城市公園不同下墊面類型對(duì)微氣候的影響

張瀟瀟， 周　媛

(西南民族大學(xué)， 四川成都 610000)

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城市公園不同下墊面類型對(duì)微氣候的影響

張瀟瀟， 周媛

(西南民族大學(xué)， 四川成都 610000)

【摘要】文章從對(duì)小尺度公園微氣候研究的角度出發(fā)，分析不同下墊面類型對(duì)微氣候的影響。從溫度、濕度、風(fēng)速3個(gè)方面對(duì)公園水域、硬質(zhì)鋪地、喬灌草、喬草、草坪5種下墊面進(jìn)行測(cè)量分析，并設(shè)置公園外城市環(huán)境下的參照點(diǎn)，分析比較不同下墊面類型對(duì)微氣候的影響以及相互之間差異。研究表明喬灌草、水域以及硬質(zhì)鋪地對(duì)微氣候營(yíng)造有很大的影響。該研究對(duì)于城市綠地規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)下墊面的選擇和合理的配置，以營(yíng)造舒適的綠地環(huán)境具有重要的意義。

【關(guān)鍵詞】城市微氣候；公園綠地；空氣溫度；相對(duì)濕度；風(fēng)速

微氣候是指小空間范圍內(nèi)，與周邊的大環(huán)境氣候有差異的現(xiàn)象。影響城市微氣候的因子數(shù)量很多，包括溫度、濕度、降雨、光照、風(fēng)等。早在1833年，英國(guó)化學(xué)家LakeHowardzai首次發(fā)現(xiàn)了城區(qū)氣溫比其周邊郊區(qū)氣溫高的現(xiàn)象，這是人類第一次觀測(cè)到這一氣候現(xiàn)象[1]。對(duì)于不同的影響因子，國(guó)內(nèi)外已有不少學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)的研究。Shashua2Bar等[2]指出，在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮植被對(duì)城市氣候的影響。DokyuYun[3]綜合評(píng)價(jià)了城市植被和樹木的遮陰效應(yīng)對(duì)城市熱力環(huán)境惡化有重要影響。Zhou等(2011)調(diào)查城市下墊面組成和空間配置對(duì)城市表面溫度的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，林地覆蓋率是降低城市熱島效應(yīng)最有效的下墊面因子[4]。晏海從樹木群落、下墊面類型等綜合的分析了公園綠地的小氣候環(huán)境以及對(duì)周邊環(huán)境的影響[5]。在這些研究的基礎(chǔ)上，本文考慮溫度、濕度、風(fēng)速的因素，探究水域、硬質(zhì)鋪地、喬灌草、喬草、草坪5種下墊面組成的微氣候差異，從而探索適宜的下墊面組成結(jié)構(gòu)以營(yíng)造良好的城市微氣候環(huán)境。

1研究方法

1.1實(shí)地測(cè)量

研究區(qū)域位于四川省成都市人民公園，該公園位于成都市區(qū)中心，占地112 639m2(約169畝)，是市區(qū)中心規(guī)模最大，成都市第一個(gè)破墻透綠的開放式風(fēng)景園林歷史公園。本研究監(jiān)測(cè)在2015年8月進(jìn)行，采用文獻(xiàn)研究、實(shí)地測(cè)量相結(jié)合的方法，選取成都市人民公園的不同下墊面區(qū)域作為觀測(cè)區(qū)域，在同一天的不同時(shí)刻進(jìn)行測(cè)量，反映出不同下墊面類型對(duì)微氣候的影響。同時(shí)設(shè)置參照點(diǎn)(siteA、siteB、siteC、siteD)，測(cè)定公園內(nèi)部不同下墊面對(duì)微氣候影響的差異。用光溫濕度記錄儀和便攜式風(fēng)速儀測(cè)定溫度、濕度、風(fēng)速等，并分別測(cè)量取算數(shù)平均值。對(duì)該公園4個(gè)樣地進(jìn)行同步觀測(cè)，測(cè)試時(shí)間從10：00～18:00，每2h觀測(cè)一次，測(cè)量高度距地面0.5m、1.0m、1.5m。每個(gè)樣方所選下墊面類型分別為：樣方1，水域、硬質(zhì)鋪地、喬灌草、喬草；樣方2，水域、硬質(zhì)鋪地、喬灌草、喬草；樣方3，水域、喬灌草、喬草、草坪；樣方4，水域、、硬質(zhì)鋪地、喬灌草、喬草。觀測(cè)過(guò)程中，在每個(gè)樣地不同下墊面分別進(jìn)行空氣溫度、相對(duì)濕度以及風(fēng)速的測(cè)量(圖1)。

圖1　每個(gè)樣方下墊面的選擇(圖片來(lái)源于 Google earth)

1.2數(shù)據(jù)處理

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，比較不同下墊面溫濕度的特點(diǎn)，繪制溫濕度變化折線圖，分析不同下墊面區(qū)域溫濕度變化趨勢(shì)，在分析過(guò)程中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行以下處理：

(1)分析四種下墊面溫濕度日變化特征時(shí)，以4個(gè)樣方得算數(shù)平均值進(jìn)行對(duì)比；

(2)降溫強(qiáng)度：對(duì)照點(diǎn)氣溫減去不同樣方各下墊面的氣溫；

(3)增濕強(qiáng)度：各樣方不同下墊面的空氣濕度減去對(duì)照點(diǎn)的空氣濕度；

(4)分析不同樣方的溫度差異時(shí)，將水域、硬質(zhì)鋪地、喬灌草、喬草以及草坪區(qū)域的溫度和濕度進(jìn)行平均后作為該樣方的濕度和溫度值。

2結(jié)果與分析

2.1不同高度的城市下墊面微氣候特征分析

圖2顯示的是一天之中不同下墊面類型在離地面不同高度的溫度變化特征。數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)選取了3個(gè)高度，0.5m、1.0m、1.5m，在這3個(gè)高度下分別測(cè)量各個(gè)下墊面的溫度，從10：00～18：00，每個(gè)2個(gè)小時(shí)測(cè)量一次，以每個(gè)時(shí)刻的數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作為測(cè)量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。可以發(fā)現(xiàn)，水域、硬質(zhì)鋪地、喬灌草區(qū)域的溫度基本沒有變化，喬草及草坪區(qū)1.0m處的溫度相對(duì)最高，1.5m處的溫度最低。草坪區(qū)溫差最大，最大的相差1.5℃左右。總體上看，草坪和硬質(zhì)鋪地的溫度相對(duì)最高。

圖2　不同下墊面類型在不同高度處的溫度變化特征

圖3顯示的是一天之中不同下墊面類型在離地面不同高度的濕度變化特征。數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)選取了3個(gè)高度，0.5m、1.0m、1.5m，在這3個(gè)高度下分別測(cè)量各個(gè)下墊面的濕度，從10：00～18：00，每個(gè)2個(gè)小時(shí)測(cè)量一次，以每個(gè)時(shí)刻的數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作為測(cè)量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。可以發(fā)現(xiàn)，水域區(qū)的相對(duì)濕度最大，硬質(zhì)鋪地的相對(duì)濕度最低，喬灌草>喬草>草坪。不同高度對(duì)比，0.5m處的濕度一般最大，1.5m處的最低，而硬質(zhì)鋪地區(qū)的情況比較特殊，1.0m處的濕度達(dá)到66.9 %,1.5m處則低至63.2 %。總體上看，水域、喬灌草處濕度相對(duì)最大。

圖3　不同下墊面類型在不同高度處的濕度變化特征

圖4顯示的是不同下墊面在不同高度下的風(fēng)速日變化特征。將4個(gè)樣方的每種下墊面的風(fēng)速測(cè)量數(shù)據(jù)取算術(shù)平均值得到上圖。從總體上看，硬質(zhì)鋪地區(qū)域的風(fēng)速最大，可達(dá)0.32m/s，喬灌草的風(fēng)速相對(duì)來(lái)說(shuō)最低，約0.16m/s。從測(cè)量高度上看，1.5m處的各個(gè)下墊面風(fēng)速都最大，0.5m處的5種下墊面類型風(fēng)速相差不大。

2.2不同下墊面空間類型對(duì)微氣候的影響

2.2.1空氣溫度

圖5顯示了水域、硬質(zhì)鋪地、喬灌草、喬草和草坪5種下墊面類型的空氣溫度的日變化特征。5種下墊面的氣溫都呈先增后減趨勢(shì)，在14:00氣溫都達(dá)到最高值，此時(shí)不同下墊面類型的氣溫差異也最為明顯，硬質(zhì)鋪地的平均空氣溫度最高，為(33.95±1.592)℃，其次為草坪和喬草(33.092±0.525)℃，水域和喬灌草區(qū)得溫度相對(duì)較低，分別為(32.696±0.421)℃、(21.133±0.7)℃。總的來(lái)說(shuō)，5種下墊面得氣溫呈硬質(zhì)鋪地>草坪>喬草>水域>喬灌草的變化趨勢(shì)。可見下午高溫時(shí)，與其他幾種下墊面類型相比喬灌草區(qū)域具有明顯的降溫效果。14:00過(guò)后，幾種下墊面類型的空氣溫度差異變得不明顯，此時(shí)硬質(zhì)鋪地得空氣溫度依然最高。

圖5　不同下墊面類型的溫度日變化特征

圖6顯示，相對(duì)比與參考點(diǎn)點(diǎn)的溫度，可以發(fā)現(xiàn)14:00的時(shí)候，每種下墊面類型的降溫強(qiáng)度不同，其中喬灌草的降溫效果最好，起到“冷島”效應(yīng)，然后是水域，硬質(zhì)鋪地的溫度甚至比參照點(diǎn)都要高一些，草坪也基本起不到降溫的效果。

圖6　每個(gè)樣方不同下墊面類型的降溫強(qiáng)度

2.2.2空氣濕度

圖7統(tǒng)計(jì)的是不同下墊面類型的相對(duì)濕度的日變化特征，5種下墊面類型相對(duì)濕度的變化特征不是很明顯，總體上呈先降低后升高的趨勢(shì)。早晚時(shí)刻濕度達(dá)到最大值，午后14點(diǎn)時(shí)濕度值最低，此時(shí)，水域的相對(duì)濕度最高(69.54±5.38) %，接著是喬灌草區(qū)域(66.59±3.98) %，硬質(zhì)鋪地和草坪相對(duì)較低。

圖7　不同下墊面類型的相對(duì)濕度的日變化特征

2.2.3風(fēng)速

圖8顯示的是不同下墊面類型的風(fēng)速日變化特征。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)取0.5m、1.0m、1.5m3個(gè)高度風(fēng)速的算術(shù)平均值。可以看出總體趨勢(shì)呈波狀上下浮動(dòng)，規(guī)律性不是很明顯，但從整體分析，硬質(zhì)鋪地區(qū)域的風(fēng)速總體最大，喬灌草區(qū)域的風(fēng)速最小，14：00時(shí)的風(fēng)速相差不大，在0.2～0.25m/s之間。可以看出樹林的結(jié)構(gòu)，植物的郁閉度、結(jié)構(gòu)疏密度、頂界面的遮蔽程度，對(duì)會(huì)對(duì)風(fēng)速產(chǎn)生影響，風(fēng)速的變動(dòng)能直接影響溫度的變化，從而出現(xiàn)不同的微氣候。

圖8　不同下墊面類型的風(fēng)速日變化特征

2.3區(qū)域局部微氣候特征分析

圖9顯示的是14:00時(shí)4個(gè)樣方和參照點(diǎn)的溫度、濕度和風(fēng)速的平局分布格局。圖9(a)是14：00時(shí)樣方和參照點(diǎn)的溫度情況。可以看出4個(gè)樣方溫度均低于城市環(huán)境的空氣溫度，這表明公園有一定的降溫效果，降溫強(qiáng)度為0.33～3.07℃。圖9(b)是樣方和參照點(diǎn)的濕度情況。可以發(fā)現(xiàn)樣方2的濕度最大，增濕強(qiáng)度達(dá)2.47 %，樣方一次之，為1.63 %，樣方3中不透水硬質(zhì)鋪地的比率大，因此濕度最低。可以得出，區(qū)域相對(duì)濕度對(duì)林地和路面的覆蓋率敏感度最大，也就是說(shuō)喬灌草和硬質(zhì)鋪地的組成比率對(duì)局部的相對(duì)濕度影響最大。圖9(c)是風(fēng)速的情況。4個(gè)參照點(diǎn)的風(fēng)速約為0.198m/s，四個(gè)樣方與其相差不是很明顯，大概為0.001～0.023m/s之間，但整體上還是比城市環(huán)境的風(fēng)速大。其中樣方4被層次比較豐富，郁閉度高，透風(fēng)性小，因此風(fēng)速最小。樣方1和3的硬質(zhì)鋪地比率較大，透風(fēng)性好，風(fēng)速相對(duì)較大。風(fēng)速影響空氣的流通，因此影響到公園的局部微氣候。

3討論

根據(jù)以上分析，可以發(fā)現(xiàn)不同的下墊面類型的溫度、濕度和風(fēng)速都有明顯的差異，影響到局部的微氣候環(huán)境。尤其14：00時(shí)溫濕度的差異最明顯，此時(shí)，空氣溫度呈硬質(zhì)鋪地>草坪>喬草>水體>喬灌草的變化趨勢(shì)，其中喬灌草、水體增濕效果最好，具有較強(qiáng)的降溫效果，可以形成公園“冷島”，而硬質(zhì)鋪地和草坪直接接受太陽(yáng)輻射，不斷吸收熱量，溫度最高，有時(shí)甚至比城市環(huán)境中的參照點(diǎn)的溫度還高，從而在布局形成公園“熱島”。空氣濕度大約在58 %～71 %之間浮動(dòng)，其中水體、喬灌草的濕度最大，增濕效果最好。風(fēng)速會(huì)

(a)溫度　　　　　　　　　　　　(b)濕度　　　　　　　　　　　　(c)風(fēng)速圖9　14：00時(shí)樣方和參照點(diǎn)的溫度、濕度、風(fēng)速

加劇空氣的流動(dòng)，影響到局部微氣候。在實(shí)際測(cè)量中也可以明顯的感受到植被覆蓋率越高，郁閉度越低的地方風(fēng)速越大，微氣候環(huán)境越適宜。因此，在城市綠地進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮到不同下墊面類型的類型的選擇，還應(yīng)該進(jìn)行不同下墊面類型的合理的組合配置，以充分發(fā)揮不同下墊面的增濕降溫效應(yīng)，創(chuàng)造出良好的公園微氣候，提供最佳的人體舒適度。

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[基金項(xiàng)目]中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):2015NZYQN03)

[作者簡(jiǎn)介]張瀟瀟(1992～)，女，在讀本科。

[通訊作者]周媛(1984～)，女，博士，講師。

【中圖分類號(hào)】X16

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

[定稿日期]2016-03-10