校园绿地植物配置对夏季微气候的影响及人体热舒适度研究

摘要：文章以江苏大学本部校区绿地空间为研究对象，对夏季不同植物配置的绿地空间微气候进行实测。主要针对乔—草、乔—灌—草、乔—灌这三种植物群落类型的绿地空间，测定空气温度、空气相对湿度、风速、太阳辐射强度。通过分析实测数据，比较不同植物配置下绿地空间的微气候效应;采用问卷调查与生理等效温度（PET）评价指标相结合的方法，分析人在夏季不同植物配置空间环境中的主观热感受与生理等效温度的相关性，总结夏季不同植物配置对微气候效应有较大影响、与人体热舒适度存在密切关联。通过风景园林景观要素，结合校园绿地空间特点，探讨校园绿地的适宜性设计以及植物配置在调节和改善校园绿地空间微气候中的作用。

关键词：校园绿地;植物配置;微气候;人体热舒适度

中图分类号：S731.9 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2022）14-0-03

进入21世纪以来，随着经济社会的快速发展，人类活动对城市人居和自然环境的影响越来越大，进而影响到全球的气候变化。全球变暖带来的直接问题是城市热岛效应，世界各地学者用不同的方法研究了不同规模的城市热岛情况[1]。这种城市局部的微环境气候被称为“微气候”[2]。通过风景园林等相关学科知识改善室外空间微气候、提高人体热舒适度，是当今城市开放空间微气候相关领域的前沿研究方向[3]。在城市环境中，高校是大学生和教师学习、工作的地方，宜人的校园环境能在很大程度上影响师生的生活。近年来，国内关于校园绿地空间微气候的研究多集中于我国西北方、东北方以及广州城市的高校[4]，对苏南地区城市气候特征下校园微气候效应的系统研究较少[5]本文以江苏大学校园绿地为例，探索校园绿地中不同植物配置对夏季微气候及人体热舒适度的影响，通过风景园林要素，研究校园绿地空间的适宜性设计。

1 实测实验

1.1 实测区

本文实测区位于江苏省镇江市江苏大学本部校区，是较典型的冬冷夏热地区。在校园绿地中选择了乔—草、乔—灌—草、乔—灌三种不同植物群落类型的5个实测区，分别编号为S1、S2、S3、S4、S5。从植物群落类型来看，S1为乔—灌，S2、S3为乔—灌—草，S4、S5为乔—草。

1.2 实测方法

测量方法为定点观测和移动观测两种。定点观测是将5个TR温湿度记录仪分别放在5个实测区内离地面1.5 m高的地方，每2分钟记录一次数据，用来测定空气温度（Ta）、相对湿度（RH）。移动观测是指2人一组，分别手持太阳辐射检测仪和风速检测仪，在每个实测区每小时停留5分钟，期间每2分钟记录一次数据。实测时间共3天，并记录3天数据，求其平均值，进行单项数据比较。选择的实测时间为2021年7月18日、19日、20日。

1.3 实测仪器

实测仪器采用TR温湿度记录仪、台湾泰仕太阳能辐射检测仪、鑫思特热敏式手持风速仪。

1.4 人体热舒适评价指标

采用生理等效温度作为人体热舒适度评价标准，其数值均运用RayMan1.2软件计算[6]。

1.5 问卷调查

在观测的同时，采用问卷调查与生理等效温度评价指标相结合的方法，分析人在不同植物配置空间环境中的主观热感受与生理等效温度的相关性。现场共发放纸质问卷248份。调查问卷主要有两部分内容，第一部分是调查被采访者的性别、年龄、身高、着装和活动状态，第二部分是调查被采访者对当前所处空间的空气温度、空气相对湿度和风速的感受，其中包括热感觉投票（TSV）、湿度感觉投票（HSV）、风速感觉投票（WSV）、热舒适投票（OSV）[7]。

2 數据分析

2.1 积温效应分析

本文所涉及的积温数据是指各个实测区在3天内测量的平均空气温度之和。实测区的积温越高，代表其平均温度就越高;积温越低，其平均温度就越低。将各个实测区每个时段的平均温度相加并计算平均值，接下来计算各实测区所测时段内的积温，各实测区的积温数值大小：S5>S4>S3>S2>S1。实测区中S5的积温数据最高，达到了401.5℃，其次是S4，为400.1℃，数据相对较低的为S1和S2，分别为383.6℃、392.8℃;从数据的对比中可以看出，在乔木和其他植被较少的实测区，如S5，其积温数据明显高于乔木和植被较多的S1。实测区S1种植了更多的高大乔木，其乔木配置方式为规则的对称行植，排列紧凑。可以得出初步结论：场地的积温效应与乔木数量、植物种类有极大的关系，不同的植物群落类型可以在很大程度上影响积温效应，乔—灌、乔—灌—草群落类型的空间积温较低。

2.2 空气温度分析

空气温度是人体最直接感受的物理量之一，在物理学上则表示环境中空气的冷热程度，空气中的热量决定了其变化程度，而热量则来源于日照中的太阳辐射。记录各个实测区每个时段的温度，从趋势上看，通过对比发现每个实测区的空气温度变化有相同的规律：一是在13点到14点的时段，每个实测区的温度都达到一天中的最高点;二是从8点到16点太阳落山前，各个实测区的空气温度在每个时段的变化较大;三是从太阳落山时的17点开始到20点，各个实测区之间的空气温度差值逐渐变小。出现相同规律的原因是日照时间的不同带来的太阳辐射变化，这种变化会影响热量的传递和吸收，随着太阳落山，太阳辐射减弱，傍晚至夜晚的空气温度逐渐减小，各个实测区的温度差异也逐渐减小。从数据上看，8点到9点的时间段内实测区S5的温度最低，为26.1℃;最高点和次高点出现在实测区S3、S1，分别达到了28.8℃、27.6℃。环境空间较为封闭的实测区S1、S2、S3由于空气流通能力一般，温度升高。13点到14点，植物配置为乔—草的实测区S5的空气温度达到了所有实测区的全天最高值36.7℃，比此时实测点S1高出了3.9℃。植物配置为乔—灌的实测点S2和S3的最高温度与S1的最高温度之间绝对差值较小。对比空间结构可以得出，乔木的遮阴效果对正午空气温度的影响最大。对比遮阴情况近似的实测区S2和S3，发现灌木在空间结构中也起着一定的降温作用。而在植物配置为乔—草的实测区S5和S4，正午时的降温效果最弱。因此可以得出，在绿地空间，乔木的遮阴效果是影响环境空气温度的最大因素，较为空旷的场地在傍晚时分散热速度最快，乔—灌类型植物群落可以在一定程度上降低空气温度，相比乔木和灌木，草坪对空气温度的影响最小。

2.3 相对湿度分析

整理夏季3天实地测量的空气相对湿度数据，取其平均值，从趋势上看，各个实测区空气相对湿度的变化规律类似，都是从8点开始下降，14点后开始逐渐回升，到了16点，随着太阳辐射的减弱开始急速上升。在8点到16点的时间段，均出现上升和下降的波动，在16点到20点，变化幅度趋于稳定。以上现象可以表明，太阳辐射越弱，空气相对湿度越高。从空气相对湿度的峰值上看，实测区S3、S4、S5均在13点达到最低峰值，其中实测区S5为最低峰值40.7%RH，与实测区S1最低峰值45.6%RH相差4.9%RH。在15点到16点的时间段，实测区S1的空气相对湿度明显高于其他实测点。在18点，种植灌木的实测区S1、S2、S3的空气相对湿度明显低于无灌木的实测区。根据前文对各实测区相对湿度的变化分析，考虑到空间结构、植物群落、乔木种植方式等方面，发现在夏季，对空气相对湿度影响最大的因素是乔木的遮阴，遮阴能够阻挡太阳辐射，对称行植的乔木配置方式可以很好地形成有效的遮阴面积，从而有效调节空气相对湿度。另外，乔—灌—草植物群落类型可以在一定程度上调节空气相对湿度。

2.4 风速分析

对微气候因子中风的实测主要研究风速，风速通常用风级来表示大小。从趋势上看，5个实测区的变化规律类似，从8点起，整体风速呈上升趋势，18点后，除了实测区S5，其他实测区的风速都有不同程度的下降。实测区S4和S5的风速普遍高于其他实测区，在12点，实测区S5的风速达到了2m/s，比实测区S3高1.25 m/s，比实测区S2高1.2 m/s。风速在一定程度上直接影响人体感受，但由于场地不同，在实测的时候会受到附近建筑等阻碍影响，所以实测结果有一定的随机性。通过计算多组数据的平均数，可以减少这种误差。通过对实测场地植物群落类型的分析，乔—灌—草植物群落类型的绿地空间风速较低，对称行植及带植的乔木配置方式也可以影响风速变化。

2.5 太阳辐射分析

整理夏季3天实地测量的太阳辐射强度数据，求其平均值。从趋势上，从8点开始，各个实测区的太阳辐射强度均有不同程度的提高，从13点开始，各个实测区的太阳辐射强度均有不同程度的降低;实测区S1的太阳辐射强度变化最为平缓，实测区S5、S4在8点到12点太阳辐射强度上升速度最快。对比各实测区的太阳辐射强度和空气温度、相对湿度，发现太阳辐射强度与空气温度成正比，与空气相对湿度成反比。从峰值上看，各实测区在11点到12点达到各自的最高峰值。其中实测区S5在12点的太阳辐射强度达到了910 W/m?，比同时段实测区S1高820 W/m?。

这与实测区S1的乔木遮阴有关。实测区S2、S3全天的太阳辐射强度相对较低，但实测区S2的太阳辐射强度明显整体高于S3，这是由于两个实测区的乔木种类和数量均不同，影响了遮阴效果。由此可以得出，影响各实测区夏季太阳辐射强度的主要因素是乔木的遮阴，其次是由乔—灌—草植物群落类型组成的空间结构。

2.6 生理等效温度（PET）

在夏季，实测区的人体热舒适度基本处于温暖到很热之间[8]。在8点，实测区S2的PET数值最低，为29.2℃，实测区S5最高，为44℃，两者相差14.8℃;在12点到14点的时段，PET最高值出现在实测区S5的13点，为56.5℃;从16点开始，各实测区的PET都呈不同幅度的下降。根据各实测区的PET变化情况，可以发现乔—草植物群落类型的实测区人体热舒适度基本处于热和很热的范围，而乔—灌—草、乔—灌植物群落类型的实测区人体热舒适度基本为温暖。这表明在夏季，不同的植物群落和植物遮阴对人体热舒适度具有一定的影响。

2.7 问卷调查分析

对调查问卷的数据进行整理和分析，结果能够反映出受访人群在各实测区内的感受差异。受访人群在各实测区的热感觉投票为舒适及以上（TSV≥0）的人数占比均在80%以上，实测区S1内受访人群热感觉为中性（TSV=0）的占比较高，达到35%;实测区S5内受访人群热感觉为中性的（TSV=0）占比最少，为0%。各实测区内湿度感觉投票为中性及以下（HSV≤0）的人数占比均在50%以上;实测区S1内有72%的人未感受到风，而实测区S5内只有32%的人感受不到风;实测区S1、S2、S3内均有50%以上的人群感受到舒适（OSV=3），相比其他实测区，实测区S5和S4内表示很不舒适的人群较多。

2.8 生理等效温度（PET）与平均热舒适投票（MTSV）的相关性分析

运用SPSS21.0对5个实测区夏季的平均热感觉投票与生理等效温度进行双变量相关分析。生理等效温度与平均热舒适投票存在显著的负相关，平均热舒适投票的Pearson与生理等效温度的相关系数为-0.935。结果表明平均热舒适投票（MTSV）随着生理等效温度的提高而下降，证明此次问卷调查具有一定的科学性。

3 结语

实测结果表明，绿地空间内不同的植物配置对夏季微气候效应及热舒适度有明显的影响。乔木的遮阴效果是影响空气温度的最大因素，在炎热的夏日，利用良好的遮阴效果可以极大地影响绿地对太阳辐射的吸收，降低空间温度。乔—灌—草植物群落类型的绿地具有丰富的空间结构，对微气候效应产生了一定的影响。通过对比各实测区可以发现，植物对空间中空气相对湿度的影响较大。在小型绿地设计中，应通过风景园林要素调节微气候效应，在有限的条件下适当考虑灌木的丰富性。各实测点的风速变化较为复杂，但从实验可以看出，乔—灌—草植物群落类型的空间中平均风速相对较小，原因是其空间封闭性较强，对风速的阻碍能力较强，同时这也影响了空气温度的下降，因此在设计的过程中应尽量避免形成完全闭合的空间结构，通过乔—灌的搭配形成半围合空间结构，对微气候效应有良好的作用。从PET的日变化情况结合评价标准来看，夏季炎热的天气无法让人们在室外空间得到舒适的热感受，人在室外的热舒适感受基本处于温暖至很热的状态。通过调查问卷发现，乔—草植物群落类型的实测点中，人们的热感觉投票结果以热、很热居多。

校园绿地空间微气候受到地区大气候和季节变化的影响，在绿地空间应多考虑乔—灌—草植物群落类型，形成丰富的空间结构。在乔木的配置上，要考虑排列和树种选择的合理性，如在场地周边地带采用乔木带植的方式，在人流较大的通道两侧可以采用乔木对植的方式，以形成有效的遮阴面积，降低空气温度，而在乔木的树种上，可以选择郁密度较高的落叶乔木。一个舒适的校园空间离不开绿地的生态效益，通过风景园林要素调节微气候效应可以改善空间舒适感。研究校园绿地中不同的植物配置对空间微气候及人体热舒适度的影响，可以为校园绿地景观设计提供理论数据参考。

参考文献：

[1] 赵彩君.城市风景园林应对当代气候变化的理念和手法研究[D].北京：北京林业大学，2010.

[2] 刘滨谊，张德顺，张琳，等.上海城市开敞空间小气候适应性设计基础调查研究[J].中國园林，2014（12）：24-29.

[3] 庄晓林，段玉侠，金荷仙.城市风景园林小气候研究进展[J].中国园林，2017，33（4）：23-28.

[4] 马秀梅，李吉跃.不同绿地类型对城市小气候的影响[J].河北林果研究，2007（2）：210-213，226.

[5] 梁闯.基于场地生境类型划分的校园绿地小气候效应研究[D].西安：西安建筑科技大学，2016.

[6] 马扎拉基斯，鲁茨，迈尔.在简单和复杂环境中的辐射通量建模-Ray-Man模型的应用[J].国际生物气象学杂志，2010，54（2）：131-139.

[7] 燕海南.公园绿地夏季小气候分析与热舒适度评价[D].苏州：苏州大学，2019.

[8] 布贾恩·奥利森.评价舒适感的更好的方法[J].美国采暖制冷与空调工程师学会，2004，46（8）：26-28.

作者简介：徐铖（1994—），男，江苏连云港人，硕士在读，研究方向：艺术设计——环境艺术设计（城市开放空间微气候）。