高校校园道路小气候及人体舒适度的影响研究★

黄雪扬，王蓝青，李大鹏，陈 燕,2

(1.湖南科技大学建筑与艺术设计学院，湖南 湘潭 411100; 2.湖南科技大学生态修复与景观设计研究所，湖南 湘潭 411100; 3.中南林业科技大学风景园林学院，湖南 长沙 410004)

校园道路是校园交通的骨架，是校园结构布局的关键因素，校园行道树是校园道路和校园绿化的重要组成部分。目前国内外一些研究者对校园绿化、城市行道树树种的降温增湿效应和人体舒适度做出了相应的研究[1-4]，研究表明行道树既能调节局部小气候，还能削弱噪声以及提供阴凉等功能，能够为校园提供环境优美生态良好的新环境[5-9]。但是，目前国内对于校园道路小气候与人体舒适度的研究较少，缺乏此方面的研究资料。而且大部分师生在教学、通行中以步行为主要方式，其使用时间段主要集中在春、秋两学期，校园道路绿地使用频率高、要求高，校园道路绿地肩负着对人体舒适度的重要调节作用，校园道路的舒适度建设亟需合理的理论指导，因此此研究具有很高的研究必要性。

此次调研利用温湿度测量仪、风速仪、照度计等仪器对湖南科技大学道路两侧的行道树绿化情况进行调查，初步探究不同道路形式与植物搭配对春学期校园道路小气候的改善作用，为校园道路提供合理的绿化建设建议与指导方案。

1 研究区域概况

湖南科技大学(112°90′E，27°87′N)位于湖南省湘潭市雨湖区，校园占地面积2 km2，校园绿地率达78.3%。属于亚热带季风气候，地处内地，大陆气候特征显著。四季划分明显，降水多，夏高温，冬寒冷。湘潭地区，3月平均气温13 ℃，降水量135.8 mm，4月均温16 ℃，降水量161.2 mm，5月均温22 ℃，降水量324.61 mm，6月均温26 ℃，降水量148.34 mm(引自中国气象局资料)，各测试日天气情况见表1，各测试仪器主要参数见表2。

表1 各测试日天气状况

表2 各测试仪器主要参数

2 实验方法

2.1 小气候因子实验方法

本次实验数据测量，选择了2021年春季学期(3月～6月)的晴天(少云)进行，因为春学期3月～6月为师生在校主要时间，测试更具有代表性。测试时间分别是3月28日、4月23日、5月22日、6月20日。在校园内选定的6条主干道与对照组进行测量，每条道路均设3个测点并记作3个重复进行测量，所选测试时间为师生活动频繁的7:00～19:00。对各个测点的平均风速、光照强度、风向、空气温度、相对湿度等道路小气候要素进行定点往返测量，即整点前对各要素进行一次测量，整点后再进行一次测量，两次测量顺序相反。各测点数据每2 h进行一次记录，仪器测量高度须距地面1.5 m，重复3次测量各道路小气候因子数据，为保证结果的可靠性取其平均值作为数据记录。勘正数据后取各要素的平均值为最终小气候要素值。采用IBM SPSS Statistics 19.0统计分析软件对不同绿化模式道路的人体舒适度与各小气候要素进行相关性与显著性分析，再用EXCEL进行数据计算并进行数据分析。

2.2 郁闭度计算方法

郁闭度指林冠的垂直投影面积与林地面积之比，它可以反映林冠的郁闭程度[10]。郁闭度数值的大小是反映林下空间遮阴程度的一个重要指标。其以0～1的数值表示，完全覆盖为1，无乔木覆盖为0。根据联合国粮农组织规定，0.70(含0.70)以上的郁闭林为密林，0.20～0.69为中度郁闭，不大于0.1～0.20(不含0.20)以下为疏林。

2.3 测点分布与植被情况

基于校园师生的行为活动与道路实际使用情况，根据使用多、有代表、有价值的原则选择周围无树木遮阴的湖南科技大学东门空地作为参照点，无明显建筑遮挡的校园6条主干道作为观测路段。在每一条主干道观测段的前中后三个位置分别设置3个观测点(测点基本情况见表3)，每条道路的3个观测点分别位于道路的前中后，以求能够更好的代表道路的实际情况。根据郁闭度的不同分别选出高郁闭度、中郁闭度、低郁闭度3种类型的校园道路活动空间共19个测点(包括对照点分布情况见图2)。

表3 各道路及测点基本情况

实验地点位于湖南科技大学的主干道路，道路绿化模式有两种，分别为一板两带式和两板三带式，道路有东西向和南北向之分。其中，致志路-1、致志路-2、至诚路为一板两带式道路；樱花路、唯实路、惟新路为两板三带式道路。单行行道树布置，平均株距4.5 m(道路植被配置见表4)。

表4 道路植被配置情况

本实验采集主要乔木的胸径，采用乔木1.3 m～1.5 m处作为胸径测量区域，胸径取道路乔木均值，乔木的冠幅采用最下枝法求取并取均值。

2.4 人体舒适度测试方法

人体舒适度指数是日常生活中较为常用的以数据与等级划分来表现人体舒适度的方法。本研究采用上海气象局提出的综合舒适度指标为依据进行统计分析。其表达式为:S=0.6(|Ta-24|)+0.07(|RH-70|)+0.5(|V-2|)。其中,S为综合舒适度指标;Ta为空气温度,℃;RH为空气相对湿度,%;V为风速,m/s。并确定:S≤4.55为舒适;4.559.00为不舒适,难以忍受[11]。本研究以每条道路3个测试点的人体舒适度均值作为本道路人体舒适度最终值，并以此为实验数据分析标准，对各道路人体舒适度进行评价,进行数据分析,并以此为依据寻找各小气候因子与人体舒适度之间的联系。

3 结果与分析

为提高实验结果的科学性，将各道路各测量日的小气候因子测量数据的平均值作为最终数据进行分析。

3.1 热因子分析

3.1.1 空气温度分析

3月～6月各道路空气温度分析见图3。

对于空气温度数据的整理可发现，各月各道路的空气温度均低于对照点。这表明一定的植物遮阴对于空气温度具有一定的影响。总体上各月高郁闭度道路温度>中郁闭度道路温度>低郁闭度道路温度(个别月份会有较小差别)。同样是在中郁闭道路中，树木较多绿化情况较好的唯实路、惟新路相较于树木较少绿化较差的至诚路、致志路-2在道路温度上较低。各道路温度变化趋势一致但温度差异明显，尤其是中午，温度相差最高可达6 ℃。各道路之间的空气温度之间呈现出的差异表明了郁闭度也会对空气温度产生间接影响，绿化类型与植被越丰富的情况下郁闭度越高，郁闭度越高空气温度越适宜。可以发现，在春学期的晴天太阳辐射较强时，树种较为丰富、胸径较大、数量较多的乔木能够显著降低太阳照射，影响空气温度，进而提高道路的人体舒适程度。

3.1.2 光照强度分析

3月～6月各道路光照强度分析见图4。

对于光照强度数据的整理可发现，春学期各月中不同郁闭度道路的光照强度差异较大。无植被遮阴的对照组光照强度最高，最高可达20 000 lx，中郁闭度空间下的树木冠幅小、数量较少的致志路与至诚路光照强度次之，数目遮阴条件良好的中郁闭度唯实路、惟新路和高郁闭度的樱花路光照强度最低。各条道路的光照强度在中午11:00～13:00达到峰值，在此时的差异也最为明显。说明在春学期的晴天，相较于无遮阴空间，适度的遮阴会降低光照强度，减少一部分的阳光照射。同时乔木的遮阴空间受树冠横截面积影响，遮阴效果会随着乔木生长的变化而变化，6月份乔木遮阴效果要大于3月份乔木遮阴效果，生长情况越良好的乔木对于光照强度的影响越大，更能对人体舒适程度产生影响。

3.2 湿因子分析

3月～6月各道路相对湿度分析见图5。

对于道路相对湿度分析数据的整理可发现，相对湿度与空气温度的变化曲线呈相反的趋势，相对湿度的变化与光照强度和空气温度的变化有着密切的联系，二者紧密相关。对照点的相对湿度最低，其他高、中、低郁闭度道路相对湿度差异较小，三者总体变化趋势一致。但仔细分析可看出，植被条件相对较好以及周边有月湖环绕的致志路-1、致志路-2两条路的湿度条件较高。唯实路、惟新月路两条路相对湿度较高，是因为植被带来的遮阴空间较多能够有效的减少空气水分的蒸发从而保持湿度，樱花路有明湖作为水分的提供空气湿度也较高，由此得出结论：光照强度、郁闭度与周边水环境对空气相对湿度有着明显的影响。

3.3 风因子分析

3月～6月各道路风速分析见图6。

计算6条道路以及对照点风速可发现，各道路风速差异较为明显，在乔木较少或冠幅较小的道路中，相对开敞的中低郁闭度空间对于风的阻碍因素较少，流动性强风速大。植被相对丰富相对闭塞的高郁闭度空间对于风的阻碍因素较多，流动性弱风速低。此外风速和风量也受到了道路、周边建筑布局、乔木种类和水体的影响，同样的空间类型中，相邻的水域面积越大，风速越大(以致志路为例)；而相同的空间类型中，若周围有建筑阻挡，则风速越小(以樱花路为例)。

3.4 人体舒适度及其相关性分析

3月～6月各道路日均人体舒适感如图7所示。

对比各月各道路的日平均人体舒适度，结果显示在校园春学期的晴天日数中，各不同配置的道路绿化模式人体舒适度值相较于对照点较小，几乎所有道路人体舒适度指数均在舒适与较舒适的范围之内。更加炎热的5月、6月各道路人体舒适度差异较3月、4月更大，人体舒适度具有明显的季节性差异。总体上高郁闭度道路人体舒适度>中郁闭度道路人体舒适度>低郁闭度道路人体舒适度。并且通过同等中郁闭度道路模式的对比发现两板三带式中郁闭度道路人体舒适度相较于一板两带式中郁闭度道路总体较高。植被搭配越丰富的道路人体舒适度相较于同类型植被搭配单一的道路人体舒适度更高。计算道路人体舒适度，说明通过合理的道路绿化模式的选择可以提高校园内来往师生的舒适度，同时也可以通过种植生长情况良好的行道树，提高道路遮阴程度，关注人体舒适度月变化规律度进一步提高道路舒适度。

利用IBM SPSS Statistics 19.0统计分析软件分析各测点的郁闭度、树木胸径、树种、道路绿化模式及各小气候要素与人体舒适度之间的显著性与相关性(见表5)。结果显示，在置信度(双测)为0.01时，道路郁闭度、光照强度、空气温度、胸径、道路绿化模式、风速、树种存在显著正相关关系；与相对湿度存在显著负相关关系。在春季，太阳照射角度与时间增加，光照强度与空气温度随着时间的推移不断上升，校园道路的使用者的人体舒适度不断降低，种植冠大阴浓的乔木，丰富不同的植被搭配，合理的设置道路的宽度，能有效地降低温度与光照等不利于人体舒适度提高的小气候要素，进而提高春学期校园道路空间人体使用舒适程度。

表5 人体舒适度和郁闭度及各小气候因子相关性分析

4 结论与讨论

通过以上各道路小气候要素的科学测量和严谨的数据分析得出以下结论：

1)光照强度和空气温度以及植被的选择与生长情况是影响道路小气候和人体舒适度的重要因素。校园道路行道树郁闭条件越好，营造的小气候越宜人，人体舒适度越高。

2)行道树的数量与生长状态与道路的绿化模式对于提高人体舒适度有重要的作用。两板三带式道路提高人体舒适度效果较一板两带式道路显著。在道路中胸径较大的行道树提高人体舒适度效果较胸径小的行道树显著。

3)行道树都具有明显的遮光效应，其遮光效应大小排序为香樟>雪松>杜英>桂花>广玉兰。乔+灌+草和乔+草的绿地类型遮光率均显著高于草坪，后者几乎没有遮光效果。不同的道路绿地类型的遮光效应大小排序为乔+草>乔+灌+草>草坪。

本实验仍存在一定的缺陷：1)伴随着太阳高度的变化，树木的遮阴空间也在变化，树木遮阴程度与郁闭度的大小也发生着变化，无法兼顾郁闭度的日变化对于实验的影响。2)所选择的测试日风因子条件差异小，模糊了风因子对人体舒适度的影响作用，应当选择风因子差异明显的测试日、测试地点进行测量。3)测试的日期多为工作日且局限于白天，未考虑周末和晚间师生的户外使用情况，也需完善。

对校园道路绿化设计的建议如下：第一，在校园道路的行道树配置上，首选冠大阴浓、分枝点较低的乔木或密度较高的灌木，并配以一些草本植物，能在天气炎热有效阻隔直射的阳光，削弱光照强度，还可以形成错落有致的植物景观，增强道路绿化的人体视觉效果，兼顾美与生态的两方面发展。第二，在校园主干道附近，可以增设一些喷泉、荷花池、跌水等流动性的水体，以此增加空气流通与交换，有效降低空气温度，在与周边道路绿地配合的情况下提高人体舒适度。