校园环境秋冬季小气候实测分析研究——以湛江科技学院新湖校区为例

陈嘉稳,徐志安,黄 媛,张 芸,李小梅

(湛江科技学院 建筑工程学院,广东 湛江 524094)

1 引言

小气候，一般指近地面几米气层内、土壤表层和植被层内的气候，也指由于下垫面性质以及人类和生物活动而形成的较小范围内的特殊气候[1]。

影响小气候变化的因素多种多样，在宏观方面可能来自自然界的内部进程，也可能外部强迫[2]。而随着现代城市化不断发展，人们对高品质的居住、学习、工作环境有着更高的追求。高校作为高密度人群聚集的空间，校园环境质量、气候特征对师生的生活和学习有着极其重要的影响，通过校园内7个密集的较高的空间环境气候数据的比较，基于校园小气候环境的热舒适性提出规划设计理论与方法。同时可作为该校区周围地区未来的发展规划设计的小气候参考资料，对未来该片区城市空间规划设计具有重要的理论指导与实践意义[3]。

2 试验实测

2.1 实测场地简介

湛江科技学院新湖校区位于广东省湛江市麻章区湛江教育基地，地处东经110.253292°,北纬21.172004°，热带北缘季风气候，终年受海洋气候的调节，冬无严寒，夏无酷暑。校园绿地率约为36%，主要空间由校园生活建筑区、教育建筑区、水域区、广场区、绿化区组成。本次试验根据研究目的，主要围绕人流集中和途径人流量大的活动空间——穗园、北湖、图书馆广场、钟楼、乐收快递点、操场、南湖七大活动空间为实验场地。

2.2 样地的选择

根据实验研究目标，以上7个活动空间作为本次实验的7个测点，分别为穗园侧门(样地2)、以水域为主的校园北湖中心(样地3)、人流量最大的钟楼(样地4)、乐收快递点(样地5)、足球场与篮球场之间的空间(样地6)、南湖亭(样地7)，与基本无植被覆盖的图书馆广场(样地1)作对照。选取试验样地绿化覆盖不一，但均为人流量大的主要途径要道或滞留场所。以上7处校园代表性试验样地的基本特征如表1所示。

表1 样地基本特征

2.3 测量时间与方法

数据测量时间由秋转冬季开始，分3个时间日进行，分别是2020年11月15日、2020年11月29日、2020年12月13日。从7：00～18：00每隔1 h对每个样地进行温度、相对湿度、太阳辐射和风速的实测记录，进而对不同指标的数据分析。

3 不同指标的结果分析

3.1 空气温暖效应分析

气温是大气层中气体的温度,是气象学常用名词,直接受日射所影响[4]，根据对新湖校区校园内的人流量较大的不同场地、不同时间节点的温度测量，获取校园内空间的气温情况，从而进行对人体舒适度的初步判断。通过Excel软件进行数据统计，所得实测的数据反映如图1、图2、图3。

图1 11月15日各样地空气温度日变化

图2 11月29日各样地空气温度日变化

图3 12月13日空气温度日变化

以上三组数据都在当日多云天气下测量所得。通过图1可了解到，每个试验样地温度变化基本一致，大概在当天下午13：00开始温度逐渐转为下降趋势，且温差最大约为3 ℃；从图2数据分析可知，当日样地5在11：00～12：00已经达到最高，达到29.1 ℃，在处于冬季的湛江依然使人体感不适，处于偏热的气候；而从图3可得，气温又再度上升，南湖气温更是在午时12：00～13：00时段达到峰值31.3 ℃，各样地总体呈下降趋势，最终在18：00～19：00时段依然处于23 ℃左右。

由上可得，校园气温在冬季依然变化不定，冬季12月依旧处于30 ℃高温，高于11月。在同时段不同温度的样地中，又因为不同样地的植物配植、铺砖种类、绿植覆盖、水域差别而有不同。

3.2 相对湿度效应分析

空气中水汽压与相同温度下饱和水汽压的百分比，为相对湿度。在冬天，相对湿度较大时，就会加速人体与外界环境的热传导，使人体感觉抑郁、阴冷，因此根据专家研究认为，相对湿度的上限值不应该高于80%，下限值也不应该底于30%[5](图4～6)。

图4 11月15日各样地相对湿度日变化

图5 11月29日各样地相对湿度日变化

图6 12月13日各样地相对湿度日变化

从图4～6可知，在测得的7个样地中，除12月13日多个样地在9：00之前相对湿度高于80%外，其余每个时段的相对湿度都符合冬季人体感受，基本感觉舒适。在11月29出现于14：00～15：00段的高相对湿度，根据太阳辐射值来看，是由于那个时段处于阴影天气导致的湿度变化。三次测量所得的相对湿度数据总体符合其在一天中的变化，符合高-底-高的规律，出现的极端变化或因铺砖反射热量所得。

3.3 太阳辐射效应分析

太阳辐射，是太阳以电磁波的形式向外传递能量，也是地球光热能的主要来源，人体能明显感受到太阳辐射的强弱，同时是人体热舒适度的重要指标[6](图7、8)。

图7 11月15日各样地太阳辐射日变化

由图7可知，各样地太阳辐射达到峰值均在13：00～15：00段，之后呈下降趋势，并且比较大，然后趋于平稳状态；图8乐收与钟楼两处样地峰值分别在11：00～12：00段和13：00～14：00段达到最高，约为1200 W/m2，各样地不同时段变化较明显，但总体使人不适，处于较高状态。图9各样地太阳辐射基本均在10：00开始上涨，在12时左右到达峰值后下降，最终在15：00处于平稳状态。由以上可得，穗园由于建筑与行道树遮挡原因，处于热舒适最高评价，在空旷空间，如操场，钟楼，图书馆多个等广场空间由于缺乏植被与建筑遮挡，太阳辐射数值处于较高点，除特殊情况外学生滞留时间较短。

图8 11月29日各样地太阳辐射日变化

图9 12月13日各样地太阳辐射日变化

3.4 风速效应分析

风无处不在，空气时刻都在不停的流动，包括水平流动和垂直流动。气压差、空气温度差、空气相对湿度差都会引起空气的流动，即产生了风。风速，是指空气相对于地球某一固定地点的运动速率。风速没有等级，风力才有等级，风速是风力等级划分的依据[7](图10～12)。

图10 11月15日各样地风速日变化

图11 11月29日各样地风速日变化

图12 12月13日各样地风速日变化

由图10～12三次数据对比分析可以明显发现校园不同样点风速变化呈现一定的规律。首先按测量时间分析，根据三次数据显示，同一地点，每日11：00～13：00与15：00～16：00这两个时间之间风速为全日最大，而从7：00～10：00与16：00之后风速稳点在低速水平，有些样点还处于无风状态。另从测量地点出发，可以得出同一时间不同样点风速存在差异，而样点风速差异与各样点的空间开敞性、环境植物配置、群落结构复杂性息息相关。对不同地点的风速进行分析：操场>图书馆>南湖>北湖>乐收>钟楼>穂园。

鉴于这只是三次测量的结果，没有大量的数据对比分析，也不能排除一定的季节、天气影响，故以下仅提出几点有关引起这种现象的原因判断。

(1)日照导致地面升温，继而大气温度随之升高，底层热空气上升，上层冷空气下降，引起垂直方向的空气对流，而这一过程发生在日出到日落之间，在11：00～13：00与15：00～16：00这两个时间之间最为明显，故会产生如表所示数据。

(2)建筑对风的阻力，在相同时间不同样点分析中，因为环境布局不一样，建筑也可能对样点风速测量造成一定的影响，数据中环境比较空旷的样点风速在不同时间多数比其他样点大。

(3)植物配置影响，植物无时无刻都行进行光合作用和蒸腾作用，在此过程中两个作用会导致局部活动较为剧烈，由于植物光合作用于蒸腾作用在日光较强的条件下进行的比较剧烈，会引起较为明显的空气流动现象，表现为风速增加。

因此可了解到风速的大小在一定程度上影响人的风感觉，而在猜测中影响风速大小的可改变因素中，适宜的植物配置与建筑分布对人的活动舒适性极为重要。

3.5 校园热舒适度调查问卷分析

根据对四大指标的数据分析，结合问卷调查结果，可初步为后期需改善的校园区域设计提出较合理的校园环境改造意见，有利于提高我校师生对校园环的满意度和舒适度。

本次随机调查共收集162份有效的问卷，其中教师10位，学生152名。男生比例为32.26%，女生比例为67.74%。总体来说我校师生对校园环境舒适度的评分较低，对环境的感受认为气温较高的人数占总人数83.61%，认为风力较强，且是热风占63.93%，此外9.68%人员对校园环境感到不满意，38.71%的人员表示校园环境感到满意，而其余51.61%人员表达可以接受。

4 结论与讨论

基于以上三次测量结果，校园环境温度、湿度、太阳辐射与风速对人体舒适度都有着一定的影响，而以上四种因素数据的变化基于校园测量样地的类型、群落结构、空间开敞性以及植物配置。结合以上测量结果，进而改善影响舒适度的因素，以环境设计改善校园绿色空间秋季小气候。基于湛江地区秋冬季较为炎热，提出以下校园环境改善意见。

(1)设计可遮阴校园景观设施，合理增加校园遮阴。针对秋冬季的校园仍然处于较为炎热的情况，在校园内多设置遮阴设施，大幅度阻挡太阳辐射的通量，从而降低遮阴点环境温度，从而提高人体舒适度。

(2)合理增加校园植被群落结构，设计可行性校园环境植物配置。不同植被对环境湿度、温度、太阳辐射等会产生一定程度影响，结合样地类型合理搭配植被群落，改善局部小气候，从而改善人体舒适度。

(3)目前针对沿海城市湿度相对比较高的湛江地区校园环境热舒适度研究相对较少，本文实验所得理论依据可供环境相似的城市参考，从而营造更加舒适的人与自然相适应的校园生活环境。