鄂尔多斯城市开敞空间微气候特征研究

鲁凯莉，郭亚男

（内蒙古工业大学建筑学院/内蒙古自治区绿色建筑重点实验室，呼和浩特 010010）

城市规模快速扩张，人工构筑物高度集中，改变了自然地貌条件，从而形成了各地特有的城市微气候[1-3]。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有很多，包括温度、湿度、降雨、光照、风等[4]。城市开敞空间不仅是为人们提供物质交换、情感交流、休闲娱乐的日常活动场所，也是反映城市整体活力的场所。鄂尔多斯由于受高原气候条件限制，市民在城市开敞空间中健身活动的意愿受到影响。因此，营造舒适良好的微气候环境，提高城市开敞空间的使用效率至关重要。国内外已有部分学者对城市开敞空间生态效益和微气候进行了初步研究，苏泳娴等[5]、Chang 等[6]主要针对公园绿地对周边地区的降温效应进行研究。晏海等、Zhe Z 等、Tore B 等[7-10]针对公园内不同植物群落、植物种类降温增湿作用差异进行研究。Shashuabar L 等[11]指出，在城市规划设计时，应考虑植被对城市气候的影响。本研究选取鄂尔多斯东胜区市民日常健身行为频发的铁西公园和青铜器文化广场作为研究区域。采用实地测量法对公园及广场中各选取的9 个样区进行数据采集和分析。以期通过不同下垫面和不同高度的选择来改善高原地区城市开敞空间的不良气候状况，以提升城市开敞空间环境的舒适度。

1 材料和方法

1.1 研究地概况

鄂尔多斯市位于内蒙古自治区西南部，地处鄂尔多斯高原腹地。地理坐标为北纬37°35′24″～40°51′40″，东经106°42′40″～111°27′20″。鄂尔多斯属典型的温带大陆性气候，日照丰富，无霜期短，降水少且时空分布极为不均，蒸发量大。铁西公园位于东胜区铁西新区的核心部位,青铜文化广场与铁西公园相邻（图1）。

1.2 研究方法

图1 Ⅰ鄂尔多斯区位图Ⅱ东胜区区位图Ⅲ研究地区位图Ⅳ测点分布图

1.2.1 样区选取。研究区域位于内蒙古自治区鄂尔多斯市东胜区,观测点选取东胜区铁西公园A1～I1 和青铜文化广场A2～I2 各9 个样点进行研究（2）观测地相邻），各样点观测情况见表1、表2。

表1 不同高差的观测点情况

1.2.2 测试方法。现场实测以定点观测为主，为减少测量误差，特选取2019 年春夏秋冬4 季气流平稳，天气晴朗的1 周作为测量时间。测量时间为每天8:00～18:30，时间间隔为1min，观测各点1.5m 高处的气候因子，为了减少误差，同一时间同一地点每次记录数据20 个，求取平均值作为最终样本数据。测量仪器使用Testo-405-v1 风速仪测量风速，空气温度和相对湿度是通过Testo625 温湿度仪测量（见表3）。

表2 不同下垫面观测点情况

表3 仪器表

2 结果与分析

2.1 不同高差的微气候差异

2.1.1 空气温度。由图2 可知，铁西公园各测点全年空气温度均呈先增高后降低的变化趋势，春季和秋季24台阶温度最高，平均温度分别达到19.09℃和12.67℃，夏季和冬季平地温度最高，平均温度分别为31.54℃和2.71℃，高台全年温度均较低，特别是冬季最低为-2.39℃，同比平地温差为6.09℃。图3 所示，文化广场春秋冬季各个测点的空气温度整体呈波动上升趋势，夏季整体温度较高；各测点的全年平均空气温度为平地最高，春夏冬季为6 台阶最低，秋季为高台最低。综上可知平地温度相对较高，12 台阶及高台温度相对较低，因此不同高差对温度有一定的影响，且相对低的地方温度微高，反之温度稍低。

2.1.2 相对湿度。图4 显示，铁西公园春秋季各测点相对湿度呈逐渐下降趋势，夏冬季各测点相对湿度整体呈先下降后上升的趋势,春季4 个测点相对湿度为A1＞C1＞B1＞D1，夏冬季4 个测点相对湿度均为A1＞B1＞C1＞D1，秋季4 个测点相对湿度为B1＞D1＞C1＞A1；4 个测点除秋季24 台阶湿度较高，高台湿度较低外，春夏冬季的平均相对湿度均为高台最高，平地最低。由图5 可知，青铜文化广场4 季的相对湿度变化趋势与公园一致，但冬季波动较大。春季各测点的平均相对湿度为D2＞B2＞C2＞A2，夏季4 个测点相对湿度为C2＞D2＞B2＞A2，秋冬季4 个测点相对湿度均为A2＞D2＞B2＞C2；春季和夏季为平地和6 台阶的相对湿度最高，高台相对湿度最低；秋冬季为高台最高，6 台阶相对湿度较低。综上可知，不同高差对公园广场的湿度影响差异明显，高台在公园的增湿效果较好，平地湿度较差。高台和6 台阶对广场的相对湿度受季节影响显著。

图2 公园不同高度的空气温度日变化特征

图3 广场不同高度的空气温度日变化特征

图4 公园不同高度的相对湿度日变化特征

图5 广场不同高度的相对湿度日变化特征

2.1.3 风速。由图6 可示，铁西公园各测点的日平均风速波动趋势较大，4 个测点的平均风速为春季11 台阶最大为0.77m/s，夏秋冬季为高台最大分别达到1.04m/s、0.68m/s、0.76m/s。除夏季平地风速较小外，春秋冬季分别是24 台阶最小。图7 显示，青铜文化广场春季各测点的平均风速为A2＞C2＞B2＞D2，夏季4个测点风速为A2＞D2＞C2＞B2，秋冬季4 个测点风速值均为C2＞B2＞A2＞D2。春夏季为高台最高，秋冬季为6 台阶最高。除夏季12 台阶风速最低外，春秋冬季平地风速最低。综上可知，在公园广场上高台风速相对较高，24 台阶和平地风速相对较低，不同高差对风速有一定的影响，而公园广场内部下垫面较为复杂，风速没有明显规律。

图6 公园不同高度的风速日变化特征

图7 广场不同高度的风速日变化特征

2.2 不同下垫面的微气候差异

2.2.1 空气温度。由图8 可知，铁西公园全年各测点的日平均空气温度变化规律总体呈现为波状式上升，之后下降，春季5 个测点的平均空气温度为G1＞I1＞F1＞H1＞E1，夏季5 个测点空气温度为H1＞E1＞I1＞G1＞F1，秋季5 个测点空气温度为H1＞I1＞E1＞G1＞F1，冬季5 个测点空气温度为E1＞G1＞F1＞I1＞H1。夏季和秋季硬质铺装温度最高，密林温度最低；春季草坪温度最高，疏林温度最低；冬季疏林温度最高，硬质铺装温度最低；春秋季水域的温度也相对较高。图9 显示，青铜文化广场全年各测点的日平均空气温度总体呈现波动式增高后降低的趋势，春季和秋季林荫路温度最高，硬质铺装最低。夏季草坪温度最高，疏林温度最低；冬季林荫路温度最高，疏林温度最低。综上可知，不同下垫面对温度有一定的影响，密林在夏季降温作用最为明显，硬质铺装温度相对较高，水域及林荫路在春秋季具有一定的保温效应。

图8 公园不同下垫面的空气温度日变化特征

图9 广场不同下垫面的空气温度日变化特征

2.2.2 相对湿度。由图10 可知，铁西公园各测点的日平均相对湿度总体呈下降趋势，春季5 个测点相对湿度为H1＞E1＞F1＞I1＞G1，夏季5 个测点相对湿度为F1＞G1＞E1＞I1＞H1，秋季5 个测点相对湿度为F1＞G1＞E1＞I1＞H1，冬季5 个测点相对湿度为I1＞G1＞H1＞F1＞E1。夏季和秋季密林相对湿度最高，硬质铺装的相对湿度最低，水域次之；春季硬质铺装的湿度较高，草坪的湿度较低；冬季水域相对湿度最高，疏林湿度最低。图11 显示，青铜文化广场各测点的日平均相对湿度变化规律呈总体下降趋势，春季各测点的平均相对湿度为E2＞H2＞G2＞F2＞I2，夏季5 个测点相对湿度为G2＞I2＞E2＞F2＞H2，秋季5 个测点相对湿度为F2＞I2＞H2＞G2＞E2，冬季5 个测点相对湿度为G2＞H2＞E2＞F2＞I2。夏季和冬季为草坪最高，春秋季分别为疏林和密林最高。春季和冬季林荫路空气湿度最低，夏秋季分别是硬质铺装和疏林相对湿度最低。综上可知，公园夏秋季密林的增湿效果较强，但水域未起到增湿作用；水域在冬季的增湿效果较好。草坪在广场夏冬季的增湿效果较强，密林的增湿作用不明显，但密林在秋季的增湿效果明显。由此可见，各下垫面对公园广场的增湿效应差异明显，且季节差异也较为明显。

图10 公园不同下垫面的相对湿度日变化特征

图11 广场不同下垫面的相对湿度日变化特征

图12 公园不同下垫面的风速日变化特征

2.2.3 风速。由图12、13 所示，全年铁西公园各测点日平均风速的变化规律均不明显，5个测点的平均风速为春夏秋季硬质铺装最大，水域冬季风速最大，其他季节持中；全年密林风速最小。

图13 广场不同下垫面的风速日变化特征

文化广场各测点春夏季硬质铺装的风速最大，草坪风速最小；秋季草坪风速最大，冬季疏林风速最大，秋冬季均是密林风速最小。综上可知，不同下垫面对风速有较大的影响，对于公园而言，水域对风速的影响不大，硬质铺装的风速较大，密林全年的阻风效果最佳；对于广场而言，各下垫面对风速影响的季节差异显著，因此各下垫面的选择应该因时而异。

2.3 不同季节的微气候差异

2.3.1 不同高差各因子的季节差异。图14 表明，铁西公园和文化广场各测点空气温度的季节差异为夏季＞春季＞秋季＞冬季，相对湿度的季节差异为秋季＞夏季＞冬季＞春季，铁西公园风速的季节差异为夏季＞春季＞冬季＞秋季，文化广场各测点风速的季节差异为夏季＞春季＞秋季＞冬季。通过上述分析可知公园广场的空气温度和相对湿度的季节变化一致，但风速在秋冬季节有差异，公园冬季风速大于秋季，广场冬季风速小于秋季。公园冬季各样点的风速均大于秋季，特别是平地冬秋季风速差达到0.21m/s，广场高台与平地秋季风速均小于冬季，12 台阶与6 台阶秋季风速均大于冬季，特别是6 台阶秋冬季风速差达到0.16m/s。

图14 公园广场不同高差各因子的季节差异

图15 公园广场不同下垫面各因子的季节差异

图16 公园广场各因子的季节差异

2.3.2 不同下垫面各因子的季节差异。由图15 可知，铁西公园及文化广场各测点空气温度的季节差异均为夏季＞春季＞秋季＞冬季，相对湿度的季节差异为秋季＞夏季＞冬季＞春季，铁西公园风速季节差异为春季＞夏季＞冬季＞秋季，文化广场则为夏季＞春季＞冬季＞秋季。通过上述分析可知，公园和广场的空气温度和相对湿度的季节差异一致，但风速在春夏季节有差异，公园春季风速大于夏季，广场夏季风速大于春季。公园春季各样点风速均大于夏季，特别是硬质铺装的风速较高达到0.83m/s，疏林风速达到0.8m/s，水域风速达到0.72m/s。广场夏季各样点的风速均大于春季，特别是硬质铺装的风速达到了1.01m/s，草坪的风速达到0.74m/s，疏林的风速达到0.70m/s。这与风速的不稳定性和流动性以及公园广场下垫面差异有关。

2.3.3 公园与广场的季节气候差异。如图16 所示，公园全年的平均温度高于广场，但是春季平均温度低于广场，温差约为0.58℃，夏秋冬季公园温度均高于广场，特别是夏季温差较大达到1.92℃。广场全年的平均相对湿度大于公园，除春季公园湿度大于广场外，夏秋冬季公园湿度均小于广场，其中夏季的湿度差较大达到1.94%。公园全年的平均风速微大于广场，春冬季公园风速大于广场，特别是冬季风速差较大为0.1m/s，夏秋季公园风速小于广场。

3 结论与讨论

铁西公园夏冬季以及文化广场全年平均空气温度均为平地最高，高台相对较低，这表明空气温度随着地势增高而降低。公园春夏冬季的平均相对湿度均为高台较高，春冬季平地的相对湿度最低，广场相对湿度秋冬季为高台最高，春夏季高台最低。公园夏秋冬季风速为高台最大，广场春秋冬季平地风速最低，说明地势较低时空气风速较小，由于各高差不大，跟气压的关系较少，主要是跟地面的空气阻挡物有关。

夏季和秋季观测时段，铁西公园和文化广场均表现为硬质铺装的空气温度最高，密林的空气温度最低。说明密林比疏林、草地、水体、硬质铺装，林荫路等有更显著的降温增湿作用，这与前人研究的结果[12-16]基本一致。因此用地平衡上应保证一定的密林和硬质铺装的比例，以保证人们拥有舒适的健身环境。由于鄂尔多斯的特定环境，水体的降温增湿效果不显著，与Cheng 等[17-18]研究结果不一致。

鄂尔多斯春夏秋冬四季公园和广场不同下垫面的空气温度相对湿度及风速均有较大的差别，这与许多前人的研究[7,12,19]结论一致。公园与广场在分别空气温度和相对湿度上的季节变化一致。在风速上的季节变化有所差异，铁西公园春季的风速最大，夏季和冬季次之，秋季风速最小。文化广场夏季风速最大，春季次之，秋冬相对较小。