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校园不同景观微气候与环境舒适度研究——以徐州工程学院为例

2025-05-11 73 上传者：管理员

摘要：为给苏北地区高校景观空间微气候与舒适度的改善提供理论依据，以徐州工程学院中心校区为例，实测分析不同景观空间微气候因子，对比分析不同景观环境舒适度的优劣。结果表明，植物能起到降低空气温度和增加相对湿度的作用，不同的植物群落结构效果不同；硬质铺装下垫面的空气温度高于草地下垫面，相对湿度低于草地下垫面；空间开敞程度对风速有明显的影响，空间结构能对风速起到促进或者阻碍作用；植物状况和群落结构能改善环境舒适度，空气温度对环境舒适度影响最大，空气温度与环境舒适度的相关性远高于相对湿度和风速。

关键词：
微气候
景观空间
气候因子
环境舒适度
生理状态
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校园景观空间是师生进行娱乐､社交和健身的主要空间,在不同时间､地点感受到的温度､湿度等环境因素是否适宜,直接影响着人们的生理状态和心理活动,也反映了人类对自然环境适应程度[1]｡环境舒适度是人体感知外界环境是否舒适的一种表达指标[2]｡20世纪90年代,国内开始对微气候环境的舒适度进行研究,虽然起步较晚,但发展迅速,主要是通过对国外的黑球温度(WetBulbGlobeTemperature,WBGT)指标进行研究和改进,在此基础上,又有许多关于室内舒适度的理论模型及计算方法｡

在微气候研究领域,对于城市校园微气候的研究,主要聚焦于校园植物种植､建筑布局和下垫面材质等因素对微气候的影响｡2016年,Antoniadis等[3]研究希腊中部沿海城市的2个学校操场上的热感知和相应的热应激条件｡2019年,Ghaffarian等[4]用ENVI-met和IES-VE进行模拟来调查当前的室外热条件,评估马来西亚吉隆坡热带气候下的大学校园的微气候特征｡Antoniadis[5]团队在2020年进行校园热环境研究,介绍城市学校操场典型设计的生物物理特征｡2020年,Zaki等[6]研究马来西亚一个城市大学校园内被建筑物覆盖的阴暗区域的室外空气温度的变化｡

我国对于校园微气候的研究近年来发展较快｡有研究通过对校园多个户外空间的实测和模拟,发现绿化率越高对微气候调节效果越强[7]｡对于湿热地区的广东高校校园,研究表明植物群落能显著调节校园微气候环境效应[8]｡同时,建筑的降温增湿效果对舒适度有显著影响[9]｡有学者在对校园微气候特征进行分析后,针对西南地区高校提出了热环境的优化策略[10]｡

本研究以徐州工程学院中心校区为例,通过对校园不同景观空间的气候因子进行实测分析,探求不同景观空间中气候因子对微气候的影响｡在微气候实测基础上,运用软件计算出环境舒适度,对比分析不同景观环境舒适度的优劣,并通过相关性分析得出引起变化的影响因子,为苏北地区高校景观空间微气候与舒适度的改善提供一定的数据理论｡

1、研究区域和研究方法

1.1研究区域

本研究以徐州市徐州工程学院为研究对象,通过景观空间的分类来选择测量点,对春季的校园不同景观空间微气候进行实际测量｡

实测区域的样点选在一条景观轴线上,包含草地景观､广场景观和滨水景观,根据下垫面条件､空间围合度､植物状况和周围环境的不同,将实测区域设立5个样点(图1),空间类型见表1｡

图1样点布置图

表1实测样点基础情况表

1.2研究方法

1.2.1现场测量｡用手持气候仪和Watchdog固定气候观测,观测时间为2023年4月1-2日的8:00-18:00连续观测,每隔1h记录1次数据,包括空气温度､风速和相对湿度等｡

1.2.2环境舒适度评价方法与指标｡选取通用热气候指数(UniversalThermalClimateIndex,UTCI)作为本研究的环境舒适度评价指标体系,UTCI是一种建立在等价生理动态响应等生物气候学应用的户外热环境评价方法[11],是目前相对考虑因素最全面的､应用较为广泛的环境舒适度评价指标[12]｡采用RayManPro[13-14],进行UTCI计算｡UTCI的评价指标见表2｡

表2UTCI评价指标表

2、结果与分析

2.1景观植物配置分析

不同的植物配置影响微气候的变化,乔木会遮蔽太阳直射,影响地表辐射的吸收,也影响水汽的扩散,植物的蒸腾作用也影响湿度的变化｡不同的景观植物配置的空间开阔程度不同,影响风速的大小｡

由表3可知,样点1的植物配置最为完善,乔灌草群落结构稳定,植物种类丰富｡样点2的下垫面为草地｡样点3有一块草坪和一定数量的树池,空间开阔程度高｡样点4为乔灌草结构,相邻水域｡样点5为乔灌草结构,几乎都为垂丝海棠,垂丝海棠高度为1.8m,形成了封闭空间,空间开阔程度低,植物蒸腾效果明显,且相邻水域面积大,所以植物对微气候有一定的影响｡

表3实测样点植物配置分析表

2.2校园不同景观空间微气候分析

2.2.1温度分析｡由图2和图3可知,样点1(草地遮蔽)与样点2(草地无遮蔽)的区别在于,样点1有乔木和灌木遮蔽,地面接收的太阳辐射减少,平均温度比样点2低了1.0℃｡样点4(湖滨硬质)与样点5(湖滨草地)同样是湖滨景观,但由于样点5下垫面是草地,样点反射的太阳辐射更少,且灌木也减少了太阳直射,所以样点5比样点4平均温度低了0.5℃｡样点3作为开敞空间的广场景观,四周无遮蔽,且下垫面为硬质铺装,平均温度仅次于样点2,且气温变化幅度最大｡样点4和样点5平均温度比其他样点低,这是由于湖水在太阳照射下受热,水的温度上升缓慢,有一部分热量会随水蒸发带走,所以湖滨的温度低一些｡而样点2温度比样点3温度高,是因为样点2有周围建筑和灌木的遮挡,空气流通不如样点3的开敞空间｡平均空气温度样点2最高为22.2℃,而样点1最低为21.1℃｡

图2两日各样点实测平均温度变化图

图3各测量点平均空气温度柱状图

同样以草地为下垫面,在8:00-14:00时间段,太阳辐射逐渐增强,由于植物状况不同,导致样点1有遮蔽而样点2无遮蔽,温差相差大,但在14:00后太阳辐射减小,遮蔽发挥的作用减弱,温差也缩小｡样点4和样点5都是滨水景观,由于水体对温度有调节作用,平均气温均低于其他样点｡样点3和样点4作为相同的下垫面,对比其他样点,气温变化幅度大｡样点1和样点5多作为封闭空间,但由于植物状况不同,气温变化趋势相同,温差较为明显｡

2.2.2湿度分析｡由图4可知,样点1比样点2在大部分时间段的相对湿度高2.3个百分点,这是由于乔木和灌木的遮蔽可以阻挡太阳辐射,减少水汽扩散｡样点4和样点5的平均相对湿度均高于其他样点,这是由于2个测量点都是滨水,所以相对湿度较高｡样点5的湿度最高为48.1%,是因为下垫面是草地,反射的辐射少,且小乔木多,植物蒸腾作用强,导致其相对湿度最高｡而样点2的相对湿度比样点3的低1.1个百分点,是由于相对湿度受温度影响,而样点2的温度最高｡相对湿度的总体变化趋势与气温的变化趋势相反,由于下垫面的不同,吸收的太阳辐射不同,导致气温不同,所以下垫面间接影响相对湿度｡而空间结构影响空气的流通,空气流通程度影响水汽的扩散｡植物的蒸腾作用也是影响相对湿度的重要因素,而植物状况也间接影响相对湿度｡相邻水域的样点相对湿度均高于其他样点,建筑也会吸收热量影响气温,从而导致相对湿度的差异｡

图4两日各样点实测平均湿度变化图

图5各测量点平均相对湿度柱状图

2.3不同景观空间舒适度分析

由图6可知,春季各测量点基本处于适度的热应力(温暖)状态｡8:00时测量点3的UTCI的数值最低,为16.2℃,而测量点5最高,为23.2℃,相差7℃｡14:00,样点1的UTCI数值最低,为26.4℃,而样点5最高,为30.8℃,相差4.4℃｡各测量点的环境舒适度感觉基本为适度的热应力｡

根据各测量点的UTCI变化和平均UTCI值,样点3和样点1的UTCI值为舒适,而样点2､样点4和样点5基本处于温暖的状态,样点1比样点2的平均UTCI值低了1.16℃,由于下垫面相同,空间结构和植物状况可以影响环境舒适度｡对比分析样点3和样点4,在相同下垫面的情况下,滨水可以改善环境舒适度｡样点1和样点5比较,在相同下垫面和同样是封闭空间的环境下,样点5的UTCI值更高｡样点5为小乔木,而样点1是大乔木和灌木结合,空气更加流通,热量堆积相比样点5更少,从而UTCI较低｡

图6两日实测平均舒适度数值变化表

总体来看,空间结构､植物情况､下垫面均可影响环境舒适度,群落结构复杂的景观空间对环境舒适度的改善最大,而滨水的景观空间不利于环境舒适度的改善,下垫面在一定程度上改善了环境舒适度,广场的舒适度最低｡

由表4可知,样点1只有空气温度有一定的相关性,相对湿度和风速没有明显的相关性;样点2的空气温度相关性比相对湿度和风速高;样点3中,空气温度和UTCI有显著的相关性,相对湿度和风速均有一定的相关性;样点4中,空气温度相关性最高,相对湿度和风速相比较低;样点5中,空气温度有一定的相关性,相对湿度相关性较低,而风速没有明显的相关性｡

表4各测量点UTCI和微气候因子相关性分析

在垂直结构复杂的空间中,风速和舒适度几乎没有相关性;群落结构复杂的空间对气候变化的调整能力强,气候因子与舒适度的相关性低于其他空间;水体对相对湿度和温度有调控作用,相邻水体空间温度和相对湿度相关性比其他空间低;空间结构越简单,调节能力越差,所以气候因子对舒适度影响大,相关性高｡

3、结论与讨论

本研究从微气候和环境舒适度的角度出发,基于对单个气候因子分析,选择具有代表性的景观空间作为研究对象,得出如下结论｡

(1)植物能起到降低空气温度和增加相对湿度的作用,不同的植物群落结构效果不同｡乔-灌-草的植物群落结构(样点1)相比草坪(样点2),平均空气温度降低了1℃,在10:00相差了4.0℃,平均相对湿度提高了5.0个百分点;在下垫面相同的情况下,乔-灌-草结构(样点4)比乔-草(样点3)平均空气温度降低了0.4℃,相对湿度提高了2.0个百分点;样点5比样点4有更多的植物数量和种类,平均空气温度降低了0.5℃,平均相对湿度提高了4.0个百分点｡

(2)硬质铺装的下垫面的空气温度高于草地下垫面,相对湿度低于草地下垫面｡硬质铺装的湖滨(样点4)比草地的湖滨(样点5)平均空气温度提高了0.4℃,平均相对湿度降低了5.0个百分点;广场(样点3)相比于草坪(样点1､2),平均空气温度提高了0.4℃,平均相对湿度降低了1.0个百分点｡在8:00-11:00时间段,空气温度和相对湿度差异最大,下垫面对微气候影响最为明显｡

(3)空间开敞程度对风速有明显影响｡广场(样点3)有着最高的平均风速1.5m/s,高于其他空间;空间结构能对风速起到促进或者阻碍作用,样点1封闭空间比样点2半开敞空间平均风速提高了0.3m/s,而样点5封闭空间比样点4半开敞空间风速降低0.2m/s｡

(4)广场(样点3)舒适度最低为25.1℃,植物状况和群落结构能改善环境舒适度,样点1比样点2平均UTCI值降低了1℃;空气温度对环境舒适度影响最大,通过UTCI和微气候因子的相关性分析可以看出,空气温度与环境舒适度的相关性较大,并且广场中气温和环境舒适度有显著的相关性｡

参考文献:

[1]舒玲.夏热冬冷地区校园微气候和热舒适度研究[D].合肥:安徽建筑大学,2022.

[2]林卉娇.基于UTCI指数的中国夏季环境舒适度变化特征及未来预估[D].南京:南京信息工程大学,2022.

[7]蒙月兰.夏季校园户外空间的舒适性研究[D].南昌:江西农业大学,2021.

[8]赖寒.湿热地区城市绿地植物群落微气候效应研究[D].广州:华南理工大学,2019.

[9]卫笑.校园景观微气候特征及优化策略[D].南京:南京农业大学,2019.

[10]黄泽峰.基于舒适度的绵阳地区大学校园室外活动空间设计策略研究[D].绵阳:西南科技大学,2020.

[11]王一,潘宸,黄子硕.上海地区不同季节PET和UTCI的适用性比较[J].建筑科学,2020,36(10):55-61.

[12]王作兴,郭飞,郭若男.基于UTCI指数的不同气候区室外人体热感觉研究[J].低温建筑技术,2020,42(12):6-10+18.

文章来源:李科委,迟晓立,安琪.校园不同景观微气候与环境舒适度研究——以徐州工程学院为例[J].现代园艺,2025,48(13):63-65.