杭州学院路绿化对夏季热环境的改善研究

岳 甲 陈志骏 宋莎莎 吕 楚 吴学谦 严少君 申亚梅

浙江农林大学风景园林与建筑学院 浙江临安 311300

杭州学院路绿化对夏季热环境的改善研究

岳 甲 陈志骏 宋莎莎 吕 楚 吴学谦 严少君 申亚梅

浙江农林大学风景园林与建筑学院 浙江临安 311300

该研究选择杭州学院路部分路段为研究对象，将其划分为4个长度为50 m的样地，并对各个样地街谷绿化进行详实的基础调查。该研究还对学院路绿化区域温湿度、太阳辐射等环境因子进行调查，同时分析人体舒适度指数等参数。结果显示:1)绿化能显著改善街谷温湿度和人体舒适度指数；2)多排乔木与灌草结合的绿化空间形式对改善街谷热环境有明显效果；3)绿化覆盖率越高降低铺装表面温度越明显，其中沥青铺装表面日平均降低温度最高可达18.5℃，花岗岩铺装表面降低温度最高可达17℃；4)选择样地3研究不同位置的太阳辐射强度、空气温湿度等参数，比较悬铃木和香樟两种树种的生态效益，发现悬铃木改善热环境的能力优于香樟。通过对比各个样地绿化对热环境的改善效果，得出街谷绿化优化建议，以期为街谷绿化建设提供依据。

街谷，绿化，热环境，人体舒适度指数

城市街谷亦称都市 “峡谷”，是指城市覆盖层内相邻建筑物与地面围合形成的类似 “峡谷”的空间[1]。街谷热环境亦称街谷微气候，是街谷内影响人体热感觉和热舒适等生理、心理反应等一系列环境参数的总称[2]。在全球变暖和城市化进程加速的背景下，城市热环境不断恶化，尤其是城市高温现象的频繁发生[3－4]，直接影响到城市的舒适性和宜居性。城市热环境定量评价一直是城市气候与环境研究领域的重要内容，大多利用数值模拟、地面气象观测、热红外遥感进行研究[5]。此外，董靓[6]建立了一个矩形街谷的模型进行模拟，选择WBGT作为评价城市街谷热环境的指标进行讨论，他将模型进行了一定程度的简化，其模拟计算的实用性和准确度受到了很大的影响，其模拟结果也很难推广。周淑贞[7]等对广州的3条不同走向、不同高宽比的街谷进行了风向、风速和气温等的观测等，验证了实测街谷的热环境质量可以给出一种可靠的评估，所得结论为进一步分析研究奠定了基础，找到了解决问题的门径[8]。由于实地测量参考价值大且更符合实际情况，所以本研究以杭州学院路部分路段为研究对象，从街谷绿化覆盖率、绿化空间形式切入，测定街谷温度、空气湿度、太阳辐射强度等指标，并测算人体舒适度指数等数值，结合热成像图分析夏季高温天气下，绿化对城市街谷热环境的影响指数，该结果的提出将为城市热岛效应的改善提供重要的依据。

1 研究方法

1.1 样地概况

杭州 市 (E118°21′—120°30′， N29°11′—30°33′)地处亚热带季风区，全年平均气温17.8℃，平均相对湿度70.3%。杭州城区南北走向路段占总路段的40%以上，是城区热环境的重要组成部分，学院路位于杭州西湖区，热岛效应明显。

本研究选择学院路与文一路交口附近路段为研究对象，分为Y－1，Y－2，Y－3，Y－4共4个样地，每个样地长度为50m，总共22个测点，其中内侧非机动车道铺装为沥青，外侧人行道铺装为花岗岩石板。

1.1.1 样地绿化空间形式

为使本研究更加科学合理，对4个样地绿化空间形式基础情况进行实地测绘，其中样地1(Y－1)东侧为单排香樟，西侧为单排悬铃木加绿化带，样地宽度为46.80 m；样地2(Y－2)东侧无绿化，西侧有一棵倾斜的泡桐，样地宽度为29.80 m；样地3(Y－3)两侧均为双排乔木绿化加绿化带，样地宽度为31.40 m；样地4(Y－4)东侧为双排乔木绿化加绿化带，东侧无绿化，样地宽度为31.28 m。

1.1.2 样地绿化覆盖

每个样地中东西侧绿化覆盖率不同，且在人行道与非机动车道的绿化覆盖对热环境影响最大，因此该研究计算绿化覆盖率时去除车行道面积，结果见表1。

表1 各样地东西向绿化覆盖率

1.2 测量参数与方法

本研究在2016年7月26日进行，测量时段为8∶00—10∶00， 10∶00—12∶00， 13∶00—15∶00， 16∶00—18∶00这4个标准时段。每2小时每个测点测量一组数据，空气温度、空气湿度、下垫面温度每次采集3个数据，瞬时风速、风向、太阳辐射每次采集1个数据，热成像图每次拍摄1张图片。

1.3 人体舒适度计算方法

人体舒适度指数 (Human Comfort Index，HCI)是指主要由于个体差异使人对环境产生不同的舒适感[9]。其中温度是起决定因素的指标，湿度是重要指标，风速是不能忽视的因素。本文采用如下公式:

HCL＝1.8t－ (0.99t－14.3) (1－rh/100) －3.2V1/2＋32

其中HCI为人体舒适度指数，t为日平均气温，rh为日平均相对湿度，v为日平均风速。参考文献[10－11]给出人体舒适度指数等级划分表 (表2)。

表2 人体舒适度指数等级划分

2 结果与分析

2.1 绿化对道路空间湿温度的影响

图1－A显示，样地绿化空间的温度在8∶00—15∶00时段为上升趋势， 16∶00—18∶00 时段降落， 只有Y－1E测段温度一直上升，对应的空气湿度一直呈下降趋势 (图1－B)。而Y－2E，Y－3E，Y－4E， Y－1W， Y－2W 空气湿度在8∶00—15∶00时间段为下降阶段，16∶00—18∶00时段空气湿度开始上升或停止下降；样地Y－3W，Y－4W的空气湿度在 8∶00—10∶00 时段下降， 10∶00—12∶00 时段上升， 13∶00—15∶00 时段下降，16∶00—18∶00 时段上升，与温度均成反相关。各样地平均温湿度比较见图2－A，图2－B。

2.2 绿化对人体舒适度指数的影响

图3－A显示，日均人体舒适度指数为Y－1＝75.834 0， Y－2＝77.169 6， Y－3＝75.621 5，Y－4＝76.167 8，由此可得出对人体舒适度贡献大小依次排序为:Y－1＞Y－3＞Y－4＞Y－2。其中样地东侧日平均舒适度指数依次为:Y－1E＝74.606 0，Y－2E＝77.156 3， Y －3E＝75.084 8，Y－4E＝75.111 0(图3－B)。样地西侧日平均舒适度指数为 Y－1W＝77.061 9，Y－2W＝77.182 9， Y－3W＝76.158 2，Y－4W＝77.224 5(图3－C)。经测算，东侧测段人体舒适度等级均为5级，属于偏热等级；西侧测段人体舒适度等级大部分为5级属于偏热等级，而 Y－4W在10∶00—12∶00时段属于6级，为酷热等级。

图1 样地温湿度的变化注:A东西两侧样地空气温度变化；B东西两侧样地空气湿度变化。

图2 样地平均空气温湿度比较注:A.东西两侧样地平均空气温度；B.东西两侧样地平均空气湿度。

图3 样地人体舒适度指数变化注:A样地总体人体舒适度指数变化B东侧样地人体舒适度指数变化C西侧样地人体舒适度指数变化。

2.3 绿化空间形式对热环境的影响

该研究选用13∶00—15∶00时段热成像图对比分析各个样段绿化空间形式对热环境的改善情况，对比结果显示Y－1E的高温斑块在样地东侧最大，最高温度为47.1℃；Y－2E的高温斑块较大，最高温度为52.0℃在样地东侧温度最高；Y－3E与Y－4E的高温斑块都明显小于Y－1E，Y－2E，最高温度分别为45.1℃和41.1℃，明显低于Y－1E和Y－2E。Y－1W的高温斑块主要集中在人行道和非机动车道，最高温度为47.8℃；Y－2W的高温斑块主要集中在车行道和非机动车道，最高温度为48.8℃；Y－3W的高温斑块在样地西侧面积最小，最高温度为43.8℃在样地西侧最低；Y－4W的高温斑块在样地西侧面积最大，最高温度为57.2℃在样地西侧最高。

由此可见，高温斑块的出现与光照有直接的关系。从样地热成像图中可以得出各个样地东侧的热环境舒适度的排序为Y－4E＞Y－3E＞Y－1E＞Y－2E，西侧为Y－3W＞Y－1W＞Y－2W＞Y－4W。

2.4 绿化覆盖率对街谷热环境的影响

研究以无遮荫Y－2E、Y－4W样地中的沥青和花岗岩石板铺装的表面温度作为对照组比较有遮荫样地中两种材质的铺装表面温度的差值来衡量绿化覆盖率对热环境的改善效果。结果显示 (表3，表4)，绿化覆盖能有效降低路面温度。

表3 各样地与Y－2E沥青路面温度差值 ℃

表4 各样地与Y－2E花岗岩石板路面温度差值 ℃

2.5 绿化树种对街谷热环境的影响

植物叶片可以反射并遮挡太阳辐射，以减少地表及树冠以下的太阳辐射。不同树种的植物叶片大小密度不同，对太阳辐射的穿透有影响。研究发现乔木类降温增湿效果最显著，占总降温量的87.3%，总增湿量的88.0%[12]。不同树种对空气温湿度的影响也是不同的[13]。本文绿化树种对街谷热环境的影响以Y－3为研究对象，将Y－3分为东侧的P1香樟、P2悬铃木、P3香樟、P4悬铃木；西侧的P5香樟、P6悬铃木、P7香樟、P8悬铃木8个测点测量参数，对比研究得出结果。其中平均太阳辐射强度为:P1香樟＜P2悬铃木、P3香樟＜P4悬铃木、P5香樟＞P6悬铃木、P7香樟＜P8悬铃木；平均空气温度为:P1香樟＜P2悬铃木、P3香樟＞P4悬铃木、P5香樟＜P6悬铃木、P7香樟＜P8悬铃木；平均空气湿度为:P1香樟＞P2悬铃木、P3香樟＜P4悬铃木、P5香樟＜P6悬铃木、P7香樟＞P8悬铃木。根据参数的大小比较，可以看出悬铃木的生态效益略优于香樟。

3 结论与讨论

本研究结果表明，空气温度先升后降的主要原因与太阳辐射强度由弱变强、再由强变弱有关，且有效的遮荫是降低温度的主要原因。本研究中Y－1E空气温度变化反常，可能原因是样地附近有建筑遮荫和大片绿地，使空气温度在13∶00—15∶00时段增长效果不如其他样地明显，另外受到太阳西晒的影响，16∶00—18∶00时段的空气温度高于其他时段。

与此同时，样地东侧平均人体舒适度优于样地西侧，说明日照方向和时长及强度对人体舒适度影响较大。Y－1E平均人体舒适度优于Y－3E、Y－4E，这说明建筑遮荫及大面积绿地对人体舒适度的贡献大于行列式乔木绿化遮荫。Y－2E人体舒适度指数低于所有东侧样地，Y－1W和Y－3W人体舒适度指数低于Y－2W和Y－4W，说明绿化可以在一定程度上改善人体舒适度。研究进一步表明，悬铃木改善热环境能力高于香樟。

在夏季，遮荫是有效改善热环境的主导因子，树木对热环境的改善主要由树冠遮挡太阳辐射形成，稀疏地点缀几棵树木对环境的整体影响较弱[14]，Y－2W单株泡桐对街谷整体热环境改善效果甚微。对街谷而言，连接成排的行道树才能为行人提供舒适的户外区域。所以在进行街谷绿化时，应该在道路红线外场地适当增加绿地；利用建筑遮荫改善空间热环境；街谷应采用绿化形式为乔木＋灌草的复合结构；可在道路内侧绿化带位置种植树篱以减轻太阳东西向辐射；落叶乔木可能比常绿乔木更适合改善夏季热环境。

[1]赵敬源，刘加平.城市街谷热环境数值模拟及规划设计对策[J].建筑学报，2007(3):37 －39.

[2]王炜.近代北京公园开放与公共空间的拓展[J].北京社会科学，2008(2):52－57.

[3]ZHAO L，LEE X，SMITH R B，et al.Strong contributions of local background climate to urban heat islands[J].Nature，2014，511(7508):216－219.

[4]刘勇洪，权维俊.北京城市高温遥感指标初探与时空格局分析[J].气候与环境研究，2014，19(3):332 －342.

[5]孙铁钢，肖荣波，蔡云楠，等.城市热环境定量评价技术研究进展及发展趋势[J].应用生态学报，2016，27(8):2717－2728.

[6]董靓，黄光宇.城市空间的热环境及其改善[J].大自然探索，1995，14(51):54 －57.

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[9]靳宁，景元书，武永利.南京市区不同下垫面对人体舒适度的影响分析[J].气候与环境研究，2009，14(4):445－450.

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[14]赵敬源，刘加平.城市街谷绿化的动态热效应[J].太阳能学报，2009，30(8):1013 －1017.

Contribution of Urban Greening to Summer Thermal Environment Improvement Along Xueyuan Road，Hangzhou City

Yue Jia Chen Zhiun Song Shasha Lv Chu Wu Xueqian Yan Shaojun Shen Yamei
(School of Landscape Architecture，Zhejiang Agriculture＆ Forestry University，Lin'an 311300，Zhejiang，China)

The paper made an analysis of the current state that urban street canyon greening is lack of sufficient theoretical basis with the aim to find a solution to the poor habitat environment in the street canyon.In this study detailed investigation was carried out on the 4 sample plots with a length of 50m，which were divided from a selected section of the Xueyuan road.Then，this study investigated the environmental factors in the greened areas of Xueyuan road， such as temperature， humidity， and solar radiation， and analyzed the parameters including the human comfort index.The results showed:(1)The temperature，humidity and human comfort index of street canyon had been significantly improved with the greening； (2)The greening spatial form combining multiple row arbor， grass and shrub had obviously improved the thermal environment of street canyon；(3)The higher the greening coverage rate was，the lower the surface temperature of the pavement was.The surface temperature of the asphalt pavement could lower averagely by 18.5℃through the greening，while the granite pavement surface could lower averagely by 17℃in temperature；(4)By comparing the ecological benefits of 2 species of Platanus and Cinnamomum after obtaining the solar radiation intensity， air temperature， humidity parameters of different locations in Sample 3， it was found that Platanus is better than Cinnamomum in its ability to improve the thermal environment.The comparison of thermal environment improvement through greening in the 4 sample plots came to the suggestions for optimizing the greening of street canyon.This study is expected to provide basis for the street canyon greening.

street canyon， greening， thermal environment， human comfort index

10.3969/j.issn.1672－4925.2017.06.008

2017－06－18

岳甲 (1989－)，男，在读研究生，研究方向为植物景观及效益，E－mail:1337257161＠qq.com