赣州某高校典型区域下垫面温湿度监测研究★

曾 颖 温小军 李能琛 顾 义 皮佳媛

(江西理工大学建筑与测绘工程学院，江西 赣州 341000)

1 概述

当前城镇化建设推动着城市快速发展，人们更加关注由此带来的自然气候的变化。其中，由于城市下垫面的改变，不同下垫面的物理特性使得城市空气的温度与湿度都有一定的差异性，不同下垫面对局地气象要素的影响显著，对区域气候及其变化具有重要作用[1]。一方面，不同类型下垫面的温湿度是影响舒适性的重要因素，在很大程度上影响着居民的人居环境及生产生活，微气候变化已然成为影响城市可持续发展的一个不容小觑的因素。另一方面，在研究下垫面改变与气候变化的相应关系中，很多学者对不同纬度、类型的城市做了城、郊气温对比观测，都发现城区气温高于郊区的热岛现象[2]。许多学者对城市热岛的演变与成因进行了分析[3-6]，这些分析中下垫面均为主要因素。我国在城市热岛的研究方面近年来取得了许多成果，研究主要采用了近年的气象资料的温度数据、实地观测和遥感监测的方法。

本文以江西理工大学红旗校区作为典型旧城区研究对象，选择石质铺装、沥青、透水砖、草地、水面等5种主要活动区域类型，从定量的角度分析了温湿度变化规律，探讨了不同下垫面温湿度的动态变化对城市的热环境带来的影响。

2 研究对象与研究方法

2.1 研究对象

本研究试验地点设在江西省赣州市江西理工大学红旗大道校区内(北纬25°51′、东经114°56′)。赣州市地处中亚热带南缘属亚热带季风气候区，具有冬夏季风盛行、春夏降水集中、四季分明、气候温和、热量丰富、雨量充沛、酷暑和严寒流时间短、无霜期长等气候特征。主要测试区为校园内主要公共活动空间。

2.2 研究方法

2.2.1 测点选择与监测方法

本研究以江西理工大学红旗校区作为监测对象，选择其中具有典型意义的石质铺装、沥青路面、透水砖铺装、草地及水面等5种下垫面进行温湿度监测，各监测点特征见表1。监测期当天的背景天气为：最高温34 ℃，最低温25 ℃，西南风2级，多云；全天测定并取平均值，时间为6：00～22：00，以移动路线观测法每1 h分别对各下垫面的温度、相对湿度进行测定(两个相距最远的测点测量时间超过20 min)。采用TES1365温湿度计同时对温度、湿度双读值(%RH及℃)进行数据读取，对不同活动区域及其不同下垫面距离地面0 m，1.2 m高度温湿度进行观测与对比分析。

表1 试验测点情况表

2.2.2 舒适性计算及评价方法

将各下垫面在各样地的测值作为该类型下垫面的温湿值进行日间变化特征和季变化特征分析。选用反映人体舒适情况的湿热指数(Thermal Humidity Index，THI)[7]作为样地人体舒适度衡量指标，结合温度与湿度数据，直观反映舒适性。计算公式为:

THI=T-0.55(1-RH)(T-14.5)。

式中：T——空气温度,℃；

RH——相对湿度,%。

将公式稍作变化可得：

THI=RH(0.55T-7.975)+0.45T+7.975。

说明当温度大于14.5 ℃时，湿热指数随温度与湿度的升高而升高；当温度小于14.5 ℃时，湿热指数随温度与湿度的升高而降低，在本次实验中，温度均处于14.5 ℃以上，温度与湿度的升高会导致湿热指数升高，舒适度降低。舒适度划分标准如表2所示，湿热指数值越高，说明越不舒适，反之湿热指数越低，舒适度越高。

表2 湿热指数与人体舒适度对照表

3 结果分析与讨论

3.1 不同类型下垫面温湿度变化特征

1)不同下垫面湿度变化情况。

石质铺装、沥青、透水砖、草地、水面5种下垫面类型的空气湿度日变化特征都呈现先下降后上升的趋势(见图1)，湿度排序为水面>草地>沥青>透水砖>石质铺装。在14：00前后达到最小值，各下垫面的平均湿度为55.39%。石质铺装和水面的湿度分别达到最低值、最高值，分别为49.36%，59.30%。透水性较好的透水砖的湿度处于平均值57.03%。草地的湿度变化比较明显，在14：00前后达到最低值，后迅速上升，处于较高的水平。

2)不同下垫面温度变化情况。

石质铺装、沥青、透水砖、草地、水面5种下垫面类型的空气温度日变化特征均呈现为先上升后下降的趋势(如图2所示)，排序为石质铺装>草地>水面>沥青>透水砖。各下垫面的最低温度相近，均出现在6：00太阳尚未出现的时候，在14：00前后达到最大值，且不同材质的下垫面之间差异明显，随着太阳辐射的减弱，各种类型下垫面的温度下降，又趋于一致。一天之中，石质铺装和草地的空气温度最高，分别为41.26 ℃和41.55 ℃。由于在太阳辐射导致植物部分气孔关闭，蒸腾作用减弱，草地的空气温度升高，而在16：00之后，太阳辐射减弱，草地的降温作用又体现出来。可见草地对空气的降温作用存在一定局限性。水面的空气温度变化最为平缓且峰值在16：00左右出现，为38.17 ℃，说明水对空气温度变化有缓和作用。沥青作用下的温度变化最为剧烈，呈现忽高忽低的变化趋势，与石质铺装等不透水性地面相比，沥青的颜色更深，因此阳光作用下温度变化更明显。

3.2 不同监测高度下垫面温湿度变化特征

1)不同监测高度下垫面湿度变化情况。

以一天中各个时刻不同下垫面类型下不同高度的湿度的平均值作为数据进行分析，分别测量了贴近下垫面的地表湿度和距离下垫面1.2 m处的湿度(见图3)。总体上趋势是地表湿度大于1.2 m处的湿度。透水性好的下垫面如水面、草地、透水砖比透水性差的下垫面的湿度更高。其中水面表面与1.2 m处的湿度差值最大，石质铺装情况比较特殊，1.2 m处的湿度比地表湿度更高。

2)不同监测高度下垫面温度变化情况。

数据显示地表温度一般高于1.2 m处的温度，水面则相反(见图4)。不同下垫面之间的地表温度差异较大，1.2 m处的温度相差较小，草地、石质铺装对空气温度的加热作用明显。水面有降低空气温度的作用。沥青、透水砖在不同高度上的空气温度相近。不同下垫面类型对环境的温度影响较大。

3.3 不同遮蔽条件下垫面温湿度变化特征

1)不同遮蔽条件下垫面湿度变化情况。

数据显示有遮蔽条件的空气湿度一般高于无遮蔽条件的空气湿度，但作用并不明显，平均提高湿度1.75%。有无遮挡对湿度的影响强度排序为沥青>草地>石质铺装>水面>草地(见图5)。

2)不同遮蔽条件下垫面温度变化情况。

数据显示有遮挡条件的空气温度普遍低于无遮挡条件的空气温度(见图6)，平均降低1.12 ℃，对草地、沥青的作用尤其明显，分别达到了1.56 ℃和1.70 ℃。有无遮挡对温度的影响强度排序为沥青>草地>石质铺装>透水砖。即遮挡对沥青的降温效果最为明显，主要是由于沥青深色的颜色对光线吸收强度导致的。

4 不同下垫面舒适度分析

各类型下垫面的湿热指数变化趋势基本与温度变化趋势一致，呈现先升后降的趋势，见图7。其中草地、水面湿热指数最高，透水砖的湿热指数最低。湿热指数最高以及湿热指数波动最大的皆为水面。说明在高温下，湿度高虽然一方面为更多水汽蒸发带走热量产生条件，但另一方面，温度与湿度若不能达到较好的平衡，高湿度的环境反而会使人产生不适。根据湿热指数与人体舒适度对照表，舒适度的排序由好到坏为透水砖>沥青>石质铺装>水面>草地。

5 结语

本研究通过对校园内5种下垫面类型在不同高度、有无遮挡条件下对微气候特征因子的实地观测，发现下垫面类型对于温湿度均有显著影响，且各不同类型下垫面存在显著差异性；温度与湿度的变化趋势成反比，湿度高会使水分蒸发带走热量，起到降低温度的效果；各下垫面类型的空气温度表现为透水砖最低、石质铺装最高的特点，湿度表现为水面最高，石质铺装最低的特点；深色的下垫面受到太阳辐射的影响导致的温度波动更明显；透水性好的下垫面湿度更高，空气温度的变化趋势更缓和；草地对下垫面温湿度的影响作用受环境温度的影响，高温会导致植物蒸腾作用减弱，降低草地增湿作用以及降温作用；湿度在降温作用中并不在主导地位，影响温度变化的因素除了湿度增加带走热量，主要原因在于地面吸收了太阳辐射后产生的地面辐射；在高温条件下，高湿度的下垫面如水面的湿热指数更高，舒适度更低。

在实际的规划建设中，为改善温湿度环境，缓和温度变化，最有效的方法是切断太阳辐射到地面的路径，即考虑遮阳，通过植树或布置遮阳设施，减少太阳辐射，同时也减少了地面辐射；其次，适当设置水体，在滨水岸边种植绿化提供遮蔽，不建议大面积设置裸露水体，水增加空气湿度，在高温情况下反而容易增加湿热指数，使人产生不适感；减少不必要的硬质、深色铺地的布置，避免使用比热容较低的下垫面，以防止温度波动明显使人产生不适；在太阳辐射强烈的地区，要考虑到太阳辐射对植物蒸腾作用的影响，在草地上种植树木、灌木起到遮阳降温作用，保证植物蒸腾作用能正常进行。