重庆市滨江公园与桥下公园夏季热舒适度对比测析*

张俊杰， 柳俊吉， 艾乔， 刘青

1. 重庆交通大学 建筑与城市规划学院， 重庆 400074； 2. 南昌师范学院 美术学院， 南昌 330032

小气候一词由德国气象学家Geiger于20世纪40年代首次提出[1]， 是指在具有相同的大气候特点范围内， 由于小范围内各因素不一致而在局部地区形成的独特气候状况[2]. 城市公共空间的逗留与使用受到人体热舒适度的影响[3]， 规划设计师常常依靠直觉和经验预估城市公共空间的人体热舒适度并进行规划设计[4]. 近年来， 风景园林对于城市公共空间微气候的改善作用愈发被重视， 理论逐渐完善. 从小气候适应性角度着手城市公共空间规划设计可提升其综合功能的发挥[5]， 改善人居环境、 提升城市品质， 成为现今风景园林学科的关注点[6].

通常， 人体感到舒适的空气温度和相对湿度分别为22 ℃～28 ℃[7]和30%～70%(以40%～50%为佳)[8]. 此外， 太阳辐射强度、 风速也是影响人体热舒适度的重要因子[9]. 植物、 地形、 水体、 铺装、 构筑物等风景园林设计要素共同影响城市环境的小气候特征[10]. 玄明君等发现不同下垫面人体综合舒适度指标和舒适时间长度均为林地>草地>旷地[11]； 晏海等研究发现不同树种群落对人体热舒适度的影响差异显著， 夏季由冠大荫浓、 枝叶茂密的树种群落形成的小气候环境更舒适[12]； 王庆等探索了健身设施场地中使人们获得最佳舒适度感受的绿化率、 乔木平均冠幅、 灌木围合度及高度等因素的取值范围[1]； 刘滨谊研究团队研究发现乔灌、 水体、 草坪配比较高， 硬质铺装配比较低的场地人体热舒适程度相对较高[13]， 同时该团队发现4种按顶面遮蔽方式划分的街道空间类型中， 夏季以树荫全遮蔽区、 冬季以建筑遮蔽区最舒适[9]， 还发现建筑细部如骑楼、 房檐和门斗等能在夏季给街道降温增湿、 提供避暑空间[14]. 除此之外， 关于构筑物和景观设施影响小气候的实测案例较欠缺.

城市立体交通的发展， 催生了立交桥下空间. 日前有少量关于桥下空间小气候的研究， 如殷利华等利用Ecotect软件模拟立交桥下自然光环境， 分析桥阴自然光环境规律， 但未进行实测[15]； 刘燕珍等对立交桥下植物景观的小气候进行实测发现， 全遮荫较半遮荫区域气温低 1 ℃～2 ℃， 植物群落结构中以乔灌草组合搭配模式降温幅度最大(1 ℃～2 ℃)[16]. 重庆位于我国西南地区， 为成渝地区双城经济圈核心城市之一， 夏季高温高湿、 静风期长， 气温在35 ℃以上的天数达到了15 d～25 d[17]， 2008年至2013年间夏季高温日平均死亡人数居全国城市之最[18]， 且2008年至2018年间极端高温天数(≥ 40 ℃)呈逐渐增加的趋势[19]， 严重威胁当地人群健康. 重庆市自然山水环境独特[20]， 市内修路架桥顺应自然山水之势[21]， 其桥下空间存在坡地、 堡坎和崖壁等地形； 此外， 其“两江四岸”存在延绵的驳岸和生态廊道[22]， 不同场地类型塑造了多样的小气候. 桥下空间与滨江廊道的治理、 绿化和美化成为重庆城市品质提升的关注点. 在城市发展从增量扩张迈入存量提升新阶段的背景下[23-24]， 重庆市将部分桥下空间和滨江场地作为山体“消极空间”和滨水廊道园林绿化品质提升的重要节点， 建成供市民就近观光、 运动、 交流和休憩的城市公园.

但目前我国尚缺乏山地城市滨江公园和利用立交桥下空间建成的公园(下文简称“桥下公园”)的小气候实测及其人体热舒适度的相关研究. 鉴于此， 本文以九龙外滩公园、 鹅公岩漫步公园及北碚正码头滨江公园为例， 对重庆市滨江公园和桥下公园夏季不同类型场地的太阳辐射、 空气温度、 相对湿度和风速的日变化进行测量， 对比分析人体热舒适度， 并采用行为注记法和访谈式问卷调查游人游园特征、 实际热感受及环境偏好等， 以期明确不同类型场地对热舒适的影响， 提出优化公园夏季小气候的策略和建议， 可为重庆市宜居环境的规划设计提供依据， 助力城市品质提升.

1 研究对象与方法

1.1 场地概况及测点选取

本研究选取重庆市九龙坡区长江滨江的九龙外滩公园(北纬 29°31′20″、 东经 106°31′38″)， 与之相距约300 m的鹅公岩漫步公园(北纬 29°31′15″、 东经 106°31′26″)， 以及嘉陵江滨江的北碚正码头滨江公园为研究对象(北纬 29°49′49″、 东经 106°26′38″， 与前两者相距约35.4 km)(图1)， 3者均为开放式公园.

九龙外滩公园为重庆著名的滨江公园. 选取与滨江道路在同一层级的区域进行观测， 整体地势平坦， 面积约5.36万m2. 选取摆放健身设施的健身区(测点3 m范围内有枝叶稀疏的小乔木)、 设置儿童活动设施和沙坑的儿童活动区、 下垫面为草皮的大草坪、 大面积硬质铺装的大广场(对照CK)和散植了10余株大樟树的林荫休息区(下文简称“林荫区”)共5个测点(图2). 除健身区和林荫区外， 其余3个测点以观测者所在位置为圆心、 半径10 m范围内均无遮蔽光照和视线的要素.

鹅公岩漫步公园为重庆市第一个利用立交桥下坡地打造的桥下公园， 面积约6.32万m2， 绿地率约85%， 其南面为山体崖坡. 公园由健身梯道(高差约70 m的健身梯道贯穿公园东西， 含18处休息平台)， 景观山丘， 主入口平台等构成(图3). 经测量， 各级平台地面距立交桥底面的高度在14.8 m至49.5 m之间. 选取健身梯道的其中3处休息平台(主入口平台、 中位平台和东入口平台)、 娱乐广场和美人梅休息平台共5处游人活动频繁的场地作为测点， 并以桥面投影外的空地作为对照(CK). 前3处休息平台均位于立交桥面投影部分(合称为“鹅公岩桥面投影测点”)， 美人梅休息平台和娱乐广场分别约65%和35%的面积处于桥面投影部分.

北碚正码头滨江公园(以下简称“北碚滨江公园”)位于北碚嘉陵江大桥匝道下， 既是滨江公园， 又是桥下公园， 为北碚著名的综合性公园， 占地面积约5.89万m2(图4). 选取含大面积硬质铺装的正码头广场(对照CK)、 供孩童玩沙的儿童沙坑、 供游人桥下活动的桥下游憩区、 可吹江风赏江景的桥下滨河区、 供静坐休憩的桥下休息区(其中一面为堡坎)以及摆放较多健身设施的桥下健身区共6处作为测点. 后4个测点位于北碚碚东嘉陵江大桥匝道下桥面投影区中(合称为“北碚桥面投影测点”)； 其余2个测点以观测者所在位置为圆心、 半径10 m范围内均无遮蔽光照和视线的要素.

图1 3个公园(研究场地)所处位置

图2 九龙外滩公园平面图与测点

图3 鹅公岩漫步公园平面图与测点

图4 北碚正码头滨江公园平面图与测点

1.2 研究方法

1.2.1 研究时间

结合天气预报， 于2021年选择重庆市夏季典型气候特征时间进行户外实测与调查. 于7月30日(工作日， 晴， 最高气温37 ℃， 平均云量15.0%)在3个公园进行同步测量， 分别于7月24日(休息日， 多云， 最高气温35 ℃， 平均云量31.4%)在鹅公岩漫步公园， 8月1日(休息日， 晴， 最高气温37 ℃， 平均云量14.5%)在九龙外滩公园， 8月3日(工作日， 晴， 最高气温40 ℃， 平均云量14.6%)在北碚滨江公园进行测量(当日气温和云量来源https： //www.worldweatheronline.com/). 各测点于上午(8： 00、 9： 30与11： 00)、 下午(12： 30、 14： 00、 15： 30与17： 00)和晚上(19： 30)3个时段共测量8个时间点的小气候数值.

1.2.2 仪器测量与热舒适度指标

场地面积运用合众思壮集思宝手持GPS(G120BD)测量； 桥高(测量点地面距立交桥底的高度)运用激光测距仪(YHJ-200j)测量. 运用TES-1333太阳辐射仪(精度± 5%、 分辨率0.1 W/m2)测定太阳辐射强度； 采用Kestrel 5500手持式综合气象仪距地面高度1.5 m测定空气温度(精度±0.5%、 分辨率0.1 ℃)， 相对湿度(精度±2%、 分辨率0.1%)和风速(精度±3%、 分辨率0.1 m/s). 每30 s记录1次仪器数据， 连续5次取平均值.

以生理等效温度(Physiologically Equivalent Temperature， PET)作为户外人体热舒适度的评价指标[25]. 采用RayMan 1.2软件计算PET， 个人生理指标设置为身高1.75 m， 体重70 kg， 年龄35岁， 服装热阻设为0.5 clo， 新陈代谢率为80 W/m2. 将小气候因子和PET整理为上午、 下午及白天(上午和下午)的平均值.

1.2.3 行为注记与访谈式问卷调查

进行小气候实测的同时， 用行为注记法分时段记录各公园停留人数(路过除外)及到访目的， 并对公园游人进行一对一访谈式问卷调查， 了解其年龄构成， 询问游人夏季环境偏好及改善场地热舒适度的建议等. 同时以非常不舒适、 不舒适、 舒适和非常舒适4级标准， 采用热舒适度投票(Thermal Comfort Vote， TCV)调查游人的实际热感受[9]. 鹅公岩漫步公园、 九龙外滩公园与北碚滨江公园分别发放119、 126和124份问卷， 没有接受完整访谈或随意作答的问卷将被当场淘汰， 问卷回收率为100%， 且全部有效.

1.2.4 数据统计与处理

运用SPSS 26.0软件整理与统计数据， 运用单因素方差的多重比较(Duncan)分析7月30日白天3个公园所有测点小气候的差异显著性， 将公园停留人数与公园全天小气候因子的关系用 Pearson相关系数(双尾检验)进行相关性分析. 运用Excel 2007绘制柱状图与线性回归关系图.

2 结果与分析

2.1 九龙外滩公园小气候

表1显示， 九龙外滩公园除了被树冠遮蔽部分阳光的林荫区， 其余4处测点白天平均太阳辐射多在200 W/m2以上. 由于西面距测点200 m～300 m处有高层住宅遮挡， 故除林荫区外， 各测点下午的平均太阳辐射均较上午低. 樟树的遮荫有一定的降温效果， 7月30日和8月1日上午林荫区比其余测点的气温均值分别低1.5 ℃和1.9 ℃； 两日下午林荫区与其余测点气温均值分别相差2.3 ℃和2.6 ℃. 各测点全天的平均相对湿度呈先降低后升高的趋势， 下午比上午和晚上均低10%以上. 各测点的平均风力均处于软风状态(风速≤2 m/s， 人体无明显“吹风感”)[26]. 林荫区各时段的PET均值皆较其余4处测点低； 无遮挡的儿童活动区、 大草坪、 大广场的PET均值皆较高， 8月1日下午甚至超过了45 ℃， 超出“十分热”的临界值(41 ℃)[27].

表1 九龙外滩公园各测点小气候

2.2 鹅公岩漫步公园小气候

由表2可知， 鹅公岩漫步公园空地和娱乐广场由于场地无遮挡或较少遮挡， 白天太阳辐射较强， 而其余4处测点由于完全或大部分位于桥面投影区， 太阳辐射较弱. 由于7月24日云量较多， 部分测点太阳辐射值较7月30日低. 美人梅休息平台由于上午被太阳照射， 下午太阳照射被桥面遮挡， 故太阳辐射值变化较大. 两日中各测点下午的气温分别比上午高1.6 ℃～4.6 ℃和1.7 ℃～2.9 ℃， 以娱乐广场升温最显著， 应是下午太阳大部分时间直射广场及下垫面为混凝土地坪的缘故. 3处桥面投影测点的气温均较低. 下午各测点的平均相对湿度均低于上午. 各测点全天各时段的平均风力均为软风. 晚上各测点气温差距缩小， 以空地的气温最高， 应是下垫面白天吸收的太阳辐射较多， 其夜间地面长波辐射较强所致， 但其相对湿度最低.

根据生理等效温度热感觉和生理应激等级划分， 对户外空间环境热舒适度进行评价， 夏季PET值越低， 人体感到越舒适[27]. 除美人梅休息平台下午的PET均值较上午低之外， 其余测点下午的PET均值较上午高. 无遮挡的空地热舒适度最低； 3处桥面投影测点的PET均值均较其他测点低， 相对舒适.

2.3 北碚滨江公园小气候

据表3可知， 正码头广场和儿童沙坑由于附近无遮挡， 两日中白天平均太阳辐射均大于180 W/m2， 而其余4个测点位于桥面投影区， 阳光仅在某时段能投射到测点， 故太阳辐射较弱. 两日中各测点下午的气温分别比上午高2.7 ℃～5.1 ℃和4.8 ℃～7.4 ℃. 8月3日正码头广场和儿童沙坑最高气温达43.2 ℃和44.1 ℃. 下午各测点的相对湿度均较上午低， 且8月3日因气温较高， 各测点相对湿度多在30%至40%之间. 各测点的平均风力也均为软风状态. 晚上各测点的温、 湿度差距缩小. 正码头广场及儿童沙坑的PET均值较高， 下午在42.7 ℃至51.4 ℃之间， 均超出“十分热”的临界值， 4处桥面投影测点PET均值在33.9 ℃至39.9 ℃之间， 属“温暖”或“热”的范畴[26].

表2 鹅公岩漫步公园各测点小气候

表3 北碚滨江公园各测点小气候

续表3

2.4 3个公园小气候比较

由表4可知， 7月30日3个公园在各对照测点之间， 以及两滨江公园中的儿童沙坑与儿童活动区之间在太阳辐射、 气温、PET均值上均无显著性差异， 说明3个公园间的各小气候因子可进行比较.

九龙外滩公园(滨江公园)的大广场与鹅公岩漫步公园(桥下公园)和北碚滨江公园(兼为滨江公园和桥下公园)的桥下投影测点的气温差值最高分别达5.1 ℃和5.3 ℃， 降幅达13.0%和13.4%. 两桥下公园7处桥面投影测点的太阳辐射、 气温及PET均值均显著低于对照及九龙外滩公园除林荫区外的所有测点， 无桥面遮挡的九龙外滩公园整体热舒适度较低. 65%位于桥面投影区的美人梅休息平台的平均气温显著低于3个公园的无遮挡测点和娱乐广场.

图5 鹅公岩漫步公园与北碚滨江公园桥面投影测点太阳辐射值与气温的线性回归关系

将两日中鹅公岩漫步公园与北碚滨江公园各桥面投影测点的太阳辐射值与气温进行相关性分析， 发现两因子间呈显著正相关(图5，R2=0.533 5，p<0.01). 说明在桥面投影区域， 气温随着太阳辐射的增大而升高. 由于立交桥桥面遮挡了大量太阳辐射， 7月30日两公园所有测点的太阳辐射、 气温和PET均值分别较九龙外滩公园显著降低59.4%和43.8%， 6.3%和6.4%， 15.9%和12.7%， 湿度则显著提升15.5%和19.3%， 即白天鹅公岩漫步公园与北碚滨江公园的小气候较九龙外滩公园舒适.

同属于滨江公园， 北碚滨江公园的桥面投影测点的相对湿度显著高于九龙外滩公园的大部分测点； 同属于桥下公园， 鹅公岩漫步公园与北碚滨江公园各测点的相对湿度无显著性差异， 但桥面投影测点的相对湿度较其余测点略高. 总体而言， 两个滨江公园的各测点平均风速较鹅公岩漫步公园略高， 但多数测点间风速差异不显著.

两桥下公园桥面投影测点与非桥面投影测点间的PET均值最大差分别达10.3 ℃和11.4 ℃. 根据热舒适指标与热感觉的关系[27]， 两桥下公园 7处桥面投影测点和美人梅休息平台的热感觉属于温暖范畴(23 ℃41 ℃). 林荫区的PET均值显著低于除7处桥面投影和美人梅休息平台外的其余测点.

表4 7月30日3个公园白天各测点小气候

图6 公园受访者年龄组成

2.5 观察与调研问卷分析

3个公园的受访者在年龄组成上有差异(图6). 鹅公岩漫步公园受访的多为60岁以上的老年人(39.5%)及36～59岁的中年人(37.0%)； 九龙外滩公园则以中年人占比最高(42.9%)， 其次为19～35岁的青年人， 占比27.8%； 北碚滨江公园4个年龄段的人数相对平均， 中年人占比稍高(32.3%).

图7显示， 在7月30日， 以北碚滨江公园全天的游憩总人数最多， 晚上甚至达269人； 但8月3日很可能由于天气更炎热， 北碚滨江公园使用总人数骤减， 下午仅有不到10人停留. 工作日， 鹅公岩漫步公园以气温较低的上午和晚上停留的游人较多； 而九龙外滩公园白天太阳辐射强度大， 气温高， 多数场地人体感觉十分炎热， 上下午均不足10人停留， 晚上游憩人数猛增至117人. 休息日， 鹅公岩漫步公园上午停留人数达162人， 下午和晚上下降超过50%； 九龙外滩公园休息日呈现上午游人较工作日多， 下午锐减， 晚上激增的趋势.

3个公园的停留人数与公园内各场地全天的平均气温、PET均值呈极显著负相关， 分别与平均太阳辐射和相对湿度呈显著负相关、 正相关， 与平均风速不相关(表6). 证明夏季气温越低、 热舒适程度越高， 来公园游玩的人越多.

图7 公园停留人数

表6 公园停留人数与公园全天小气候因子的相关性

图8显示， 鹅公岩漫步公园中， 以休憩为目的的游人为主， 占比29.4%， 其次为穿越公园(路过)的游人， 再次为亲子与锻炼的游人. 由于九龙外滩公园健身与儿童活动设施较多， 故以使用运动器械、 散步、 跳广场舞等锻炼为目的的游人为主， 其次为亲子及游赏江景的游人. 北碚滨江公园因桥下场地休憩与运动设施丰富， 故其以休憩和锻炼为主要目的的游人最多， 其次为放风筝、 唱歌、 棋牌等娱乐活动的游人. 分别有逾四成和逾半数的游人认为鹅公岩漫步公园和北碚滨江公园的小气候环境较舒适， 而逾半数游人评价九龙外滩公园极不舒适(图9).

图8 游人到访目的

图9 热舒适度投票占比

3个公园游人的夏季环境偏好相似(图10)， 较喜欢在多风、 湿润、 阴影、 人少的环境中活动. 图11显示， 鹅公岩漫步公园与北碚滨江公园的游人倾向于增加喷雾、 水景或花草以调节热舒适度. 九龙外滩公园的游人倾向于增加亭或廊、 喷雾、 乔木或花草来改善热舒适度.

图10 游人夏季环境偏好

图11 游人改善场地热舒适度的建议

3 讨论与建议

上述研究表明， 重庆市夏季公园的游人数量随气温的增加而减少， 气温影响游人的游园意愿. 夏季3个公园中， 白天两个桥下公园的气温相对较低(8月3日的北碚滨江公园下午除外)， 游人较多； 无桥面遮挡的九龙外滩公园多数场地白天曝露于阳光下， 除林荫区外所有测点均高于35 ℃， 故游人较少； 8月3日下午北碚滨江公园由于所有测点气温高(桥下投影测点最低温为39.8 ℃)， 游人不超过10人. 故降温是提高重庆夏季公园使用率的关键.

桥面投影测点的相对湿度均较高， 应是桥面形成隔离层， 阻止了水汽扩散、 空气与外界交换以致湿度增加， 但白天均未大于70%的高气湿临界值， 说明桥面投影区域能一定程度增湿. 一般认为， 大面积水体储热能力强， 不易增温， 能加快空气流动， 调节小气候[2， 28]. 副热带高压控制下的重庆主城区夏季酷热， 原本较低的风力再被山城地形和高层建筑削弱， 导致滨江公园场地的风速低， 难以促进汗液的蒸发， 人体降温困难.

三处公园中， 无遮挡的广场、 草坪等场地的PET均值皆较高， 部分或全部下垫面为细沙的儿童活动区和儿童沙坑， 下午PET均值均超出“十分热”的临界值， 甚至达51.4 ℃， 应是其下垫面为细沙， 比热容较小故升温较快的缘故. 林荫区的PET均值显著低于无遮挡的所有测点. 研究表明， 植物通过吸收和反射太阳辐射、 蒸腾作用等以影响周围热环境[29]， 同等覆盖面积下， 乔木改善热环境的效果最好， 人体热舒适较高[25， 30]， 灌木其次， 草坪最差[31]. 故建议活动场地在满足活动必须的硬质铺地外， 夏季可通过提供多种冷却因素以营造热舒适度适宜的空间， 如利用或改造地形， 增植乔木， 增设亭廊、 花架等构筑物进行遮阳， 设置水景或喷雾设施吸收环境热量等以提升热舒适度， 增加公园全天候游人数量.

桥面投影测点和65%位于桥面投影区的美人梅休息平台的热舒适度高于林荫下环境， 显著高于草坪和铺装等无遮挡场地， 且随着投影程度的增加热舒适度提高， 表明桥面投影区域能显著提升热舒适度， 桥面能显著影响夏季户外环境小气候， 故白天两个桥下公园的游人较多. 因此， 桥下公园可一定程度提升交通节点的综合价值.

九龙外滩公园健身区及儿童活动区安装了运动设施与儿童活动设施， 有既定的功能， 部分健身或亲子的游人表示若鹅公岩漫步公园桥面投影区域增设运动器械(现缺乏)， 夏季白天其更乐意到此活动. 而北碚滨江公园的桥面投影区域有较多场地及运动设施， 场地的热舒适较适宜且供活动内容更丰富， 成为其7月30日游人量大于其他两个公园的原因. 可见， 灵活运用桥面遮阳降温的功能设置健身活动或儿童游乐场地， 摆放相应设施， 夏季可提高桥下空间的使用率. 晚上鹅公岩漫步公园与九龙外滩公园的气温相近， 较白天降低， 而北碚滨江公园由于离市中心较远、 热岛效应较低等因素， 晚上降温幅度更大. 游人可在两个滨江公园从事鹅公岩漫步公园没有条件进行的器械健身、 赏滨江夜景、 儿童游玩等活动， 而鹅公岩漫步公园由于活动内容受限， 故游人相对较少.

游人希望场地中人数少， 符合“心静自然凉”的心理， 与张德顺等[28]的研究结果一致. 访谈得知， 多数游人意识到两个桥下公园上部的桥体起到遮阳降温作用， 故不需多增加亭或廊以改善场地热舒适度； 多数游人喜欢湿润的环境， 希望增加水景或喷雾设施以提高夏季空气湿度， 发挥水的蒸发吸热作用， 但其忽略了在相对湿度高于70%的环境下， 人体汗液不易蒸发， 产生闷热感， 使得热舒适度降低[32]； 此外， 增加花草可通过视觉作用于心理上让游人感觉清凉， 但多数人忽略了增植花草会对桥下的通风环境造成影响.

4 结语

本文对重庆市滨江公园和桥下公园不同类型场地进行夏季小气候实测并对比各场地人体热舒适度， 调查游人的游园特征、 实际热感受、 环境偏好与改善场地热舒适度的建议等， 以探讨不同类型场地对人体热舒适度的影响， 提出提升山地城市公园场地的热舒适度的策略和建议， 以期提高公园的全天使用率， 助力重庆市打造高品质生活宜居地. 结果表明夏季桥下公园较滨江公园舒适， 在今后的规划建设中应多利用桥下空间， 优化滨江公园空间， 为山地城市提供更多更好的休憩环境.

本文在有限的时间和场地对滨江公园和桥下公园进行小气候测量研究存在一定的局限性. 在后续研究中， 需进一步量化各因素对重庆桥下公园小气候的影响， 如滨江公园所处的生态廊道、 不同河谷形态类型、 驳岸层级与周边建筑布局等， 或立交桥的跨越形式、 桥体走向及桥下净空的高宽比等因素， 为山地城市公园小气候的适应性设计提供理论参考.