青岛世纪公园景观空间小环境对人体舒适度的影响

刘朵,邢红爽，2,温肇鹏，马晓敏，任洁，李海防

(1. 青岛农业大学园林与林学院，山东青岛 266109；2. 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所，北京 100091)

随着城市化进程的加快，城市绿地在改善城市生态环境方面的作用越来越重要[1-2]。在城市绿地中，各种乔灌木依据景观设计原则，营造出大量景观空间，景观空间不仅能够满足市民多样化休闲娱乐的需求，而且空间小环境对人体生理、心理乃至人体舒适度产生重要影响[3-4]。景观空间小环境作为城市微气候学、景观生态学、城乡规划学等诸多学科交叉领域的研究热点，已成为探究公园绿地生态服务功能方面的重要内容[5]。景观空间小环境受地形、植被、气候、人类及生物活动的影响，随昼夜变化和四季变化，对进入景观空间的游客人体舒适度产生重要影响[6]。目前，国内外关于公园绿地的研究多注重于功能区域化及植物景观配置研究，对不同景观空间小环境对人体舒适度影响的研究相对较少。因此，本研究以青岛世纪公园为例，研究广场型、草坪型和林荫型3种景观空间小环境对人体舒适度的影响，为科学规划设计城市绿地提供理论依据和科学支撑。

1 研究地点与研究方法

1.1 研究地点选取

研究地点选择青岛世纪公园内，公园位于青岛市城阳区(东经120°39′，北纬36°28′)，属北温带季风大陆气候，受海洋气候影响，海陆风较为明显，空气较为湿润，夏季降雨量尤其充沛[7]，全区气候相对温和，夏季平均气温约为26～34 ℃[8]。研究根据科学性、综合性、便利性的原则，在公园内选取广场型(A)、草坪型(B)、林荫型(C)3种典型景观空间，每个空间设置3个观测点(图1)，各观测点间隔10 m，呈等边三角形，即在9个观测点同步进行小环境因子监测。3种景观空间本底特征见表1。

图1 青岛世纪公园3种景观空间位置Fig. 1 Three kinds of landscape spaces location in Qingdao Century Park

表1 3种景观空间本底特征Table 1 Background characteristics of three kinds of landscape spaces

1.2 研究方法

1.2.1 小环境因子测定

实验于2019年夏季6月至8月进行，每月选择7 d晴朗天气，同步测定广场型(A)、草坪型(B)、林荫型(C)3种典型景观空间的小环境因子。每天的测定时间段为7：00到18：00，观测时间间隔为1 h。具体测定方法如下：

1.2.1.1 小气候测定

光照测定采用TES-1332A光照仪测定，测定精度范围0～2×104Lx；空气温度、空气湿度、风速、气压等气象因子测定采用美国Kestrel 3500Po气象测定仪进行测定，其中空气温度监测精度范围-29～70 ℃，风速监测精度范围为0.6～40 m/s，空气湿度监测精度范围为5%～95%。

1.2.1.2 粉尘、负氧离子浓度测定

将粉尘检测仪在距离地面1.5 m处(人体平均呼吸高度)进行粉尘浓度测定；同时，采用999A空气负氧离子检测仪对空气负氧离子浓度进行测定。

1.2.2 小环境因子相关性分析

采用统计分析软件对3种景观空间中的光照空气温度、空气湿度、风速、粉尘、负氧离子等环境因子进行相关性分析，确定各环境因子的相关性。

1.2.3 小环境人体舒适度计算

关于人体舒适度指数的计算，文献有大量不同的公式和方法[9-11]，但影响人体舒适度指数的主要因素为空气温度、空气湿度、风速等微气候因素，论文采用陆鼎煌等[11]人的舒适度计算方法进行计算，公式为：

S=0.6(|T-24|)+0.07(|RH-70|)+0.5(|V-2|)

式中：S为综合舒适度指标；T为空气温度(℃)；RH为空气湿度(%)；V为风速(m/s)。

划分小环境人体舒适度等级，进行人体舒适度评价，具体划分标准如下(表2)：

表2 人体舒适度评价标准Table 2 Evaluation criteria of human comfort

1.3 数理统计分析

采用SPSS 21.0软件进行数据统计分析以及试验数据进行有效性检查、统计分析和图表处理；多重比较采用LSD法。

2 结果与分析

2.1 3种景观空间小环境日变化

统计广场型、草坪型以及林荫型3种景观空间小环境的光照、空气温度、空气湿度、风速、粉尘、负氧离子等环境因子的平均值日变化(图 2)，可以看出，从7：00至18：00，各环境因子均发生规律性变化，广场型光照强度的峰值出现在10：00，为80 420 Lx，草坪型光照强度的峰值出现在13：00，为85 940 Lx，林荫型光照强度的峰值出现在11：00，为34 010 Lx(图2A)。3种景观空间的空气温度都呈凸形曲线，广场型和草坪型空气温度都在14：00达到峰值，分别为32.7 ℃和30.7 ℃，林荫型的空气温度在12：00达到峰值，为28.6 ℃(图2B)；与此相反，3种景观空间空气的湿度都呈凹形曲线变化，广场型和草坪型的空气湿度都在15：00达到最小值，为29.7%、36.4%，林荫型的空气湿度在14：00达到最小值，为42.1%(图2C)。3种景观空间中，风速日变化规律不明显(图2D)。广场型和草坪型的粉尘浓度峰值均出现在18：00，分别为159 μg/m3和119 μg/m3，林荫型的粉尘浓度峰值出现在上午8：00，为58 μg/m3(图2E)。3种景观空间的空气负氧离子浓度也呈凹形曲线变化，在测定时间段内，广场型、草坪型和林荫型均在7：00空气负氧离子浓度为最高峰，其最大值分别为3 260个/cm3、3 782个/cm3、4 654个/cm3(图2F)。

图2 3种景观空间小环境因子日变化Fig. 2 Daily variation of microenvironment factors in three landscape spaces

2.2 3种景观空间小环境比较分析

广场型和草坪型景观空间的光照强度(54 652 Lx、50 130 Lx)和风速(1.8 m/s、1.7 m/s)显著高于林荫型(16 764 Lx、0.4 m/s)(P<0.01)(图3A、3D)；广场型景观空间空气温度(27.9 ℃)显著高于林荫型(26.1 ℃)(P<0.01)，但草坪型与广场型空气温度差异不显著，与林荫型空气温度差异也不显著(图3B)；广场型景观空间空气湿度显著低于林荫型(P<0.01)，广场型、草坪型与林荫型空气湿度分别为36.8%、41%、46.5%(图3C)；广场型粉尘浓度显著高于草坪型和林荫型(P<0.05)，值分别为108 μg/m3、82 μg/m3、39 μg/m3(图3E)；广场型景观空间负氧离子浓度显著低于草坪型和林荫型(P<0.01)，值分别为1 967 个/cm3、2 952 个/cm3、3 515 个/cm3(图3F)。

图3 3种景观空间小环境日均值比较Fig. 3 Comparison of daily mean values of microenvironment in three landscape spaces注：图中柱上不同小写字母表示各类型在P<0.05水平差异显著,不同大写字母表示在P<0.01水平差异显著。

2.3 3种景观空间小环境因子相关性分析

对3种景观空间所有小环境因子相关性进行分析，有表3可知各因子之间的相关性。其中，空气温度与光照呈显著正相关关系(P<0.05)，而空气湿度与光照和空气温度都呈极显著负相关关系(P<0.01)，这是因为随着太阳升起，光照增强，空气温度提高，导致空气水分蒸发散失加快。风速与光照呈极显著正相关(P<0.01)，但与空气湿度呈极显著负相关(P<0.01)，与空气温度不相关，这是由于风速增强，空气水分蒸发加快的缘故。负氧离子与空气湿度呈显著正相关关系(P<0.05)，与空气温度呈显著负相关(P<0.05)，这是由于空气负氧离子的形成往往与植物光合作用等生理过程相关，空间小环境的变化会导致光合作用等植物生理过程发生相应的改变。粉尘与光照、空气温度、空气湿度和风速都不相关。相关性分析说明空气温度、空气湿度和风速这3种环境因子相关性显著，空气温度、空气湿度和风速能够反映小环境因子的人体舒适度。

表3 景观空间小环境因子相关性分析Table 3 Correlation analysis of landscape spatial microenvironment factor

2.4 景观空间小环境与人体舒适度

计算3种景观空间小环境人体舒适度指数，并根据人体舒适度评价标准(表 2)对景观空间舒适度进行分析。由表4可知，在夏季，广场型景观空间7：00人体舒适度评价为舒适，8：00—12：00和17：00—18：00为较舒适，在12：00—17：00时间段为不舒适；草坪型景观空间7：00—8：00和18：00后为舒适，在8：00—12：00和14：00—17：00时间段为较舒适，13：00不舒适；林荫型景观空间7：00—9：00和16：00—18：00为舒适，10：00—15：00为较舒适。整体上看在夏季早上和傍晚3种景观空间的舒适度都较高，但随着太阳的升起，空气温度逐渐升高，舒适度指数下降，当午后空气温度达到高峰时，林荫型景观空间舒适度更高，草坪型景观空间次之，广场型景观空间舒适度最低。

表4 3种景观空间人体舒适度日变化Table 4 Daily variation of human comfort in three landscape spaces

3 结论与讨论

为科学打造城市园林景观空间，提高游客人体舒适度，本研究探讨了广场型、草坪型和林荫型3种景观空间小环境对人体舒适度的影响机理。结果表明，3种景观空间小环境在夏季一天内，具有明显的时空变化特征，光照和气温呈单峰曲线变化，而相对湿度、粉尘、负氧离子等呈凹型曲线变化。一天内光照、空气温度、相对湿度的变化与太阳的升起和降落有关，粉尘变化可能受周边早晚上下班高峰的影响，这与晏海等[12]人对夏季小气候环境的研究结果基本一致。就空气负氧离子而言，日变化规律与金琪等人[13]研究结果一致，都是清晨和傍晚高，白天低。对比3种景观空间微环境各因子平均值，可见广场空间的光照、空气温度、风速、粉尘等都显著高于草坪和林荫型，而空气湿度则低于林荫型。广场属于开放空间，没有植被冠层郁闭，容易受周边大环境的干扰，导致光照强度、空气温度、风速、粉尘等因子较高，而林荫型景观空间由于林冠郁闭度高，树冠遮挡阳光，降温降噪，能够营造低温、高湿的小环境。此外，由于植物的光合作用，植被繁茂的林荫型更加有利于激发空气中的某些分子产生自由电子，附着在一些分子及原子上从而形成空气负离子[14]。段文军等[15]对比研究森林和城市环境空气负离子浓度，发现林内空气负离子浓度都比城市广场增加15倍以上。

分析3种景观空间小环境因子之间的相关性，发现光照、温度呈正相关，且都与空气湿度呈负相关；负氧离子与空气湿度呈正相关，与空气温度呈负相关；粉尘与光照、温度、湿度相关关系不强，这与郭二果等[16]的研究森林环境保健因子的相关性基本一致。就景观空间小环境与人体舒适度关系而言，在夏天，早晚人体舒适度等级都为舒适，但随着太阳的升起，广场和草坪温度逐渐升高，午后，广场和草坪温度达到最高值，广场为不舒适，而林荫型空间由于植被的降温增湿作用，舒适度等级为舒适。草坪型属于软质下垫面，不同于广场的硬质铺装，植物在一定程度上对空间环境产生调节作用。晏海等[17]研究城市公园绿地小气候环境效益及其影响因子发现，夏季不同下垫面气温存在明显差异，硬质铺装的下垫面气温最高，草坪次之，林地气温最低。

综上所述，在北方夏季，林荫型景观空间小气候变化平稳、温度低、湿度大、负氧离子浓度较高，人体舒适度偏高，在游览公园时，游客更倾向于林荫型景观空间，在林下休憩、玩耍；而草坪型景观空间舒适度指数稍高，但是草坪为开放空间，视野宽阔，铺装柔软，游客中特别是儿童，更倾向于利用草坪空间玩耍、嬉戏。广场属于硬质铺装，小气候变化幅度较大，在夏天整体舒适度最低，导致午后利用效率最低。因此，我们在塑造景观空间时，设计师要根据当地的气候、地形、水体、植被和季节等因素，坚持以人为本的设计理念，以提高游客人体舒适度为目标，合理进行植物配置，规划景观小空间的布局，提高景观空间的利用效率。