夏季公园小气候与人体舒适度关系实测研究——以钱王陵公园为例

李克克，张晓璇，蒋文伟

(浙江农林大学 风景园林与建筑学院 ， 浙江 临安 311300)

1 引言

随着城市化进程的不断加快，城市的热岛效应、空气污染等一系列问题日益突出，在一定程度上阻碍了城市的发展。英国气候学家路克·霍华德最先提出了热岛效应的概念，使得环境问题成为了研究热点，热岛效应对环境的影响也日趋严重[2]。近年来，夏季的极端高温持续时间增加，严重影响了市民的日常生活、工作效率及身体健康，对城市和社会的发展也造成了十分不利的影响[3]。城市绿地具有防洪减灾、降温增湿固碳释氧等生态功能，能够有效缓解城市的热岛效应[2]。植物景观是城市公园的基本景观和重要组成部分，国内外学者对植物改善小气候方面的研究也有了一定的进展[8]。夏季植物群落与人体舒适度相关性的研究显得尤为必要。

近年来，更多的学者意识到城市绿地服务的主体是人，因此在探讨绿地对小气候的改善外，还将人体舒适度作为主要评价标准[8]。吴志丰和陈利顶研究指出人体舒适度是表征人体对外界环境的感知程度[1，4]。本研究采用生理等效温度(PET)做为评价人体舒适度的指标，以公园植物群落为研究对象，在夏季对气候因子、叶面积指数进行观测，研究植物群落的空气温度、相对湿度等因子的变化规律，分析植物群落与人体舒适度的相关性，为提高公园绿地建设水平提供参考。

2 研究区概况与数据来源

2.1 研究区概况

杭州市位于浙江省北部、钱塘江下游、京杭大运河南端，属亚热带季风气候，四季分明、光照充足、空气湿润、雨量充沛。年平均气温17.8 ℃(极端最高气温42.9 ℃，极端最低气温-15.0 ℃)，平均相对湿度70.3%，年降雨量1454 mm，年日照时数1765 h[8]。

钱王陵公园(N30°23′，E119°72′)坐落在浙江省杭州市临安区锦城太庙山，海拔92 m，与功臣山遥遥相对。境内建有钱王祠、州池、凌烟阁等景点。境内植物组成丰富，种类多样。

2.2 测点分布及样地划分

根据群落类型及居民活动的范围，选择钱王陵公园4组植物群落测点及一组对照测点，每个测点面积不小于400 m2。鉴于公园北侧是山体， 少有搭配较好的植物群落，所以在选择试验测点时，主要在居民及游客活动的公园南侧布置测点。

2.3 研究方法

2.3.1 小气候观测

在2019年8月晴朗少云的天气下，分别对4个样地进行气候因子观测，测量点据地面高度1.5 m(表1)。利用MS6252B手持高精度温湿度风速仪，测量每个样地的空气温度、相对湿度及风速。利用宝工(Pro'sKit)MT-4617LED-C照度计测量每个样地的光照强度。利用LAI-2200C冠层分析仪测量每组植物群落的叶面积指数。每隔2 h采集一次数据，每个测点停留2 min。

2.3.2 人体舒适度研究

生理等效温度(PET)是由Höppe基于MEMI模型而提出的人体热舒适度指标[11]，定义为在某一个室内或户外环境中，人体皮肤温度和体内温度达到典型室内环境同等的热状态所对应的气温[5]。本研究根据小气候的测定数据和相关人体数据，通过PayMan1.2得到PET值。其舒适度评价标准(表2)[6，10]建立在各种因子综合考虑的基础上，较为全面地考虑了测点区域位置、小气候物理因子、实测日期与时间和相关人体数据，能够相对准确地评价户外空间舒适度[7]。

表1 样地概况

表2 PET评价标准

3 公园小气候因子观测与分析

3.1 空气温度

对比各测点日平均温度(图1)，得到各测点空气温度在整体上变化趋势基本一致，自7：00起整体呈上升的趋势，在15：00左右达到峰值。在9：00～17：00之间对照组的空气温度值都高于植物群落样地的实测值。在7：00～9：00之间，各测点空气温度处于较低的水平，最小值出现在样地四，数值为27.7 ℃，这是由于测点四北侧靠近山体，周围植物茂密，少有居民活动，而样地三(28.2 ℃)和样地四(27.7 ℃)在公园入口处，位置上更靠近居民建筑及城市街道，且居民活动较多，样地二在7：00的温度实测值最高，达到29.5 ℃，这是由于相较于其他样地，样地二周边无建筑物及墙体，不具有遮荫的环境，且样地二植物长势参差不齐，更易受热环境的影响。在13：00～17：00之间，各测点的温度都处于较高的水平，对照组温度在15：00达到最高值39.7 ℃，相比植物群落试验组在15：00时的平均温度高2.0 ℃，可以明显地看到植物群落的降温作用。

3.2 空气相对湿度

对比各测点日平均相对湿度(图2)，得到各测点相对湿度的变化趋势基本一致，在观测时间内呈先下降后上升的趋势，在15：00左右达到最低点。在9：00～17：00之间对照组的相对湿度值都低于植物群落测点。在7：00～9：00之间，各测点相对湿度处于较高的水平，最高值出现在样地三，数值为85.17%。在15:00左右，对照组的相对湿度值达到最低，数值为38.5%，相比植物群落试验组在15：00时的平均相对湿度低12.0%，可以明显地看到植物群落增湿的作用。

3.3 光照强度

对比各测点日平均光照强度(图3)，可以看到对照组由于没有植物遮荫，光照强度值在各时间点都远大于植物群落试验组，在早上11点，对照组和植物群落实验组的光照强度值差最大，数值差值达到81560Lux。在植物群落测点中，7：00～11：00之间，样地三的光照强度处于较低的状态，这是由于样地三的东侧是墙体，随着太阳高度角越来越大，样地三受到太阳照射的面积也越大，所以样地三的光照强度在7：00～15：00内呈上升趋势，7：00的实测值最低，为571Lux，在15：00达到峰值1710Lux。样地二不同时间点的光照强度值处于较高的水平，最高值为1638Lux。这是因为样地二周边没有墙体，且样地二中的植物长势参差不齐。

图3 日平均光照强度变化

3.4 风速

对比各测点风速变化(图4)，可以看到对照组由于没有植物及建筑等的阻挡作用，风速数值明显高于植物群落试验组，并在13：00时达到最高值1.2 m/s，此时的风速能够使人感到舒适。在试验时间段内的风速值大都小于1m/s，基本感受不到风[9]。在植物群落试验组中，样地三在13：00的风速值达到最大值1.08m/s，此时的风速使人感到舒适。在17：00样地三的风速为最低值0。计算各测点的平均风速可知，样地二的平均风速最低(0.28 m/s)，对照组的平均风速最高(0.80 m/s)，二者相差0.52 m/s。在4组植物群落观测中，平均风速值最高的样地一数值为0.51 m/s，与平均风速值最低的样地二相差数值为0.23 m/s。

图4 日平均风速变化

3.5 叶面积指数

测量4组植物群落的平均叶面积指数，得到各测点的LAI值排序为样地三>样地一>样地四>样地二，最大值为样地三LAI=2.694，最小值为样地二LAI=1.860。综合各个植物群落实验组的光照强度来看，植物群落叶面积指数越大，光照强度越低，这表明叶面积指数大的植物群落具有更大的遮光效应。分析各个植物群落叶面积指数与温湿度之间的相关性(表3)，可以看到植物群落叶面积指数与温度呈显著负相关，与相对湿度呈显著正相关。

表3 叶面积与温湿度相关性分析

4 钱王陵公园人体舒适度分析

4.1 人体舒适度评价结果分析

利用Rayman软件得到各个测点PET值变化规律(图5)，可以看到各测点的PET值变化趋势均为先上升后下降，9：00～17：00之间，对照点的PET值均是大于植物群落测点，可见植物群落对人体舒适度的提升具有一定的作用。除样地四外，其余测点在15：00PET值达到峰值，最大值为对照点，数值为58.7，舒适度评价为炎热。各测点最小值出现在7：00，各测点的舒适度评价为微暖，最小值出现在样地四，数值为23.9。植物群落测点最大值出现在15：00的样地样地而，数值为38.2，舒适度评价为热。

图5 各测点PET变化

4.2 小气候因子与人体舒适度相关性分析

利用SPSS软件对小气候因子及人体舒适度进行相关性分析，得到表4。从总体来看，PET与空气温度呈显著正相关，与相对湿度呈显著负相关。从相关系数比较可以发现PET与植物群落测点的空气温度具有极显著相关性(p<0.01)，与对照点的空气温度具有显著相关性(0.01

表4 各测点小气候因子与舒适度相关性分析

5 结论与讨论

本文对钱王陵公园进行了夏季小气候因子的物理参数测定，初步得出以下结论。公园小气候在实验期间的植物群落测点的空气温度变化范围为27.7～37.8 ℃，相对湿度变化范围为45.5%～86.7%；对照点的空气温度及相对湿度最大值和最小值差值较大；对照点的平均风速及平均光照强度较大；群落叶面积指数越高光照强度越低，降温增湿效果越好。生理等效温度(PET)与空气温度、相对湿度具有较高的相关性，在观测时间内，空气温度较低，相对湿度较高的植物群落具有较好的人体舒适度评价。

本研究探讨了植物群落对人体舒适度的影响，明确了植物群落的降温增湿作用，指出植物群落叶面积指数与空气温度、相对湿度的内在变化变化规律，为公园绿地的建设提供参考依据。在今后的研究中，还应包含小气候条件更加多样的场地空间[5]，如临近水体及树木较少的场地空间等，通过风景园林小气候优化设计为城市户外环境提供更多技术支撑。