基于微气候舒适度的公园休憩空间景观优化*

王 庆 孙浩东 谢晓欢

深圳大学建筑与城市规划学院 广东深圳 518060

现今中国城市快速发展，城市居民对城市绿地空间品质需求不断提高[1]。城市公园的建设为城市居民提供了越来越多的休憩空间[2]。公园绿地对缓解城市热岛效应有着至关重要的作用[3]，尤其是在公园、绿道、广场等中小尺度城市绿地空间[4-5]。由于受制于技术和成本条件[6]，城市大、中尺度的改善措施往往较难实现，而城市微观尺度的绿地空间的改造却能够更好地改善城市微气候[7-8]。我们需要采取科学有效的措施，提高城市绿地空间的热环境舒适度，提升其使用效率，建设宜居城市。

在公园景观设计研究中，人体舒适度已作为重要的参考标准。国内研究公园绿地微气候主要围绕微气候效应、人体舒适度、绿地设计研究3个方面进行[9-11]。多项研究表明，将微气候、人体舒适度与绿地空间设计相组合是提升城市绿地空间品质较为有效的措施与手段[12-14]。对建筑、地形、植物、水体等周边要素的改造[15]是塑造适宜微气候的重要手段之一[16-17]。

陈睿智和董靓[18]将游客游憩行为与人体舒适度进行关联，得出人体舒适度阈值为31℃[18]；付妍彤[19]的研究表明可以通过改变景观空间中的地形、水体、铺装、设施小品等景观因素来提高人体舒适度；陈睿智等[20]研究发现湿热地区城市人体舒适度改善的关键性要素是通风和遮荫。然而，现有的研究多以单一元素为目标，缺乏综合全面考虑。因此，需要通过综合考虑多种影响因素，建立一个全面系统、科学的微气候网络体系[21-22]。

本研究以城市公园空间中人们滞留休憩时间最长的座椅空间为样本，探寻人体舒适度与植物景观特征之间的相关性，得出更为有效的空间景观优化方案，从而指导公园建设。

1 研究区概况

深圳属于亚热带海洋性气候，夏长冬短，日照充足，雨量丰沛。年平均气温22.5℃，从每年的4月中旬至11月份都是炎热天气，夏季时间长达191天，春秋冬三季气候温和，东北部气温较低，特区内和西部气温较高。城市主要受锋面低槽、热带气旋和季风低压影响，盛行风向为东南偏东，湿热多雨，年平均相对湿度为77%，平均风速2.7 m·s-1，静风和低风速条件发生频率较高[23]。本市的植被类型多样，代表植被类型为热带常绿季雨林和南亚热带季雨性常绿阔叶林，其分布和主要组成与其环境相适应[24]。深圳土壤紧实度较高，质地为粉砂质，pH值为中性偏微酸性，有机含量不高，磷、钾元素的含量较低[25]。

荔香公园位于深圳市南山区中心地带，北临深南大道，南望南山区委大楼，东接麒麟路，西连阳光荔景楼群，园地总面积约22 hm2。园内遍植各种花草树木，绿化覆盖率高，主要为棕榈类、荔枝、龙眼等亚热带植物品种。公园由荔枝林改造而来，大面积种植荔枝树，占乔木数量的80%，故而得名荔香公园。乔木多为成年树，公园管理到位，长势良好。

2 研究方法

2.1 实地调研

通过对荔香公园初步踏勘，选取荔香公园内65个两人座椅空间为调查对象。所选座椅空间位置随机分布于空旷草坪内部和边缘、疏林草地内、疏林花境边、密林内。对以座椅为中心，地面边长5 m×5 m，高度向上不限的空间景观特征进行量化测量(图1)。

图1 测量点位置分布和座椅空间范围

2.1.1 气象因子数据采集

试验在深圳夏季较为炎热的2020年9月进行。选择天气晴好，气象较为稳定的连续3天中午12∶00—13∶00进行测量。采用美国精准气象站测量仪器WatchDog 2900ET自动气象站6台，分11次(每次每个空间测5～6 min)对65个座椅空间进行测量。气象站的三脚架中心距离座椅中心正前方0.5 m处，气象站感应探头调整至距离地面0.9 m处，测量人坐在座椅上时头部高度的空气温度、空气湿度、太阳辐射、风速等气象因子数据。每1 min自动记录1次数据。后面的计算取每个空间3天测量的平均值。

2.1.2 景观特征量化测量

座椅周边植物不同的布局形态对座椅空间的开放程度有影响，座椅空间中微气候也会有区别。乔木和灌木植株对座椅空间形成的围合空间、半围合空间、开敞空间[18]，不仅能对不同需求者提供不同类型的隐私服务，同时也能调节空间的微气候。用测距仪和卷尺测量并计算出座椅空间的围合度(灌木围绕座椅的长度与座椅整圈长度的比值)、乔木树高、乔木枝下高、灌木高度等。

由乔木冠层形成遮蔽空间、半遮蔽空间，乔木树冠可以阻隔和反射太阳光辐射、阻挡强风，影响座椅空间的热环境和风环境，进而对座椅空间的人体舒适度产生影响。卷尺测量并计算座椅空间的郁闭度(乔木树冠遮蔽地面的百分比)，卷尺测量乔木冠幅[23]，记录群落结构(乔、灌、草层次构成)、乔木品种、灌木品种、地被植物品种等[26]。

2.2 问卷调研

采集气象数据的同时，对使用座椅的成年活动人群进行整体舒适度问卷调查。试验人员在受访者填写调查问卷之前，向其详细介绍调研原因、问卷填写方法以及每个问题设置的意义，使受访者对将要填写的问卷有一定的认识，提高调查问卷的准确程度、可信度和有效性。通过问卷调查获取使用人群对所处座椅空间内包括热感觉、风感觉、温湿度、整体舒适度和设计建议等内容的主观舒适度感受，以此建立主客观之间的联系。因为是夏季，被调研人群均着夏装，故忽略衣着影响。共回收402份调查问卷，其中男性占56%，男女比例相对均等，年龄介于22～65岁，均为附近居住区居民。

2.3 指标评价

由于深圳市属于典型的湿热地区，夏季高温高湿，本文采用基于湿热气候区提出的湿球黑球温度指标(Wet Bulb Globe Temperature Index，WBGT)关联式计算研究对象的人体舒适值[18]。在国际上，WBGT指标已被ISO7243标准体系认证。该指标根据人在微气候环境中感受到的气象参数——温度、空气干球温度、相对湿度、风速和太阳辐射强度等的综合作用，以客观物理参数数据为依据，综合计算人体舒适度指标数值。WBGT值的单位采用国际标准单位℃，计算公式如下:

式(1)中，Ta表示空气干球温度；RH表示相对湿度；SR表示总太阳辐射照度；Tmr表示环境平均辐射温度；V表示风速。前人实验研究表明:以Ta替代Tmr，WBGT值的平均相对误差为4.471%，绝对值增大0.45%，这和Gunman z等的研究结果相同；环境辐射温度对WBGT值的误差影响可忽略不计，因此本文在计算WBGT值时，以Ta替代Tmr。

2.4 数据分析

用SPSS软件对景观特征因子与人体舒适度WBGT值进行相关性分析，筛选出具有显著相关性的景观特征因子，得出最佳舒适度情况下的景观特征的量化值。

3 结果与分析

3.1 问卷与舒适度值比对

通过问卷获得的人体舒适打分与计算得出的WBGT值进行比对分析，结果(图2)表明:当WBGT＞37℃时，打分很不舒适的占比较高，且无其他打分占比，说明使用者体感很不舒适；当33℃＜WBGT＜37℃时，很不舒适打分占比较WBGT＞37℃段低，不舒适和一般舒适的打分占比逐渐升高，但无较舒适和很舒适打分，说明使用者体感舒适度不舒适或者一般；当WBGT＜33℃时，一般、较舒适和很舒适的打分占比急剧升高，特别是较舒适和舒适的打分占比仅在此段出现且较高，说明使用者体感舒适。故认为33℃为达到舒适的临界值。

图2 WBGT值各区间各舒适度人数占比

3.2 人体舒适度与景观特征

3.2.1 影响微气候的景观特征因子

将测得的每个座椅空间的9个景观特征因子(地被植物面积、乔木枝下高、围合度、郁闭度、灌木高度、乔木冠幅、灌木面积、乔木树高、覆盖率)与人体舒适度WBGT值进行斯皮尔曼指数的多元回归分析后发现，模型拟合R2为0.577，调整后的R2为0.454，模型拟合度较好，其中覆盖率、围合度、乔木树高、乔木枝下高、灌木高度、灌木面积6个景观特征因子与人体舒适度(WBGT)值显著相关(P＜0.05)，相关程度排序为乔木覆盖率＞灌木面积＞围合度＞乔木枝下高＞灌木高度＞乔木树高，而其他因子与人体舒适度指数相关性不显著(表1)。根据以上结果，本研究将无相关性的景观特征因子剔除，仅对有相关性的特征因子进行分析。

表1 WBGT值与景观特征的相关性

3.2.2 景观特征因子的最适值

由图3可以看出，荔香公园WBGT值＜33℃的座椅空间为30个，占65个座椅空间的46%，说明处于舒适区间的座椅空间并不多。其他＞33℃，即一般和不舒适的座椅空间约占54%，说明提升休憩空间舒适度的需求是很大的。各座椅空间的景观特征值不是越高越好，而是在一定取值范围内才能获得最佳舒适度。舒适的座椅空间主要分布于公园的疏林道路旁，这些空间的覆盖率为75%～90%，低于75%或高于90%，都会降低舒适度。这是因为覆盖率直接影响太阳辐射，覆盖率低，空间太阳辐射就强，温度高，人体舒适度低；覆盖率太高，高于90%，会造成空间内光照不足，从而降低舒适度。灌木高度和围合度直接影响座椅空间的开放程度，控制空间的风速。当灌木高度在0.3～1.25 m，围合度在16.5%～62.15%时，空气流通性适中，舒适度高，在这个范围之外则会影响使用者的舒适度。乔木高度影响太阳辐射，从而改变温度，乔木过高或过低都会趋于不舒适的值，范围在4.35～7 m时为最佳。灌木面积的大小会影响座椅空间的通风，当面积为3.56～18.46 m2时为最佳。乔木枝下高与其他景观特征综合调节湿度、温度、太阳辐射和风速等气象因子，当范围为1.83～9.36 m时能获得最佳舒适度。

由图3还可看出，我们通常认为绿化最好的密林区域内反而不是最舒适的休息空间。所以，单纯的丰富绿化，并不会增加休憩空间的舒适度。总之，座椅空间的微气候是各景观特征综合作用的结果，在设计时需要全面考虑。

图3 WBGT值区间的座椅空间数量和景观特征

4 优化建议

4.1 综合考虑景观特征

根据景观特征因子与人体舒适度(WBGT)相关性标准化系数的绝对值排序可知，景观特征因素对舒适度的影响由大到小为乔木覆盖率＞灌木面积＞围合度＞乔木枝下高＞灌木高度＞乔木树高。 因此， 我们在座椅空间选址和景观营造的时候， 首先需要考虑乔木覆盖率和灌木面积， 即先满足空间内有1～2 株乔木和一定量的灌木， 然后考虑灌木的围合度和乔木的枝下高， 即需要有50%左右的围合和2 米以上的枝下高， 以此来控制座椅空间的通风性； 最后考虑灌木高度和乔木高度。 总之， 在对座椅休憩空间进行景观设计时，应从对舒适度影响较大的景观要素开始进行考量。

4.2 梳理植物配置

坐态姿势的活动对于场合、 气候和空间都有一些具体的要求。 特别是在炎热的夏季， 舒适度高的休息空间能促进人的休憩行为， 提升公园整体品质。 本研究结果表明， 乔木和灌木形成的不同围合度的座椅空间， 不仅能对不同需求者提供不同程度的隐私服务， 也能够不同程度地控制风速、 减少太阳辐射、 调节温湿度、 隔离噪音等。因此， 可以根据不同需求对植物进行梳理。 研究区域内舒适度一般的座椅空间主要分布于公园南面的荔枝林内。 荔枝树太繁密， 太阳辐射被大大削弱， 其内的座椅空间会相对阴郁， 密林内风速相对小， 空气流通性低， 建议对该座椅空间的荔枝树枝进行修剪以增加太阳辐射， 对座椅空间外围的乔木进行修剪， 以增加通风； 对于舒适度较低的广场旁和草坪边缘的座椅空间， 则需增植乔木以遮荫， 增植合适高度的灌木遮挡铺装和草坪的热辐射。

4.3 优化植物品种

在植物选择方面， 尽可能保持乔灌草的复层植物群落结构， 在现有的植物群落中进行增减或者替换。 荔香公园中位于大草坪和广场周边座椅休息空间的植物品种趋于单一， 草坪草主要为地毯草、 狗牙根， 可以将路牙边缘增植沿阶草、 麦冬等地被植物； 座椅靠背侧增植乔木和灌木， 以增加绿量， 减少草坪漫辐射， 从而提高舒适度。在茂密荔枝林内的座椅空间植物景观丰富， 但舒适度仍然不高， 可以将座椅空间茂密的荔枝树进行局部移植， 再替换成有观赏价值且枝叶较稀疏的乔木， 如鸡蛋花、 幌伞枫等， 这样既能保证座椅空间有足够的植物遮盖， 又不会影响座椅空间的通风和光照。 对于四周植物环绕的座椅空间，为了减少围合灌木， 扩大开敞面， 建议将原来的枝叶郁密的福建茶、 小叶女贞、 假连翘等灌木替换成如红背桂、 蒲葵、 勒杜鹃、 鹅掌木和朱蕉等枝叶较为稀疏的灌木品种， 这样有利于座椅空间的通风， 从而改善空间的舒适度。

4.4 完善辅助设施

人们在公园进行休憩时会挑选位置最佳、 最舒适的座位， 因为这些地方能为使用者提供尽可能多的有利条件， 比如便捷可达的道路， 座椅旁的置物台、 垃圾箱， 夜间照明灯， 宠物方便箱等。台地高处的座椅也比较受欢迎， 因为它们还可作为很好的观景点。 此外， 深圳夏季蚊虫较多， 可以适当布置一些驱蚊设施， 例如驱蚊灯等。

5 结论与讨论

本研究打破了通常认为的植物景观越丰富舒适度越高的认知。 研究发现， 影响植物景观微气候舒适度的景观特征因子太高或者太低都会降低人体舒适度。 对于夏季的城市公园休憩空间， 当人体舒适度WBGT＜33 ℃时， 使用者体感舒适。 当乔木覆盖率为75%～90%、 灌木面积为3.56～18.46 m2、 围合度为16.5%～62.15%、 乔木枝下高为1.83～9.36 m、 灌木高度为 0.3 ～1.25 m、 乔木高度为 4.35 ～7 m时， 人体获得的舒适度最佳。 通过综合考虑景观特征、 梳理植物配置、 优化植物品种、 完善辅助设施等手段可以提升座椅休息空间舒适度。

公园中除了植物景观外， 地形和水体也是影响微气候的重要因素。 本研究对象地势较为平坦，选择样本时避开了水体附近的座椅。 因为不涉及地形和水体， 本研究结果对于山地或者滨水公园景观优化不适用。 未来将扩大研究对象的规模和范围， 增加微气候影响因素的数量和复杂性， 进一步完善研究， 形成体系， 以期为城市公园建设提供借鉴。