城市公园不同下垫面类型对微气候的影响

张潇潇， 周　媛

(西南民族大学， 四川成都 610000)



城市公园不同下垫面类型对微气候的影响

张潇潇， 周媛

(西南民族大学， 四川成都 610000)

【摘要】文章从对小尺度公园微气候研究的角度出发，分析不同下垫面类型对微气候的影响。从温度、湿度、风速3个方面对公园水域、硬质铺地、乔灌草、乔草、草坪5种下垫面进行测量分析，并设置公园外城市环境下的参照点，分析比较不同下垫面类型对微气候的影响以及相互之间差异。研究表明乔灌草、水域以及硬质铺地对微气候营造有很大的影响。该研究对于城市绿地规划设计时下垫面的选择和合理的配置，以营造舒适的绿地环境具有重要的意义。

【关键词】城市微气候；公园绿地；空气温度；相对湿度；风速

微气候是指小空间范围内，与周边的大环境气候有差异的现象。影响城市微气候的因子数量很多，包括温度、湿度、降雨、光照、风等。早在1833年，英国化学家LakeHowardzai首次发现了城区气温比其周边郊区气温高的现象，这是人类第一次观测到这一气候现象[1]。对于不同的影响因子，国内外已有不少学者进行了相关的研究。Shashua2Bar等[2]指出，在城市规划设计时，应考虑植被对城市气候的影响。DokyuYun[3]综合评价了城市植被和树木的遮阴效应对城市热力环境恶化有重要影响。Zhou等(2011)调查城市下垫面组成和空间配置对城市表面温度的影响时发现，林地覆盖率是降低城市热岛效应最有效的下垫面因子[4]。晏海从树木群落、下垫面类型等综合的分析了公园绿地的小气候环境以及对周边环境的影响[5]。在这些研究的基础上，本文考虑温度、湿度、风速的因素，探究水域、硬质铺地、乔灌草、乔草、草坪5种下垫面组成的微气候差异，从而探索适宜的下垫面组成结构以营造良好的城市微气候环境。

1研究方法

1.1实地测量

研究区域位于四川省成都市人民公园，该公园位于成都市区中心，占地112 639m2(约169亩)，是市区中心规模最大，成都市第一个破墙透绿的开放式风景园林历史公园。本研究监测在2015年8月进行，采用文献研究、实地测量相结合的方法，选取成都市人民公园的不同下垫面区域作为观测区域，在同一天的不同时刻进行测量，反映出不同下垫面类型对微气候的影响。同时设置参照点(siteA、siteB、siteC、siteD)，测定公园内部不同下垫面对微气候影响的差异。用光温湿度记录仪和便携式风速仪测定温度、湿度、风速等，并分别测量取算数平均值。对该公园4个样地进行同步观测，测试时间从10：00～18:00，每2h观测一次，测量高度距地面0.5m、1.0m、1.5m。每个样方所选下垫面类型分别为：样方1，水域、硬质铺地、乔灌草、乔草；样方2，水域、硬质铺地、乔灌草、乔草；样方3，水域、乔灌草、乔草、草坪；样方4，水域、、硬质铺地、乔灌草、乔草。观测过程中，在每个样地不同下垫面分别进行空气温度、相对湿度以及风速的测量(图1)。

图1　每个样方下垫面的选择(图片来源于 Google earth)

1.2数据处理

根据实测数据，比较不同下垫面温湿度的特点，绘制温湿度变化折线图，分析不同下垫面区域温湿度变化趋势，在分析过程中，对数据进行以下处理：

(1)分析四种下垫面温湿度日变化特征时，以4个样方得算数平均值进行对比；

(2)降温强度：对照点气温减去不同样方各下垫面的气温；

(3)增湿强度：各样方不同下垫面的空气湿度减去对照点的空气湿度；

(4)分析不同样方的温度差异时，将水域、硬质铺地、乔灌草、乔草以及草坪区域的温度和湿度进行平均后作为该样方的湿度和温度值。

2结果与分析

2.1不同高度的城市下垫面微气候特征分析

图2显示的是一天之中不同下垫面类型在离地面不同高度的温度变化特征。数据测量时选取了3个高度，0.5m、1.0m、1.5m，在这3个高度下分别测量各个下垫面的温度，从10：00～18：00，每个2个小时测量一次，以每个时刻的数据的算术平均值作为测量结果进行数据统计分析。可以发现，水域、硬质铺地、乔灌草区域的温度基本没有变化，乔草及草坪区1.0m处的温度相对最高，1.5m处的温度最低。草坪区温差最大，最大的相差1.5℃左右。总体上看，草坪和硬质铺地的温度相对最高。

图2　不同下垫面类型在不同高度处的温度变化特征

图3显示的是一天之中不同下垫面类型在离地面不同高度的湿度变化特征。数据测量时选取了3个高度，0.5m、1.0m、1.5m，在这3个高度下分别测量各个下垫面的湿度，从10：00～18：00，每个2个小时测量一次，以每个时刻的数据的算术平均值作为测量结果进行数据统计分析。可以发现，水域区的相对湿度最大，硬质铺地的相对湿度最低，乔灌草>乔草>草坪。不同高度对比，0.5m处的湿度一般最大，1.5m处的最低，而硬质铺地区的情况比较特殊，1.0m处的湿度达到66.9 %,1.5m处则低至63.2 %。总体上看，水域、乔灌草处湿度相对最大。

图3　不同下垫面类型在不同高度处的湿度变化特征

图4显示的是不同下垫面在不同高度下的风速日变化特征。将4个样方的每种下垫面的风速测量数据取算术平均值得到上图。从总体上看，硬质铺地区域的风速最大，可达0.32m/s，乔灌草的风速相对来说最低，约0.16m/s。从测量高度上看，1.5m处的各个下垫面风速都最大，0.5m处的5种下垫面类型风速相差不大。

2.2不同下垫面空间类型对微气候的影响

2.2.1空气温度

图5显示了水域、硬质铺地、乔灌草、乔草和草坪5种下垫面类型的空气温度的日变化特征。5种下垫面的气温都呈先增后减趋势，在14:00气温都达到最高值，此时不同下垫面类型的气温差异也最为明显，硬质铺地的平均空气温度最高，为(33.95±1.592)℃，其次为草坪和乔草(33.092±0.525)℃，水域和乔灌草区得温度相对较低，分别为(32.696±0.421)℃、(21.133±0.7)℃。总的来说，5种下垫面得气温呈硬质铺地>草坪>乔草>水域>乔灌草的变化趋势。可见下午高温时，与其他几种下垫面类型相比乔灌草区域具有明显的降温效果。14:00过后，几种下垫面类型的空气温度差异变得不明显，此时硬质铺地得空气温度依然最高。

图5　不同下垫面类型的温度日变化特征

图6显示，相对比与参考点点的温度，可以发现14:00的时候，每种下垫面类型的降温强度不同，其中乔灌草的降温效果最好，起到“冷岛”效应，然后是水域，硬质铺地的温度甚至比参照点都要高一些，草坪也基本起不到降温的效果。

图6　每个样方不同下垫面类型的降温强度

2.2.2空气湿度

图7统计的是不同下垫面类型的相对湿度的日变化特征，5种下垫面类型相对湿度的变化特征不是很明显，总体上呈先降低后升高的趋势。早晚时刻湿度达到最大值，午后14点时湿度值最低，此时，水域的相对湿度最高(69.54±5.38) %，接着是乔灌草区域(66.59±3.98) %，硬质铺地和草坪相对较低。

图7　不同下垫面类型的相对湿度的日变化特征

2.2.3风速

图8显示的是不同下垫面类型的风速日变化特征。数据统计取0.5m、1.0m、1.5m3个高度风速的算术平均值。可以看出总体趋势呈波状上下浮动，规律性不是很明显，但从整体分析，硬质铺地区域的风速总体最大，乔灌草区域的风速最小，14：00时的风速相差不大，在0.2～0.25m/s之间。可以看出树林的结构，植物的郁闭度、结构疏密度、顶界面的遮蔽程度，对会对风速产生影响，风速的变动能直接影响温度的变化，从而出现不同的微气候。

图8　不同下垫面类型的风速日变化特征

2.3区域局部微气候特征分析

图9显示的是14:00时4个样方和参照点的温度、湿度和风速的平局分布格局。图9(a)是14：00时样方和参照点的温度情况。可以看出4个样方温度均低于城市环境的空气温度，这表明公园有一定的降温效果，降温强度为0.33～3.07℃。图9(b)是样方和参照点的湿度情况。可以发现样方2的湿度最大，增湿强度达2.47 %，样方一次之，为1.63 %，样方3中不透水硬质铺地的比率大，因此湿度最低。可以得出，区域相对湿度对林地和路面的覆盖率敏感度最大，也就是说乔灌草和硬质铺地的组成比率对局部的相对湿度影响最大。图9(c)是风速的情况。4个参照点的风速约为0.198m/s，四个样方与其相差不是很明显，大概为0.001～0.023m/s之间，但整体上还是比城市环境的风速大。其中样方4被层次比较丰富，郁闭度高，透风性小，因此风速最小。样方1和3的硬质铺地比率较大，透风性好，风速相对较大。风速影响空气的流通，因此影响到公园的局部微气候。

3讨论

根据以上分析，可以发现不同的下垫面类型的温度、湿度和风速都有明显的差异，影响到局部的微气候环境。尤其14：00时温湿度的差异最明显，此时，空气温度呈硬质铺地>草坪>乔草>水体>乔灌草的变化趋势，其中乔灌草、水体增湿效果最好，具有较强的降温效果，可以形成公园“冷岛”，而硬质铺地和草坪直接接受太阳辐射，不断吸收热量，温度最高，有时甚至比城市环境中的参照点的温度还高，从而在布局形成公园“热岛”。空气湿度大约在58 %～71 %之间浮动，其中水体、乔灌草的湿度最大，增湿效果最好。风速会

(a)温度　　　　　　　　　　　　(b)湿度　　　　　　　　　　　　(c)风速图9　14：00时样方和参照点的温度、湿度、风速

加剧空气的流动，影响到局部微气候。在实际测量中也可以明显的感受到植被覆盖率越高，郁闭度越低的地方风速越大，微气候环境越适宜。因此，在城市绿地进行规划设计时，不仅要考虑到不同下垫面类型的类型的选择，还应该进行不同下垫面类型的合理的组合配置，以充分发挥不同下垫面的增湿降温效应，创造出良好的公园微气候，提供最佳的人体舒适度。

参考文献

[1]HOWARDL.ClimateofLondonDeducedMetrologicalObservations(Vol.1)[M].3rdedition.London:HarveyandDortonPress,1833:348.

[2]Shashua2BarL.MEHoffman.Vegetationasaclimaticcomponentinthedesignofanurbanstreet,anempiricalmodelforpredictingthecoolingeffectofurbangreenareaswithtrees[J].EnergyandBuilding,2001,31(3):221-235.

[3]DonkyuYun.Evaluationofvegetationofurbanareabynumericalsimulationofheatbalance[J].JournalofArchitecture,PlanningandEnviromentalEnginnering(TransactionsofAIJ). 1999,6(520):69-75.

[4]ZhouW,HuangG,CadenassoML.Doesspatialconfigurationmatter?Understandingtheeffectsoflandcoverpatternonlandsurfacetemperatureinurbanlandscpes[J].LandscapeandUrbanPlanning,2011,102(1):54-63.

[5]晏海.城市公园绿地小气候环境效应及其影响因子研究[D].北京: 北京林业大学，2014.

[基金项目]中央高校基本科研业务费专项资金项目(项目编号:2015NZYQN03)

[作者简介]张潇潇(1992～)，女，在读本科。

[通讯作者]周媛(1984～)，女，博士，讲师。

【中图分类号】X16

【文献标志码】A

[定稿日期]2016-03-10