂，其舒适度的值越接近最适舒适度的值。

图3 不同植物空间类型湿度比较

图4 不同植物空间舒适度比较

2.2.2 乔木郁闭度对小气候及舒适度的影响。乔木的郁闭度在一定程度上会影响所在空间的空气温度。在秋季，植物的小气候效应表现在保温、增湿、减缓温度变化方面。

2.2.2.1 温度日变化影响。由图5可知，紫叶李在达到一天最高气温前，其升温速率高于榔榆。紫叶李一天中最高气温为30.55℃，比榔榆高0.55℃，对比榔榆，紫叶李空间执行着保温和减缓温度变化的职能。因此，在一定范围内，秋季乔木的郁闭度越高，其保温效果越明显。

图5 不同郁闭度乔木的温度比较

2.2.2.2 湿度日变化影响。由图6可知，紫叶李湿度下降的速率高于榔榆，全天温度最高时段榔榆湿度达到一天最低。然而结合风速图可知，此时在其测量空间具有风速，所以出现榔榆湿度高于紫叶李的现象。因此，在一定范围内，乔木郁闭度越高，其增湿效果越明显，其湿度与温度、风速有着密切的关系。

图6 不同郁闭度乔木的相对湿度比较

2.2.2.3 地表温度日变化影响。由图7可知，榔榆地表温度提升速率高于紫叶李，全天温度最高时段紫叶李达23.7℃，而此时榔榆最高温度为23.0℃，两者相差0.7℃。对比榔榆，紫叶李的空间呈现出保温效果。因此，在一定范围内，提高乔木的郁闭度，可以降低地表温度的变化速率，还表现出保温作用。

2.2.2.4 舒适度日变化影响。将测点P7、P8的3 d平均舒适度进行比较（见图8）可知，测点P7（紫叶李）＞P8（榔榆）。结果表明植被空间郁闭度越高，其舒适度的值越接近最适舒适度的值。

图7 不同郁闭度乔木的地表温度比较

图8 不同郁闭度植物舒适度比较

3 滨水景观对小气候效应的影响

3.1 观测点设置及其环境特征

为了解各小气候要素变化与校园滨水绿道空间形态间的关系，本试验以福建农林大学观音湖景观为研究对象。观音湖是福建农林大学校园内最大的湖塘，位于校园北区。观音湖的平面形状为较正规的长方形（见图9），其改造前的水域面积为7 hm2，统计范围为15 m×15 m。在观音湖绿道选择特征点测量，观音湖供试点绿地基本信息如表3所示。

图9 福建农林大学观音湖平面图

表3 观音湖供试点绿地基本信息

3.2 结果与分析

3.2.1 温度日变化影响。一是不同方位植物空间温度日变化。由图10～12可知，无论封闭的植物空间、水封路开还是两边开敞的植物空间，相对东西走向的植物空间，南北走向较早达到一天中最高温度，且南北走向的最高温度均低于东西走向的最高温度。这是由于南北走向的植物空间东侧具有建筑，早上比东西走向植物空间较晚接受到太阳，一天中受到太阳辐射少于东西走向的植物空间。

图10 不同方位两闭温度日变化

图11 不同方位水封路开温度日变化

图12 不同方位两开温度变化

二是同一方位的植物空间温度变化。由图13、14可知，无论在东西走向还是南北走向，均呈现出两开植物空间＞水封路开植物空间＞两闭植物空间。因此，在秋季滨水植物空间，两闭的植物空间在三者空间类型中保温效果最明显，其次是水封路开，最差为两开的植物空间。南北走向植物空间最高温度比东西走向植物空间最高温度出现的早，为11：00—13：00，而东西走向植物空间最高温度出现在13：00—15：00。这是由于南北向受光时间短，接受到的太阳辐射强度不同。

图13 南北走向不同植物空间日变化温度比较

图14 东西走向不同植物空间日变化温度比较

3.2.2 湿度日变化影响。一是不同方位的植物空间湿度变化。由图15～17可知，无论封闭的植物空间、水封路开还是两边开敞的植物空间，相对东西走向的植物空间，南北走向植物空间的空气湿度下降速率较快，但其相对湿度仍大于东西走向植物空间的空气相对湿度。这是由于南北走向上的植物空间东侧具有建筑，早上比东西走向植物空间较晚接受到光照，一天中接受到的太阳辐射少于东西走向的植物空间。17：00—19：00以后，其相对湿度变化则相反，这与东西走向植物空间所处位置有关，其位于操场旁，具有周边硬质化率高、人流量大（此时有许多同学去操场锻炼）等特点。

图15 不同方位两闭日变化湿度比较

图16 不同方位水封路开日变化湿度比较

图17 不同方位两开日变化湿度比较

二是同一方位植物空间湿度变化。由图18～19可知，无论在东西走向还是南北走向，相对湿度值均呈现出两开植物空间＜水封路开植物空间＜两闭植物空间。因此，在秋季滨水植物空间，两闭的植物空间在三者空间类型中保湿效果最明显，其次是水封路开，最差为两开的植物空间。南北走向植物空间最低湿度比东西走向植物空间最低湿度出现得早，为11：00—13：00，而东西走向植物空间最湿度出现在13：00—15：00。这说明相对湿度与温度具有一定的关系。

3.2.3 地表温度日变化影响。由图20可知，无论在南北走向还是东西走向，3中植物空间类型的地表温度均呈现出石板温度＞路边草地＞水边草地。石板路呈现出升温速率快，降得也快，由于水边草地含水分与路边草地不同，因此在温度上存在差异。

图18 南北走向不同植物空间湿度比较

图19 东西走向不同植物空间湿度比较

图20 滨水景观各测点地表温度变化

由图21、22可知，在同一方位上，由于植物空间类型不同其石板地温呈现出两开＞水封路开＞封闭。结果表明，植物空间类型对地温有直接的影响，在一定程度上，植物空间越封闭，在地上的阴影程度越重，对下降地表温度的效果越明显。

图21 南北走向不同植物空间地温变化

图22 东西走向不同植物空间地温变化

由图23～25可知，同一植物空间类型在不同方位上，其石板的地表温度呈东西＞南北。结果表明，接受光照程度越高、时间越久的方位，对提升地表温度的效果越明显（在秋季太阳为东南方向）。

3.2.4 人体舒适度日变化影响。由图26可知，同一走向上，其舒适度均呈水封路开＞两闭＞两开。而且南北走向的植物空间比东西走向舒适度高。结果表明，可以适当增加植物空间的郁闭度来提高人体的舒适度；在秋冬季节滨水步道的方位选择与冬季主导风相垂直可以达到保温效果。

图23 不同走向两开植物空间地温变化

图24 不同走向两闭植物空间地温变化

图25 不同走向水封路开植物空间地温变化

图26 滨水植物空间舒适度变化

4 结论与建议

4.1 结论

通过对福建农林大学金山校区平地植物景观（中华植物园）不同植物空间类型的小气候要素进行对比观测，从整体上来看，乔灌草的保湿增温效果最明显，乔草次之，纯草坪最差。在一定范围内增加乔木的郁闭度，其保湿增温的效果越明显。通过对福建农林大学金山校区滨水植物景观（观音湖）不同植物空间类型以及不同方位的小气候要素进行对比观测，从整体上来看，两闭空间的保温增湿效果最明显，一封一闭次之，纯开放最差。

4.2 建议

秋冬季节在进行校园平地景观绿化建设时，应优先考虑乔灌草的植物空间结构，这种植物空间类型可以有效减缓温度变化的速率，起到保温增湿的作用，还可以吸收较多的二氧化碳，释放氧气，给师生提供良好的学习环境，提高人体舒适度。此外，在一定范围内，增加乔木的郁闭度可以达到保温增湿的效果。

秋冬季节在进行校园滨水绿化建设时，应优先考虑一封一闭的植物空间结构，这种空间植物空间类型不但可以起到有效的保温增湿作用，还可以提高视觉景观，提高人体舒适度。此外，从不同方位来看，东西走向的保温增湿效果高于南北走向。因此，在秋冬季节，要考虑与秋冬季主导风垂直的步道能有效阻挡风速，达到降温的效果。