城市滨水空间冬季小气候效应研究——以昆明市捞鱼河为例

杨建敏，魏 雯

(昆明理工大学 建筑与城市规划学院，云南 昆明 650500)

随着城市热岛效应的不断加剧，严峻的城市热环境与人们对健康舒适户外空间需求之间的矛盾日益突出[1-2]。风景园林小气候作为城市气候调节的重要手段，可以改善人们户外活动的舒适度[3]。河道作为城市“蓝带”的重要组成部分，在城市重返自然、整合景观、休闲娱乐等方面，发挥着不可替代的作用[4-7]。滨水空间紧邻城市河道、湖泊、海洋等水域，具有公共性和开放性，是公众户外活动中最有活力的区域，扩大了城市水域的生态效应[8]。滨水空间小气候是否利于人群活动，如何调节城市热环境、改善滨水户外环境是较为重要的议题[9]。

近年来，我国学者对城市滨水空间小气候的研究日益增多，杨凯等[10]研究表明水体面积是影响小气候效应的重要因素；张琳等[11]探求了滨水带不同小气候物理因子与滨水空间风景园林设计要素之间的影响关系；刘珂秀等[12]模拟了小气候环境，并对植被和水体等方案布局的热舒适性优化设计进行了研究，其理论体系得以初步构建。但研究多集中于夏季，关于冬季滨水带不同空间对小气候因子和人体舒适度影响的研究较少，且冬季滨水空间的利用率不高，往往无法为游客提供舒适的游憩功能，因此开展滨水空间冬季小气候的研究很有必要。

与其他城市不同的是，昆明夏无酷暑、冬无严寒，是名副其实的“春城”。昆明市于2020年提出《滇池流域“美丽河道”建设指导意见》，旨在打造岸坡稳定、行洪安全、绿色生态、景色宜人的32条特色河道，提升户外活动空间景观，促进人与自然和谐相处。其中捞鱼河位于呈贡新区，其建设具有一定示范作用。因此，本研究以昆明市捞鱼河(昆工段)为研究对象，通过实地调研与数据实测，对滨水空间冬季小气候效应展开研究，分析人体舒适度与各风景园林设计要素、小气候因子的相关性，提出景观提升策略，为捞鱼河滨水空间景观优化提供依据，丰富高原湖滨城市滨水空间冬季景观设计的相关理论。

1 材料与方法

1.1 研究对象

昆明位于中国西南云贵高原中部，南濒滇池，三面环山，地貌复杂，地形上高度差异较大，是典型的低纬高原山地城市。捞鱼河发源于昆明市呈贡区松茂水库，向西南流经中庄、下庄、雨花村，在临近梁王河后往西过大渔村，于土罗村自流进入滇池，全长30.8 km(图1)。本研究的捞鱼河昆工段(24°50′-26°51′N,102°51′-102°52′E)流经呈贡大学城，是周边学生和居民活动的重要场所。河道冬季水流量较少，滨水景观可观赏性不高，整体景观亟待提升。经统计，场地长度最长约为1.54 km，平均宽度(包括河滨带)为0.19 km，面积约为26.43 hm2。

图1 捞鱼河走向及研究范围

1.2 研究方法

1.2.1 样点的选择与分布 在实地调研的基础上，依据英美学派的选样方式，按照典型选样的原则，即按主观的要求在河道滨水空间不同区域内进行任意地、不规则地选样[13]，最终选取样点13个，在研究场地之外空旷的水泥路面选取1个点作为对照点，分析对比场地内空间类型的小气候效应(图2)。

图2 场地平面图及样点分布

1.2.2 天空可视因子计算 天空可视因子(sky view factor，SVF)是地面某点对天空的可见程度，是表征城市形态和空间冠层结构的重要指标，也是影响室外热舒适度和城市热岛效应的重要因素[14]。SVF是介于0～1的无量纲量，对于视觉无阻的空旷地区，其SVF值为1，而对于天空完全被遮蔽的地方，其SVF值为0。SVF值的计算参考前人的研究方法[15]，选用视角为 180°的定焦全幅鱼眼镜头，镜头距地摄影高度130 cm，保持水平拍摄冠层图像，之后用Photoshop进行像素化处理，图中天空可视部分的像素值与整体像素值的比即为样点的SVF值。将13个样点和1个对照点根据不同的SVF分成全遮阴空间(SVF<0.3)、半遮阴空间(0.3≤SVF≤0.85)和无遮阴空间(SVF>0.85)，各测点分类及具体信息见表1。

表1 测点分组及基本情况

1.2.3 小气候因子测定方法 户外小气候物理测定在2020年的12月27日、2021年1月24日，2月04日，实测采集数据包括：空气温度、相对湿度、光照强度，具体时间为，数据测定当天天气晴朗，无风(风速<2 m/s)，每天测定时间8:00-18:00，每2 h 1次。采用DJL-18温湿度光照度三参数记录仪(表2)，在距离地面1.5 m处同步测定空气温度、相对湿度及光照强度，每个数据测3次，取平均值。最后将3 d测量数据的算术平均值作为最终测定结果，以消除因数据特异性而产生的误差。

表2 实测器材及其参数

1.2.4 数据处理 将各滨水空间的降温率和增湿率分别定义为温度差值和湿度差值与对照点温湿度值的比。从而可以对不同滨水空间景观空间的降温增湿作用进行有统计学意义的分析和比较，计算公式如式(1)、式(2)所示[16]；本研究选用《人居环境气候舒适度评价》中提出温湿指数(THI)作为评价人体热舒适度主要指标[17]，计算公式见式(3)，其评价标准见表3。

表3 人体热舒适度等级评价标准

dT(%)=(T1-T2)/T1

(1)

dRH(%)=(RH2-RH1)/RH1

(2)

I=Tm-0.55 (1-RHm)(Tm-14.5)

(3)

式中:dT为降温率(%)；T1为对照点平均空气温度(℃)；T2为样点平均空气温度(℃)；dRH为增湿率(%)；RH1为对照点平均相对湿度(%)；RH2为样点平均相对湿度(%)。I为温湿指数；Tm为样点在m时刻的空气温度(℃)；RHm为样点在m时刻的相对湿度(%)。

2 结果与分析

2.1 各测点小气候因子分析

2.1.1 光照强度日变化分析 从图3可以看出，不同遮阴类型空间光照强度日动态基本呈单峰分布，半遮阴和全遮阴空间总体平均光照强度远低于无遮阴空间且差距不大，最高差值11 153 lx，说明在冬季，相对于无遮阴空间，当SVF≤0.85时，即可以显著降低光照强度，阻隔80%以上的直射阳光。常绿乔木遮阴空间受树干分枝点高低的影响，遮阴效果会随太阳高度角的变化而变化，因此在全遮阴空间中(图4)，所有样点在14:00-16:00太阳西斜时光照强度达到峰值，半遮阴空间(图5)中样点9、样点11则不受分枝高度的影响。在无遮阴空间中(图6)，样点12的光照强度值一直低于平均值，表明有少数落叶乔木枝条遮挡的空间，虽几乎等同于无遮阴状态，但依然能降低光照强度。样点7在14:00-16:00的光照强度显著低于上一时间段，差值高达50 629 lx，表明高度在1.3 m的灌木在14:00之后能够遮挡部分阳光。

图3 各空间平均光照强度

图4 全遮阴光照强度日变化

图5 半遮阴光照强度日变化

图6 无遮阴光照强度日变化

2.1.2 空气温度日变化分析 从各个空间类型的平均空气温度来看(图7)，无遮阴空间的平均空气温度始终相对于全遮阴和半遮阴空间较高，最大差值分别为2.26、1.44 ℃，表明遮阴状况对空气温度有间接影响：在冬季，太阳辐射较强时，一定的遮阴能够显著降低太阳辐射强度，增强蒸腾作用，进而影响空气温度。全遮阴空间(图8)在14:00-16:00样点5的温度明显低于其他样点，且样点1、样点4和样点6更接近于水体，表明在全遮阴冠层中植物对温度的影响效应高于水体，群落越丰富、越稳定的空间降温效果越好。半遮阴(图9)测点中样点11在14:00之前温度明显高于其他点，说明单一的落叶乔木林降温作用较差。无遮阴空间(图10)中样点13 的温度明显低于其他各点，在12:00-14:00与样点12的差值最大，为1.97 ℃，说明大面积的水体在一定程度上可以降低周边的温度。

图7 各空间平均温度

图8 全遮阴空气温度日变化

图9 半遮阴空气温度日变化

图10 无遮阴空气温度日变化

2.1.3 相对湿度日变化分析 由图11可以看出，相对湿度随着时间的增加而降低，其变化受光照强度及空气温度的直接或间接影响，与空气温度紧密相关且成反比。相对湿度平均值基本呈现为全遮阴空间>半遮阴空间>无遮阴空间。表明SVF越高，植物蒸腾作用越好，相对湿度越低。全遮阴空间(图12)各样点间差值不大，样点6在8:00-10:00的湿度最高，表明樟树林的增湿效果最好；半遮阴样点(图13)中样点2与样点11差值明显，最大差值为9.10%；无遮阴样点(图14)中样点13的空气湿度较其他样点较高，且与样点12的差值最大，为7.03%，说明水体能够提升空气湿度。

图11 各空间平均相对湿度

图12 全遮阴相对湿度日变化

图13 半遮阴相对湿度日变化

图14 无遮阴相对湿度日变化

2.2 降温率和增湿率分析

由表4可以看出，3种类型的空间与对照点相比都有着一定程度的降温增湿作用，其中全遮阴空间的降温率和增湿率明显高于无遮阴空间，最大降温率为12.59%，增湿率为11.06%，差异最大值分别为10.15%、8.12%，与半遮阴空间的降温率的差异不大，但增湿率明显较高，差值最大为8.50%。同类型样点内部的降温率和增湿率均存在一定差异，其中降温率差异最大的为样点13和样点3，日均降温率相差7.01%，增湿率差异最大的为样点2和样点11，差值为5.04%。结果表明：与对照点相比全遮阴空间降温增湿的作用最好，半遮阴空间次之，无遮阴空间最差。当SVF>0.85时，水体有明显的降温增湿作用；当0.3≤SVF≤0.85时，植物群落结构越丰富的空间降温增湿作用越好；当SVF<0.3时，植物的降温增湿效应高于水体。

表4 各测点空气温度与相对湿度比较

2.3 人体舒适度分析

对比各遮阴空间平均舒适度及各测点舒适度日变化(图15-图18)，结果显示在寒冷的冬季，无遮阴空间最为舒适，内部所有样点舒适度基本呈现先逐渐上升，14:00-16:00达到峰值，之后缓慢下降的趋势。所有样点皆在8:00-10:00处于“寒冷”状态，人体感到很不舒适，10:00-12:00处于“冷”状态，人体冷的程度降低，不舒适的感觉减轻，12:00之后除了全遮阴空间12:00-14:00仍感到冷，其余空间都感到舒适，16:00-18:00各空间舒适度值有所下降，但人仍然处于舒适的状态，整体滨水空间的舒适性较好。

图15 平均舒适度日变化

图16 全遮阴舒适度日变化

图17 半遮阴舒适度日变化

图18 无遮阴舒适度日变化

利用SPSS统计分析各测点的THI值与各景观设计要素及小气候因子间的相关性(表5)，结果表明，冬季人体舒适度与SVF、空气温度和光照强度和呈显著正相关，与相对湿度、降温率、增湿率呈显著负相关，与跟水体的距离无明显相关关系，结合其他变量之间的相关性可以看出，在寒冷的冬季，随着SVF值的增加，光照强度、空气温度也随之增加，降温率和增湿率下降，使得人体舒适度逐渐上升。

表5 THI值与各景观设计要素及小气候因子之间的相关性

3 结论与讨论

3.1 结论

本研究通过对全遮阴、半遮阴、无遮阴3种不同遮阴类型下13个测点和1个对照点各小气候因子的实地测量和结果分析，得到以下结论。

光照强度是影响户外小气候环境的重要因素，对于冬季滨水空间舒适度的营造至关重要。相对于无遮阴的空间，全遮阴与半遮阴空间整体差异不大，当SVF≤0.85，即可阻隔空间内80%以上的太阳光照。对于冬季，有一定阳光照射，温湿度适宜的无遮阴和半遮阴空间更受欢迎。

在观测时段内全遮阴及植物群落结构丰富的滨水绿地的降温增湿效果显著高于其他遮阴类型的滨水绿地，植物在降温增湿和调节人体舒适度上有着显著作用，植物群落降温增湿效果乔灌草>乔木林>乔灌相间>灌草结合>草坪，因此遮阴材料的选择和植物配置方式尤为重要。

水体对于人体舒适性的影响不显著，但对周边环境可以起到一定的降温增湿作用。在冬季景观营造中可设计类型多样的滨水空间，并将生态技术与乡土景观相融合，结合滨水设计多样化的驳岸处理形式，在营造丰富生态景观的同时最大可能地提高亲水性。

3.2 讨论

合理设计不同遮阴类型的滨水空间，打造多样化的户外活动场所。在昆明滨水景观设计中，可将空间的SVF值降至0.85～0.3，部分可降至0。采用高度更高、枝叶更繁茂的植被，如云南樟(Cinnamomumglanduliferum)、滇朴和榉树(Zelkovaserrata)等，在太阳辐射强时能有效地遮阴降温，从而缓解周边的热岛效应。

对于遮阴材料，首选落叶与常绿乔木相搭配，从而增加透光率，其中落叶乔木优先选用黄连木、滇楸(Catalpafargesii)、复羽叶栾树(Koelreuteriabipinnata)、枫香(Liquidambarformosana)和蓝花楹(Jacarandamimosifolia)等，常绿乔木以香樟、山玉兰(Lirianthedelavayi)、香叶树(Linderacommunis)、滇青冈(Cyclobalanopsisglaucoides)、球花石楠(Photiniaglomerata)等乡土树种为佳。其次可选择麻栎(Quercusacutissima)、滇润楠(Machilusyunnanensis)、云南樱花(Prunuscerasoides)等分支点高的乔木或冠层稀疏的观花灌木紫玉兰(Yulanialiliiflora)、滇合欢(Albiziakalkora)，观叶小乔木红叶鸡爪槭(Acerpalmatum)等。对于植物的配置方式，大面积的草坪在冬季具有良好的舒适性，乔草结构的空间也较受欢迎。对于乔灌草结构和常绿乔木林可适当增加植物的种植间距，并且注意SVF不要超过0.85，避免全遮阴的常绿乔木密林，如香樟、雪松林。同时结合不同区域配置不同的植物，做到风貌统一又各具特色。

河道以自然驳岸为优，临水上层乔木以垂柳、水杉、池杉(Taxodiumdistichumvar.imbricatum)为主，可适当增大种植间距，留出河道观赏面。下层灌木以低矮草花地被为主，如波斯菊(Cosmosbipinnatus)、鼠尾草(Salviajaponica)、春羽(Philodendronselloum)、文殊兰(Crinumasiaticumvar.sinicum)和麦冬(Ophiopogonjaponicus)等，打开景观视线。临河可增加云南黄素馨(Jasminummesnyi)、迎春花(Jasminumnudiflorum)和金丝桃(Hypericummonogynum)等灌木，保障游人安全性。河畔浅水中可种植花叶芦竹(Arundodonaxvar.versicolor)、水葱(Schoenoplectustabernaemontani)和梭鱼草(Pontederiacordata)等挺水草本植物，增强滨水景观效果。