高校校園綠地秋季小氣候效應人體舒適度感知研究

程惠珊 姚 杰 程哲煬 楊天嬌 李霄鶴 蘭思仁

（福建農林大學園林學院，福建 福州 353002）

園林綠地作為城市系統中的自然生產力主體，在改善空氣質量、調節局部小氣候方面發揮著一定的作用［1-2］。校園綠地不但擔負著保護和改善學校生態環境的功能，而且能綠化和美化校園環境，給師生提供一個舒適、休閑的活動空間［3］。然而，如何實現校園綠地生態效益和服務功能最大化，使其改善校園小氣候，提高校園環境的舒適性，具有重要意義［4］。近年來，有關學者對城市綠地的生態效應進行了研究。馮悅怡等在夏季高溫季節對不同類型綠地進行了研究，結果表明各類綠地對人體舒適性均有一定的改善作用，改善程度上呈半天然喬灌草＞人工喬草＞人工喬草＞人工草坪的趨勢［5］。胡秀麗等研究了綠化對校園小氣候的影響，結果表明校園中栽植的樹木、花草在小區域范圍內有著顯著的降溫、增濕、防風效應，證實了綠化能起到改善環境的作用［6］。

然而，以往研究多側重于夏季高溫綠地的降溫增濕效應，而關于校園秋季小氣候效應的研究則缺乏相關的理論貢獻。因此，本文以福建農林大學校園內幾處具有代表性的綠地為例，以人體舒適度感知為指標，定量分析秋季校園不同綠地類型對校園小氣候的改善作用，為之后建設更舒適的校園環境提供科學參考。

1 試驗樣地與研究方法

1.1 樣地選擇

本試驗選擇享有“全國生態文明教育基地”美譽的福建農林大學金山校區為研究地，以不同類型的綠地為例，選取校園內具有代表性的平地及濱水2種綠地空間類型，分別為校內中華園景觀和觀音湖濱水景觀。在2種類型綠地中分別對小氣候影響變量中的地表溫度、空氣溫度、相對濕度及風速進行實測記錄。

1.2 試驗內容與方法

試驗時間為秋季氣候較為明顯的2017年10月23—25日，對樣地進行溫濕度及風速的測量，每天07：00測量溫濕度及風速，每2 h測一次。試驗期間參照的福州市氣象參數由福州市氣象站自動測量。測量儀器采用臺灣生產的Lutron LM-8000，具備記錄功能。溫度測定范圍為-100～1 300℃，精度為0.1℃；相對濕度測定范圍為10%～95%，當相對濕度＜70%RH時，其精度為±4%RH；當相對濕度≥70%RH時，則精度為±（4%rdg+1.2%RH）。風速的測定范圍為0.4～30.0 m/s，風速≤20 m/s，精度為±3%F.S；風速＞20 m/s時，則精度為±4%F.S。儀器設置在人體對溫、濕度最敏感的1.5 m處。對所得數據采用Excel 2013軟件進行統計。

1.3 人體舒適度研究方法

人體舒適度指數是從氣象角度評價不同氣候條件下的人體舒適感，根據人類機體與大氣環境之間的熱交換而制定的生物氣象指標［7］。影響人對熱環境感受的因素很多，除了生理因素，還包括溫度、濕度、風、太陽輻射和氣壓等氣象因素［5］。國內外許多研究表明，溫度、濕度及風速是影響人體舒適度的重要因子。關于人體舒適度的預報公式有很多，本文采用人居環境氣候舒適度作為評價指標（GB/T 27963—2011），其等級劃分是按照中國氣象局規定的統一標準，見表1。溫濕指數計算公式如下：

式（1）中，I表示溫濕指數，保留一位小數；T表示某一評價時段平均溫度，單位為℃；RH表示某一評價時段平均空氣相對濕度，單位為%。

表1 人居環境舒適度等級劃分

2 平地景觀對小氣候效應影響研究

2.1 觀測點設置及其環境特征

為研究各小氣候要素變化與植物空間形態、植物郁閉度的關系，本試驗以福建農林大學中華名特植物園為研究對象。中華名特植物園位于福建農林大學校本部中華廣場中央，占地面積約7萬m2。整體為平地空間，最大高差僅1.5 m。在園內植物空間及下墊面選取特征點處布置測點（見圖1），中華園供試點綠地基本信息如表2所示。

圖1 福建農林大學中華植物園各測點位置

2.2 結果與分析

2.2.1 植被空間結構對小氣候及人體舒適度的影響

2.2.1.1 溫度日變化影響。由圖2可知，3種不同植物空間結構氣溫日變化特征基本一致，呈先上升后下降的倒“V”型單峰值變化，最高溫出現在13：00—15：00。在最高溫度的時刻呈現P2（水泥地）＞P4（草地）＞P6（喬草）＞P9（喬灌草）的溫度順序；在07：00—09：00、09：00—11：00及19：00—21：00這3個時間段，各樣地的空氣溫度呈P9＞P6＞P4＞P2，其他時間段，不同類型樣地的內部環境溫度順序則與之相反。

2.2.1.2 濕度日變化影響。由圖3可知，3種不同植物空間結構的相對濕度變化特征基本一致，與溫度變化相反，呈下降后上升的“V”型連續變化。盡管通過數據整理分析可以看出相對濕度的變化在很大程度上與溫度變化有關，然而其變化也與風速有著密切的關系。由溫度表可知，溫度在13：00—15：00為最高值，一般其相對濕度應在13：00—15：00出現最小值，然而在13：00—15：00各樣地均具有風速，因此相對濕度的最小值出現在11：00—13：00，最小相對濕度表現為喬灌草＞喬草＞草地＞水泥地。即使不同植物空間的綠地在秋季所呈現的增濕效應較為不明顯，但對于水泥地均表現出相應的增濕效應。

圖2 不同植物空間類型溫度比較

表2 中華園供試點綠地基本信息

2.2.1.3 舒適度日變化影響。將測點P2、P4、P6、P9的3 d平均舒適度進行比較（見圖4）可知，測點P9（喬灌草）＞P6（喬草）＞P4（草地）＞P2（水泥地）。結果表明植被空間越復雜，其舒適度的值越接近最適舒適度的值。

圖3 不同植物空間類型濕度比較

圖4 不同植物空間舒適度比較

2.2.2 喬木郁閉度對小氣候及舒適度的影響。喬木的郁閉度在一定程度上會影響所在空間的空氣溫度。在秋季，植物的小氣候效應表現在保溫、增濕、減緩溫度變化方面。

2.2.2.1 溫度日變化影響。由圖5可知，紫葉李在達到一天最高氣溫前，其升溫速率高于榔榆。紫葉李一天中最高氣溫為30.55℃，比榔榆高0.55℃，對比榔榆，紫葉李空間執行著保溫和減緩溫度變化的職能。因此，在一定范圍內，秋季喬木的郁閉度越高，其保溫效果越明顯。

圖5 不同郁閉度喬木的溫度比較

2.2.2.2 濕度日變化影響。由圖6可知，紫葉李濕度下降的速率高于榔榆，全天溫度最高時段榔榆濕度達到一天最低。然而結合風速圖可知，此時在其測量空間具有風速，所以出現榔榆濕度高于紫葉李的現象。因此，在一定范圍內，喬木郁閉度越高，其增濕效果越明顯，其濕度與溫度、風速有著密切的關系。

圖6 不同郁閉度喬木的相對濕度比較

2.2.2.3 地表溫度日變化影響。由圖7可知，榔榆地表溫度提升速率高于紫葉李，全天溫度最高時段紫葉李達23.7℃，而此時榔榆最高溫度為23.0℃，兩者相差0.7℃。對比榔榆，紫葉李的空間呈現出保溫效果。因此，在一定范圍內，提高喬木的郁閉度，可以降低地表溫度的變化速率，還表現出保溫作用。

2.2.2.4 舒適度日變化影響。將測點P7、P8的3 d平均舒適度進行比較（見圖8）可知，測點P7（紫葉李）＞P8（榔榆）。結果表明植被空間郁閉度越高，其舒適度的值越接近最適舒適度的值。

圖7 不同郁閉度喬木的地表溫度比較

圖8 不同郁閉度植物舒適度比較

3 濱水景觀對小氣候效應的影響

3.1 觀測點設置及其環境特征

為了解各小氣候要素變化與校園濱水綠道空間形態間的關系，本試驗以福建農林大學觀音湖景觀為研究對象。觀音湖是福建農林大學校園內最大的湖塘，位于校園北區。觀音湖的平面形狀為較正規的長方形（見圖9），其改造前的水域面積為7 hm2，統計范圍為15 m×15 m。在觀音湖綠道選擇特征點測量，觀音湖供試點綠地基本信息如表3所示。

圖9 福建農林大學觀音湖平面圖

表3 觀音湖供試點綠地基本信息

3.2 結果與分析

3.2.1 溫度日變化影響。一是不同方位植物空間溫度日變化。由圖10～12可知，無論封閉的植物空間、水封路開還是兩邊開敞的植物空間，相對東西走向的植物空間，南北走向較早達到一天中最高溫度，且南北走向的最高溫度均低于東西走向的最高溫度。這是由于南北走向的植物空間東側具有建筑，早上比東西走向植物空間較晚接受到太陽，一天中受到太陽輻射少于東西走向的植物空間。

圖10 不同方位兩閉溫度日變化

圖11 不同方位水封路開溫度日變化

圖12 不同方位兩開溫度變化

二是同一方位的植物空間溫度變化。由圖13、14可知，無論在東西走向還是南北走向，均呈現出兩開植物空間＞水封路開植物空間＞兩閉植物空間。因此，在秋季濱水植物空間，兩閉的植物空間在三者空間類型中保溫效果最明顯，其次是水封路開，最差為兩開的植物空間。南北走向植物空間最高溫度比東西走向植物空間最高溫度出現的早，為11：00—13：00，而東西走向植物空間最高溫度出現在13：00—15：00。這是由于南北向受光時間短，接受到的太陽輻射強度不同。

圖13 南北走向不同植物空間日變化溫度比較

圖14 東西走向不同植物空間日變化溫度比較

3.2.2 濕度日變化影響。一是不同方位的植物空間濕度變化。由圖15～17可知，無論封閉的植物空間、水封路開還是兩邊開敞的植物空間，相對東西走向的植物空間，南北走向植物空間的空氣濕度下降速率較快，但其相對濕度仍大于東西走向植物空間的空氣相對濕度。這是由于南北走向上的植物空間東側具有建筑，早上比東西走向植物空間較晚接受到光照，一天中接受到的太陽輻射少于東西走向的植物空間。17：00—19：00以后，其相對濕度變化則相反，這與東西走向植物空間所處位置有關，其位于操場旁，具有周邊硬質化率高、人流量大（此時有許多同學去操場鍛煉）等特點。

圖15 不同方位兩閉日變化濕度比較

圖16 不同方位水封路開日變化濕度比較

圖17 不同方位兩開日變化濕度比較

二是同一方位植物空間濕度變化。由圖18～19可知，無論在東西走向還是南北走向，相對濕度值均呈現出兩開植物空間＜水封路開植物空間＜兩閉植物空間。因此，在秋季濱水植物空間，兩閉的植物空間在三者空間類型中保濕效果最明顯，其次是水封路開，最差為兩開的植物空間。南北走向植物空間最低濕度比東西走向植物空間最低濕度出現得早，為11：00—13：00，而東西走向植物空間最濕度出現在13：00—15：00。這說明相對濕度與溫度具有一定的關系。

3.2.3 地表溫度日變化影響。由圖20可知，無論在南北走向還是東西走向，3中植物空間類型的地表溫度均呈現出石板溫度＞路邊草地＞水邊草地。石板路呈現出升溫速率快，降得也快，由于水邊草地含水分與路邊草地不同，因此在溫度上存在差異。

圖18 南北走向不同植物空間濕度比較

圖19 東西走向不同植物空間濕度比較

圖20 濱水景觀各測點地表溫度變化

由圖21、22可知，在同一方位上，由于植物空間類型不同其石板地溫呈現出兩開＞水封路開＞封閉。結果表明，植物空間類型對地溫有直接的影響，在一定程度上，植物空間越封閉，在地上的陰影程度越重，對下降地表溫度的效果越明顯。

圖21 南北走向不同植物空間地溫變化

圖22 東西走向不同植物空間地溫變化

由圖23～25可知，同一植物空間類型在不同方位上，其石板的地表溫度呈東西＞南北。結果表明，接受光照程度越高、時間越久的方位，對提升地表溫度的效果越明顯（在秋季太陽為東南方向）。

3.2.4 人體舒適度日變化影響。由圖26可知，同一走向上，其舒適度均呈水封路開＞兩閉＞兩開。而且南北走向的植物空間比東西走向舒適度高。結果表明，可以適當增加植物空間的郁閉度來提高人體的舒適度；在秋冬季節濱水步道的方位選擇與冬季主導風相垂直可以達到保溫效果。

圖23 不同走向兩開植物空間地溫變化

圖24 不同走向兩閉植物空間地溫變化

圖25 不同走向水封路開植物空間地溫變化

圖26 濱水植物空間舒適度變化

4 結論與建議

4.1 結論

通過對福建農林大學金山校區平地植物景觀（中華植物園）不同植物空間類型的小氣候要素進行對比觀測，從整體上來看，喬灌草的保濕增溫效果最明顯，喬草次之，純草坪最差。在一定范圍內增加喬木的郁閉度，其保濕增溫的效果越明顯。通過對福建農林大學金山校區濱水植物景觀（觀音湖）不同植物空間類型以及不同方位的小氣候要素進行對比觀測，從整體上來看，兩閉空間的保溫增濕效果最明顯，一封一閉次之，純開放最差。

4.2 建議

秋冬季節在進行校園平地景觀綠化建設時，應優先考慮喬灌草的植物空間結構，這種植物空間類型可以有效減緩溫度變化的速率，起到保溫增濕的作用，還可以吸收較多的二氧化碳，釋放氧氣，給師生提供良好的學習環境，提高人體舒適度。此外，在一定范圍內，增加喬木的郁閉度可以達到保溫增濕的效果。

秋冬季節在進行校園濱水綠化建設時，應優先考慮一封一閉的植物空間結構，這種空間植物空間類型不但可以起到有效的保溫增濕作用，還可以提高視覺景觀，提高人體舒適度。此外，從不同方位來看，東西走向的保溫增濕效果高于南北走向。因此，在秋冬季節，要考慮與秋冬季主導風垂直的步道能有效阻擋風速，達到降溫的效果。