福州城市绿地夏季小气候特征分析

林心影,梅韶玲,陈健翎,赖鹏程,黄启堂

（福建农林大学园林学院,福建 福州350002）

在气候变化不断加剧的背景下，有研究表明，在21世纪结束前全球平均温度将升高1.1 ℃～6.4 ℃[1]，持续的高温现象已经对人们的生活、健康以及户外活动造成了较大的负面影响[2,3]。城市绿地空间与城市绿地自身规划范围内由绿地规划所导致的小气候相互影响。在我国气候类型构成复杂的前提下，城市绿地空间建设及局部小气候的改良引起了学科领域的广泛关注。

城市绿地小气候要素主要包括小环境范围内黑球温度、空气温度、空气湿度、风速等，主要受城市下垫面、水体、植物、建筑物、地形等空间设计要素所影响[4]。国内外关于设计要素对城市绿地小气候的影响进行了大量研究，从研究内容与研究方法出发，主要集中在以下三个方面：通过地面观测数据，结合问卷调查，分析不同地区影响热舒适度的气候要素，得出游人热偏好及空间选择规律[5]；利用ENVI-met、CFD 等软件模拟研究气候要素与热环境的相关性[4,6-8]；结合人体舒适度指数和气候参数，计算得出PMV、SET* 等的热环境指标评价，揭示基于不同空间特征下的小气候作用规律[9,10]。总体来看，利用先进的设备，以及较科学的测点布设还不够完善。因此，本文在所选的不同区域增加了测点数量，并将观测时间延长为8：00—21：00，增强了实验数据的准确性。

本文选取福州市5 处城市绿地进行地面数据观测，对所选区域不同测点的小气候进行数据整理并深入分析小气候特征，研究影响福州市游人热舒适的气候因素，旨在为夏季福州地区优化城市绿地空间热环境，改善游人热舒适提供建议。

1 研究地和测点的选择

福州市为福建省省会城市，位于东经118°08′-120°31′，北纬25°15′-26°39′。属南亚热带海洋性季风气候，阳光充足，雨量充沛，夏长冬短，夏热冬温。年平均气温为16～20℃，7、8月份温度最高，平均温度24～29℃，历史极端高温42.3℃。

1.1 研究地选择

根据福州城区地表温度图，选取地表温度高且酷热区域，结合人流量、绿地面积和位置分布等，最终选取出5 处城市绿地作为研究对象，其中，西湖公园、温泉公园、闽江公园南园3 处公园绿地，五一广场、榕城广场2 处广场绿地。如图1所示。

图1 福州城区7、8月地表温度峰值图（源自福州市规划设计研究院）Figure 1 Peak surface temperature map in Fuzhou in July and August

表1 5 处城市绿地测点设置一览表Table 1 List of five urban green space measurement points

1.2 测点的布设

由于城市绿地小气候主要受下垫面、遮阳形式、水体、植物、建筑物等因素的影响。因此，本研究根据5 处城市绿地的不同的下垫面及遮阳形式分别布设观测点，其中，西湖公园、温泉公园、闽江公园南园、五一广场和榕城广场等5 处城市绿地的观测点分别为8 个、9 个、10 个、7 个和7 个。见表1所示。

2 研究方法

本研究中采用的实测方法借鉴许多学者的研究经验，实测仪器使用Kestrel5400 热应力跟踪仪。测量时间选择7、8月间连续高温晴热无雨天气，分别对5 处城市绿地的41 个观测点分别进行3 次实测，即共123 次实测，每次测试从8：00—21：00，涵盖一天中“增温—积温—高温—降温”的过程。在各个观测点分别用三脚架将实验仪器固定距地面1.5m 高处，并获取黑球温度、空气温度、相对湿度及风速等相关数据。

3 结果与分析

3.1 黑球温度

从图2可以看出，5 处城市绿地的各测点黑球温度日变化均呈倒“V”型，说明黑球温度随着太阳辐射高度角呈正相关，当太阳高度角逐渐降低、太阳辐射逐渐减少时，黑球温度相应呈现下降趋势，由此可见，太阳辐射是影响黑球温度的主要因素。

西湖公园各测点黑球温度测点间的温差最高可达7.60℃，可见良好的下垫面与遮阳形式的搭配能有效缓解由太阳辐射升高而引起的高温作用。从日变化来看，测点5 和7 的温度极差较小，即曲线波动较小，说明水面、花坛与浓密树荫的搭配都能有效防止黑球温度的骤升与骤降，其中花坛稳定温度的效果更优于水面，是因为绿植能较大程度地反射与吸收太阳辐射。测点4 的温度极差较大，说明深色花岗岩与人工亭廊的搭配不利于维持黑球温度稳定。

温泉公园各测点黑球温度测点间温度差高达7.29℃，最高温度45.30℃和最低温度38.01℃分别在测点2 和1，这表明，草地-浓密树荫与花岗岩-建筑物相比，能有效减少太阳辐射引起的升温，这是因为浓密树荫和草地都能进行光合作用和蒸腾作用，在阻挡太阳辐射的同时能有效释放水分子，降低周边环境温度。

从新生代农民工个体来看，他们受教育程度较高，具有发展自己的强烈愿望，渴望融入城市社会，对教育培训有迫切的需求；从社会层面来看，新生代农民工群体对技术和素质要求较高的工作岗位望而却步，但他们又不想从事劳动强度大、收入低的工作，这在一定程度上阻碍了他们融入城市社会的目标。而教育培训具有提升新生代农民工群体素质、提高其就业能力与人力资本的作用，能有效的促进新生代农民工融入城市社会；从国家层面来看，加强新生代农民工的教育培训有利于更好的解决新生代农民工问题，以及国家在城市化、现代代与工业化中遇到的问题，维护社会稳定与和谐。

闽江公园南园的测点4 和3 遮阳形式相同，但测点间温度差高达8.9℃，这是由于水泥地面相比于草地的热容量更大，导热系数和吸收系数更大，故在白天受太阳直射升温幅度剧烈，而到了夜晚，随着太阳辐射的逐渐减少，二者的差距亦逐渐减小。

图2 5 处城市绿地各测点黑球温度日变化图Figure 2 Diurnal variation of black ball temperature at each measuring point of five urban green spaces

图3 5 处城市绿地各测点空气温度日变化图Figure 3 Daily variation of air temperature at each measuring point of five urban green spaces

五一广场，各测点的黑球温度及日均黑球温度的峰谷值都在测点4 和7，测点间温度差高达8.50℃，可见草地-浓密树荫的降温效果比深色花岗岩-连廊好很多。由测点5、6、7 的曲线波动可以看出，草地的热稳定性比嵌草砖和花岗岩好。

榕城广场各测点间温度差达11.60℃，为5 处城市绿地中最高且测点间距跨度大，其中温度峰值点测点7 下垫面由石子与水泥组成，热容量、导热系数和吸收系数高，恒温能力差，而遮阳的稀疏树荫遮挡太阳辐射的能力有限，因此产生极端高温。

3.2 空气温度

由图3可知，5 处城市绿地各测点全天空气温度变化趋势与黑球温度基本相同，但与黑球温度相比数值更加集中且更低，全天极差较黑球温度更小。

西湖公园全天空气温度范围约为28.60℃～38.70℃，各观测点的日均温度变化从高到低排序为：4、1、8、3、2、6、5、7。从排列顺序可以看出，同等遮阳条件下，深色花岗岩影响下的空气温度略高于浅色，且花岗岩材质降温效果明显低于木质地面、土石地面、水面和花坛等。8、3、2 三个测点相比，草地的降温效果明显优于浓密树荫和木质地面。稀疏树荫降温效果较弱，是由于随着太阳高度角的不断变化，全天遮荫面积也在不断变化，故曲线波动较大，空气温度较高。而水面降温效果优于土石地面，是由于水的比热容较大，吸收相同热量的情况下升温幅度较小，故全天空气温度变化的极差较小，曲线波动小，空气温度较低。

温泉公园全天空气温度范围约为29.90℃～38.50℃，各观测点的日均温度变化从高到低排序为：2、9、6、8、5、4、3、7、1。在同样的遮阳形式下，荷兰砖与木质地面的空气温度差不多，但都不如嵌草青石板的降温效果。测点7 与1 的日均空气温度最小且曲线波动较小，这是因为水的比热容大，对上表空气温度有一定维稳作用，而植物则利用蒸腾作用进行有效降温。虽然植物在中午的时候蒸腾作用降温效果减弱，但数据表明水面比草地的日均空气温度高出0.54℃，这与温泉公园湖面面积较小有一定关系。

闽江公园南园全天空气温度范围约为25.10℃～39.70℃，各观测点的日均温度变化从高到低排序为：4、9、10、7、8、6、1、5、2、3。在同样的遮阳形式下，水泥地面、石子水泥地面与沙地面的空气温度差距不大。在下垫面基本相同的情况下，花架的降温效果比棚架好，这是因为花架上的绿色植物能够对太阳辐射进行较好的反射与吸收，从而降低周边空气温度。而在深色地面吸热的情况下，仍有测点8＞测点6，这说明浓密树荫的降温效果要比花架好很多。

五一广场全天空气温度范围约为30.20℃-38.8℃，温度峰值在中午14：00 前后，8：00-11：00 不断上升，11：00-16：00 的空气温度处于较为稳定的状态，17：00 之后呈下降趋势。各观测点的日均温度变化从高到低排序为：4、3、2、1、5、6、7。全园最高温38.80℃出现在测点4，这是因为花岗岩的导热系数大，故吸收太阳辐射能力较强，而人工连廊白天在太阳的照射下受热，不断释放出长波辐射，长波辐射加热了连廊底部空气，使得测点4 白天处于空气温度最高状态。

榕城广场全天空气温度范围约为31.40℃～43.20℃，各观测点的日均温度变化从高到低排序为：7、3、4、1、5、6、2。测点7 与测点2日均空气温度相差4.10℃，且测点7 曲线波动较大，热稳定性差，说明以石子水泥地面作为广场下垫面十分不利于夏季散热，易造成极端热环境。测点2 与6 的峰值产生于14：00 前后，其他测点峰值产生于13：00 前后，这可能是因为草地与树荫的垂直绿化搭配稳定性强，延缓了空气温度波动。测点4 与测点1日均空气温度相差0.47℃，逐时空气温度差值达1℃左右，这是因为人工钢构材质的吸收系数较大，吸热较多，产生的长波辐射导致在中午时间对空气加温作用明显。

3.3 相对湿度

从图4可以看出，五处城市绿地全天各测点相对湿度基本呈同位相波动，与黑球温度及空气温度呈相反趋势。下垫面相同时，遮阳形式中植物面积越大，增湿效果越明显。而遮阳形式相同时，下垫面吸水渗水性强的，增湿效果更好。

西湖公园各测点全天相对湿度最小值产生于13：00 前后的测点4，为51.10%，这是因为温度越高，空气中水汽蒸发得越多，相对湿度也就越低。从排列顺序中可以看出，下垫面是花坛、水面、草坪的，以及遮阳形式是浓密树荫的测点，其相对湿度都较大。虽然花坛的空气温度低于水面，但湖面大面积水的蒸发使得空气中的水汽含量大量增多。

温泉公园测点7 的空气温度比测点1 高，但相对湿度也更高，这是因为在空气温度较低的绝对情况下，饱和水蒸气的分压力较小，水分子蒸发使得空气含湿量增加。草地的相对湿度较嵌草青石板更高，是因为嵌草青石板是以青石板为主的透水型铺地，于空隙间种草虽能在一定程度上降温增湿，但青石板的吸水性较弱，少量的草无法对增湿起到很大作用。而荷兰砖与木质地面的相对湿度相差不大，这是因为荷兰砖的透水能力与木质地面的吸水、渗水能力差不多。

闽江公园南园测点6日均相对湿度比测点8高0.78%，全天最大湿度差为2.5%，说明在下垫面基本相同的情况下，浓密树荫的增湿效果比花架好。从测点8 相对湿度大于测点10 来看，虽然沙地下垫面孔隙多、吸水能力强，配合浓密树荫能在一定程度上降温增湿，但空气温度高于测点8，因此相对湿度较低。石子水泥地面的相对湿度比水泥地面更高，这是因为石子降低了水泥地面的密度，水汽进入的孔隙使空气湿度得以保存。

图4 5 处城市绿地各测点相对湿度日变化图Figure 4 Diurnal variation of relative humidity at each measuring point in five urban green spaces

五一广场在13：00 前后测点4 达全天湿度最低值，为51.10%，此时测点7 达最大值，为58.50%，二者相差7.40%。作为典型的广场型城市绿地，场地内各测点下垫面的吸水持水性直接影响其相对湿度，整体呈正相关。

榕城广场测点2 与测点6 全天相对湿度最大差值为2.2%，说明在下垫面相同的前提下，浓密树荫比稀疏树荫的增湿效果好很多。对于测点1 和测点5，虽有测点5 浓密树荫的增湿效果优于测点1 稀疏树荫，但仍有相对湿度测点5＞测点1，说明测点5嵌草青石板的增湿效果显著优于测点1 的花岗岩。

3.4 风速

图5 5 处城市绿地各测点日均风速Figure 5 Average daily wind speed at each measuring point of the five urban green spaces

如图5所示，5 处城市绿地各测点全天风速变化呈随机性，无明显规律，但日均风速受环境影响较为明显，主要与植物种植方式和建构筑物布置有关。

西湖公园各测点中平均风速最大的是测点2和6，而日风速峰值产生于测点8。这是由于测点2和6 两旁的乔木形成通风夹道，与东南方向的主导风垂直而形成明显的“峡谷效应”，对场地自然风有加速和稳定作用。测点2 比测点7 的日均风速高0.23 m/s，说明灌木与浓密树荫组合对空气流动的阻碍较大。

温泉公园日均风速最大值产生于测点2，其次是测点4。虽然测点4 和测点2 均处于乔木-建筑或乔木-乔木所形成的夹道中，但后者的D/H（D 代表人到乔木的距离，H 代表乔木高度）值比前者更小，所形成的夹道更为狭窄，对风的引导效果更好。测点6 的日均风速仅比测点4 低0.13 m/s，这是因为测点6 的一面为带状乔木，另一面为与其下垫面（花岗岩）不同的草地，而不同下垫面在太阳辐射的作用下受热不均所产生的局部热压差是产生空气流动（风）的主要原因。全园日均风速最小值产生于测点3，这是由于该测点两面是乔木加灌木，一面是灌木，这三面组成的屏障有效地阻挡了空气流动，使得测点3日均风速仅有0.33 m/s。

闽江公园南园日风速峰值和日均风速峰值均产生于测点4，这是因为测点4 不仅受到乔木夹道形成空气流作用，其下垫面材质与左右两旁下垫面材质的差异，也在一定程度上促进了空气流动。测点6日均风速略低于测点4，是因为测点6 两旁均为灌木，而灌木夹道对气流的引导作用并不明显。各测点中日均风速最小的是测点8，其两旁虽排列着柱子，但柱子距离较远，空气在流动的过程中不断分散开来，无法形成真正的通风廊道。测点9 四周为乔木所围合，稀疏与浓密的大树冠层交杂分布，风速略大于测点8。

五一广场的测点2 和测点7 均处于开阔空间处，全天受广场自然风作用，风速波动大，总体数值大。而测点3 的日均风速最小，是由于其周围四面中的相邻两面均载有绿植，一面是乔木与灌木的组合，一面是灌木，这使得无论是南北向还是东西向的风均受到绿色植物的遮挡，无法自然流动。

榕城广场测点6日均风速为全园最小，且全天风速变化很稳定，曲线振幅较小，这是因为测点6处于稀疏树荫下，周边为乔木所围合，大树冠层对风的阻挡作用较强。此外，测点6 的周边下垫面全为草地，当下垫面材质大面积相同时，风速的变化较小，也就是说，大面积均匀介质上空的空气流速较为稳定。测点2 处于浓密树荫下，乔木有效阻挡了自然风，但其旁边为沙地面，与测点2 的草地间形成了热压差，促使空气流动，故测点2 的风速略大于测点6。

4 结论

福州5 处城市绿地夏季小气候的全天变化趋势大致相同。其中广场比公园的平均温度、湿度更低，风速更高，五一广场植物、水体与遮阳较多，比榕城广场好。榕城广场采用大面积硬质铺装，广场布局呈长条状，致使场地内局部温度过高、散热困难。具体的小气候变化特征如下：

（1）在黑球温度变化特征中，下垫面采用水面、花坛、草地等自然材质，遮阳形式选用植物覆盖的方式时，能够有效吸收和反射太阳辐射，防止黑球温度的骤升与骤降，对稳定温度有着良好的效果。同时，草地的热稳定性比嵌草砖和花岗岩都好。

（2）在空气温度的变化特征中，下垫面对空气温度的加温作用强于遮阳形式的降温作用。在同等遮阳条件下，下垫面植被面积越大，透水性越强的，降温效果越好，同时水体降温效果受水面积的影响。嵌草砖优于荷兰砖和木质地面，而花岗岩、水泥地面、石子水泥地面与沙地面则对空气温度加温效果明显。在下垫面形式相同时，浓密树荫是最优的降温选择，其次是能够吸收和反射太阳辐射的植物花架，稀疏树荫、建筑阴影等遮阳形式的降温效果则一般，而人工连廊和钢构架等构筑物的受热释波特性对空气温度反而有加温作用。

（3）在相对湿度的变化特征中，绿色植被面积与增湿效果正向相关，浓密树荫优于花架和稀疏树荫，而下垫面的吸湿性和渗水性与相对湿度呈正相关，但面积过小的绿色植被对相对湿度的影响不大。

（4）在风速的变化特征中，乔木或者乔木与建筑所形成的夹道，能够对空气流起到引导作用从而稳定增大风速，并且D/H 值越小，对风的引导效果更好。大面积均匀介质上空的空气流速较为稳定，而不同下垫面在太阳辐射的加热作用下则会产生的局部热压差从而引起空气流动。