六安月亮岛夏季小气候实测分析及舒适度研究

熊 璨，赵 宏，孙海玲

(皖西学院 建筑与土木工程学院，安徽 六安 237000)

小气候是指在具有相同大气候特点的范围内，由于下垫面的构造特征、地形方位、外部环境等各种因素不一致而在局部地区形成的独特气候状况[1]。在全球气候变暖的大背景下，现代化城市的高速发展对城市的小气候影响较大，面对越来越多的环境胁迫，人们对健康舒适的户外空间的诉求日趋强烈。在这样的时代与社会背景下，开展城市宜居环境风景园林小气候适应性研究有极为重要的意义。研究表明，湖泊、河道、湿地、池塘等水体对城市小气候有不同程度的影响，在改善人居环境方面发挥着显著的调节作用[1]。六安地区水资源丰富，以淠河水体为主线，创建城市水域生态系统，不仅可以进一步将六安建设成为富有滨水城市特色的生态城市，也是打造“水城六安、绿城六安、文城六安”的重要措施[2-3]。

目前对小气候效应及人体舒适度影响的研究主要包括城市公园，居住区、校园绿地、古典园林和街道[4-11]，但关于岛屿水体对小气候效应和人体舒适度影响的研究较为匮乏。因此，本研究选择在夏季炎热气候条件下，对月亮岛滨水空间进行小气候实测，通过测试太阳辐射、空气温度、相对湿度、风速等小气候要素，分析其变化特征，并分析对人体舒适度的影响，讨论地形、水体、植物、建筑等景观要素对滨水空间小气候的影响，以期为月亮岛改善滨水空间提供理论基础，为六安市淠河滨水空间的合理规划布局提供参考。

1 实测方案

1.1 月亮岛概况

六安市位于安徽省西部，淠河提供了六安人赖以生存的基础，淠河的源头有两处，一是岳西县境内，二是金寨县境内，均在大别山北麓，河道自南而北依次经过霍山县、岳西县、六安市、淮南市，于寿县正阳关入淮河。月亮岛位于六安市西部，淠河河西(图1)，原名桃花坞，受到河水自然冲击，形成月亮形状，故得名“月亮岛”。六安市的整体空间规划布局结构为“一环两心、三轴四区”，月亮岛属于“四区”中的城中区(图2)。月亮岛占地面积约150 hm2，形成水面面积约215 hm2，河道最宽处可达600 m，岛内约五分之四的土地被皖西学院使用，南部为月亮岛安置小区，现有居住人口约5290人。环岛绿道总长度约5 km，绿廊以绿荫覆盖率高的大乔木为主，同时结合开花亚乔和灌木，形成多层次植物景观，构成六安市靓丽特色的城市绿道，在改善人居生态环境、提供市民游憩服务、展示城市生态形象等方面发挥着重要的作用。

图1 月亮岛区域位置图

图2 六安市中心城区结构分析图

1.2 测点选择

根据与淠河的不同方位关系、遮蔽情况的差异，选取测试点共9个。其中紧临淠河的东、南、西、北不同方位的通行空间滨水游步道4处：河西侧步道(测点1)、河南侧步道(测点7)、河东侧步道(测点8)、河北侧步道(测点9)，遮蔽情况差异性较大的停驻空间5处：观景平台(测点2)、文化桥下(测点3)、树阵广场(测点4)、休憩亭(测点5)、阳光草坪(测点6)，共计9个。各测点在月亮岛的分布位置见图3，基本情况见表1。

图3 月亮岛各测点位置示意图

表1 月亮岛各测点情况

1.3 测试仪器与内容

本研究测量仪器主要采用太阳辐射仪(台湾泰仕TES-1333R)、高精度温湿度计(台湾产衡欣 AZ8706)、风速风向仪(希玛AS-8336)，测试内容包括各测点的太阳辐射、空气温度、相对湿度和瞬时风速。

1.4 测试方法

为避免极端气象因素对实测数据的干扰，测试选择夏季晴朗少云，伴有微风的天气进行，测试日期为2020年7月25—28日，共3天，每日观测时间为8:00—18:00。测试方法为定点观测，测量仪器距离地面高1.5m，每1h读取1次数据。

2 结果与分析

2.1 太阳辐射

由图4可知，各测点太阳辐射逐时变化趋势差异较大，呈现出几种不同的变化曲线，最大值多集中在10:00至14:00，从高到低依次为观景平台、树阵广场、阳光草坪、河东侧步道、河西侧步道、河南侧步道、河北测步道、休憩廊、文化桥下。

图4 各测点太阳辐射逐时变化趋势

通行空间中河东侧步道测点绿荫覆盖率为30%，其日间接受的太阳辐射量最大值和平均值均最高；河西侧步道和河北侧步道的太阳辐射变化曲线相似，由于受到路旁植物的遮挡，8:00—11:00未直接暴露在直射阳光下，从12:00开始，二者太阳辐射量充足，太阳辐射量明显增大，15:00后随太阳高度角减小而降低；河南侧步道在8:00时便暴露在直射阳光下，10:00后受路旁绿荫覆盖的影响，太阳辐射量大幅度的降低，与其通行空间相比，日间太阳辐射的最大削减率为76.9%。

停驻空间观景平台、树阵广场和阳光草坪的太阳辐射曲线变化相似，三个测试点在实测时间段内空间顶部均无遮蔽，中午12:00达到最大值，随后太阳辐射量不断减小，直至太阳落山后达最小值；文化桥下和休憩廊的太阳辐射变化曲线基本重合，两侧点空间顶部均为全遮蔽，太阳辐射在实测时段数值小，遮阴效果好，最大太阳辐射量不超过30 W/m2。

对比可见，测点由于周边环境和顶部空间的不同，其接收到的太阳辐射具有显著差异，周边环境空旷，顶部无遮蔽的空间，太阳辐射量最大，周边和顶部半遮挡的次之，顶部全遮蔽空间接收到的太阳辐射几乎为零。

2.2 空气温度

如图5所示，在8:00—18:00时段内，各测点空气温变化较明显，总体变化趋势较为一致。空气温度最大值集中在12:00至14:00，从高到低依次为树阵广场、观景平台、阳光草坪、河西侧步道、河南侧步道、休憩廊、河东侧步道、文化桥下、河北侧步道。

图5 各测点空气温度逐时变化趋势

通行空间中河北侧步道8:00至15:00实测温度均低于淠河其他方位步道，河北侧步道两侧植物冠幅较大、郁闭度较高，大幅度削弱了太阳辐射，与同为滨水区域河西侧步道相比，两测点最大温差为3.1 ℃，降幅为11%左右；由于河东侧步道周围水体呈环状，在下午太阳高度角较低时，开阔的大水面有利于提高局部风速，表现出较好的降温作用，使其在16:00—17:00时段气温最低；河西、南侧步道的气温变化趋势较为一致。

停驻空间中树阵广场日均气温最高，观景平台和阳光草坪的日均气温次于树阵广场，总体气温变化趋势与树阵广场基本接近，呈中午偏高单峰型变化特征，此特征与它们太阳辐射变化趋势较为一致；空间顶部全遮蔽的文化桥下测点接受的太阳辐射量为零，使其成为日均气温最低的测点，与其他四个停驻空间日间温度相比可降低0.5～4.5 ℃,最大降幅为15%左右；周边景观要素相近的情况下，临水测点的比远水测点最多可降低2.5 ℃。

由此可见，测点空间周边的植物遮阴率高低、水体面积大小、顶部不同遮蔽情况和临水距离，对其空气温度有着显著影响。随着植物郁闭度的增大，太阳辐射接收率越小，空气温度越低；测点周边水体面积越大，其降温效果越好；测点距离水体越远，其空气温度更高；顶部全遮蔽测点(文化桥下、休憩亭)由于没有接受太阳的照射，其空气温度则明显低于其他测点，而顶部无遮蔽测点(树阵广场、观景平台、阳光草坪)的空气温度大小均大于其他测点。

2.3 相对湿度

空气中的相对湿度对人体舒适效应具有显著影响，它是研究人体舒适感觉和小气候效应的重要因素之一。由图6可知，各测点相对湿度变化趋势大致相同，呈现出早晚高中午低的特征。测点空间的相对湿度最高值从高到低依次为河东侧步道、河北侧步道、文化桥下、河南侧步道、休憩亭、河西侧步道、阳光草坪、树阵广场、观景平台；日平均值从高到低依次为文化桥下、河东侧步道、河北侧步道、河西侧步道、河南侧步道、休憩廊、阳光草坪、树阵广场、观景平台。

图6 各测点相对湿度逐时变化趋势

通行空间中河北侧步道两侧植物种植方式最为密集，在8:00至12:00的相对湿度高于其他三个通行空间的测点；河东侧步道位于淠河分流交叉口，水域面积和水流速度相对较大，在15:00至18:00，其相对湿度显著高于其他三个通行空间测点，相对湿度差值最大为12%，增幅达到17%，表现出较好的小气候效应；河西侧步道和河南侧步道的相对湿度变化趋势与它们的温度变化呈负相关关系，在14:00前河西侧步道测点相对湿度优于河南侧步道测点，与河西侧步道临水的河道面积较大有关。

停住空间中休憩廊、阳光草坪、树阵广场、观景平台的相对湿度变化较为相似，休憩廊南面密植一排紫叶李，北临淠河，相较于另外3个测点的临水距离、顶部空间遮蔽和植物遮阴作用的优势，增湿效果更显著；文化桥下测点紧邻淠河，顶部空间全遮蔽，东西两侧的桥墩形成一个良好的通风道，风吹过水面的蒸散作用较好，带来的水汽明显较高，其相对湿度在9:00至12:00为所有测点中最高，其平均相对湿度较其他测点最大提高7.3%，增幅约12%。

对比太阳辐射和相对湿度逐时变化趋势可以发现，太阳辐射量大的空间，其相对湿度越低，太阳辐射受到植物和建筑的削弱时，近地面空气湿度明显更高，无植物围合、无顶部遮蔽的环境增湿效应较弱。水体对空气湿度有一定的调节作用：水流速度大较水流速度小的水体表现出较好的增湿作用；临水空间的湿度基本高于无水空间。

2.4 风速

实测期间，距离地面1.5 m高度的各测点风速均在2 m/s以下，根据风力等级划分表(表2)，各测点的平均风速可划分为两级，属于0级风力的有河南侧步道、阳光草坪，1级风力的有观景平台、文化桥下、树阵广场、河东步道、河北步道、河西步道、休憩廊(图7)，在这两级分力中，人体的“风感”不明显。

图7 各测点风速逐时变化趋势

表2 风力等级划分表

观景平台东侧为淠河西侧是草坪，周围无任何植物和构筑物遮挡，空间十分开敞，实测期间内最大风速是1.68 m/s，平均风速为1.06 m/s，远高于其他测点，河南侧步道、阳光草坪的气流受到东南侧45%坡度的草坡和乔—灌—草复层结构植物组团的阻挡，表现为风速较低甚至是无风状态，二者风速均在风速排名末尾，对比可知，开敞空间中的风感明显优于半开敞空间。

河西侧步道与观景平台处于迎风面，风速明显较高，河北侧步道与休憩廊的气流受到南面植物的围挡，和外部空间的通风联系较弱，故日间空气流动较为缓和，可见迎风面空间的风速较背风面高。文化桥下内外温差较大，增大了其空气密度差，使得空气流动速度加快，在热压和风压的双重影响下使得桥下空间通风效果较好。

对各测点空间的风速数据进行对比分析，可以发现调控风速风向可以通过改变空间结构布局方式，利用迎合主导风向和空气气压差设置活动空间可有效地改变其的通风效果。

2.5 人体舒适度效应分析

人在所处的环境中既不感到炎热酷暑、也不感到严寒冰冷，此时的人体舒适状态称为“热舒适”。相关研究结果表明：空气温度是影响人体热舒适度的一个主要因子，通常人体感到舒适的空气温度为22～28 ℃[12]；空气湿度是影响人体热舒适度的另一个主要因子，当空气相对湿度为30%～70%时，人体的热舒适度适宜[13]，所以，根据这些小气候因子可判断人体的热舒适度。本研究采用温湿指数(Thermohygrometri Index，简写为THI)作为人体热舒适度的评价指标，温湿指数是Kyle在1994年基于空气温度和相对湿度这两个因子，通过计算得出的，其计算公式为THI=T-0.55(1-RH)(T-14.5)(T——空气温度，RH——空气相对湿度)，THI与人体舒适度的划分标准见表3。

表3 THI与人体舒适度

由上式公式计算各测点的THI,结果见表4，由表4可看出：月亮岛测点空间的人体舒适度包含了较舒适(20≤THI≤26.5)、不舒适(26.5≤THI≤30)和极不舒适(THI≥30)三个等级。从各测点的平均值可知，文化桥下、休憩亭、河北侧步道空间中人体感到热，人的感受为不舒适；河西侧步道、观景平台、树阵广场、阳光草坪、河南侧步道、河东侧步道空间中人体感到炎热，人的感受为极不舒适。

表4 各测点逐时周边环境温湿指数

停驻空间中文化桥下的空气温度在8:00小于28 ℃，相对湿度较高，达80%，THI小于26.5，表现出较舒适的感受。9:00—17:00期间人的感受变化表现为：不舒适——极不舒适——不舒适，其平均温湿指数较其他测点最大降低2.73，最大降幅为9.5%；休憩廊测点与文化桥下测点周边环境相似，表现出一致的人体舒适状态，说明在夏季，顶部全遮蔽空间和临水空间能提高人体舒适度；树阵广场全天温度排名一直保持在前列，相对湿度排名一直处于末尾状态，其THI全天都高于30，处于酷暑难耐的范围；观景平台和阳光草坪，全天表现出不舒适和极不舒适两个状态。

通行空间各测点在上午9:00起至下午16:00均令人感到不舒适，其中河北侧测点在早晨和傍晚THI改善明显，其平均温湿指数较其他通行空间测点最大降低1.65，最大降幅为5.7%，通过图5、6可以发现其逐时空气温度明显低于其他通行空间，且相对湿度一直大于50%，说明植物郁闭度高的空间对局部空气的增湿、降温效果较好，且对人体舒适度有一定的提高作用。通过比较测点与淠河的距离发现，离水体较近的测点THI值明显较低，表明靠近水体的空间具有改善小气候效应和提高人体舒适度的作用。

总体来讲，人体在植被空间中的舒适度优于硬质空间，顶部空间遮蔽高的区域有较舒适的感受，早晚时段都没有极不舒适的感受，淠河在一定程度上提高了人体舒适度效应。因此，建议在滨水游步道和活动广场旁适当增植绿荫覆盖率高的植物，休憩娱乐设施尽量避免设置在顶部空间无遮蔽的环境中，在夏季时市民尽量选择早晨和傍晚时段进行晨练或娱乐活动。

3 讨论与结论

综合分析实测数据，结果表明：淠河对月亮岛周边环境具有降温增湿、提高人体舒适度的作用，并受到地形、植物、建筑等景观要素的影响，初步研究结果如下：

第一，水体对近地面空气有降温增湿作用，在周边景观要素相近的情况下，月亮岛临水测点比远水测点最多可降低2.5 ℃；一定程度上，更大面积的水体增湿效应更高，相对湿度差值最大为12%，增幅达到17%。

第二，较高的绿荫覆盖率对太阳辐射的削弱效果较为突出[12]，绿荫覆盖率高的测点较绿荫覆盖率低的测点日间最大温差为3.1 ℃，降幅为11%左右，同时对近地面空气湿度具有一定的增大效应。因此，可以对植物景观要素进行调节，如适当增加乔木覆盖，利于水体环境效应的发挥。

第三，由地形、水体、植物和建筑围合形成的各种空间，开敞空间对周边空气的自然流动干扰较小，实测时段最大风速可达1.71 m/s，半开敞和半围合空间改变空气自然流通状况，影响局部风速小气候效应，风感较弱。因此，在设计时可以通过适宜的空间结构布局，如利用植物配置来调控风风速，乔—灌—草复层结构在一天的自然周期内对风速的削弱效率方面相对最好，同时也可利用地形、建筑迎合主导风向和空气气压差，调节空间风环境。

第四，改善月亮岛小气候舒适度的有效方式是针对空间结构布局、景观要素进行合理设计。通行空间临河规划布局，滨水空间的结构布局，可以朝着有利于调控风速风向进行调整，提高市民游憩的舒适感；通行空间主要是半开敞空间，沿路周边适当提高植物郁闭度，增植落叶乔木，既有利于夏季遮阴纳凉，又可以方便冬季纳阳采暖。停驻空间的小气候环境主要受太阳辐射的影响，应尽量避免在顶部空间无遮蔽的环境中设置休憩娱乐设施，可以适当增加构筑和大乔木等景观要素，来遮挡太阳辐射；临水区域的小气候效应较好，应合理规划滨水活动空间的数量。