福州城市綠地夏季小氣候特征分析

林心影,梅韶玲,陳健翎,賴鵬程,黃啟堂

（福建農林大學園林學院,福建 福州350002）

在氣候變化不斷加劇的背景下，有研究表明，在21世紀結束前全球平均溫度將升高1.1 ℃～6.4 ℃[1]，持續的高溫現象已經對人們的生活、健康以及戶外活動造成了較大的負面影響[2,3]。城市綠地空間與城市綠地自身規劃范圍內由綠地規劃所導致的小氣候相互影響。在我國氣候類型構成復雜的前提下，城市綠地空間建設及局部小氣候的改良引起了學科領域的廣泛關注。

城市綠地小氣候要素主要包括小環境范圍內黑球溫度、空氣溫度、空氣濕度、風速等，主要受城市下墊面、水體、植物、建筑物、地形等空間設計要素所影響[4]。國內外關于設計要素對城市綠地小氣候的影響進行了大量研究，從研究內容與研究方法出發，主要集中在以下三個方面：通過地面觀測數據，結合問卷調查，分析不同地區影響熱舒適度的氣候要素，得出游人熱偏好及空間選擇規律[5]；利用ENVI-met、CFD 等軟件模擬研究氣候要素與熱環境的相關性[4,6-8]；結合人體舒適度指數和氣候參數，計算得出PMV、SET* 等的熱環境指標評價，揭示基于不同空間特征下的小氣候作用規律[9,10]。總體來看，利用先進的設備，以及較科學的測點布設還不夠完善。因此，本文在所選的不同區域增加了測點數量，并將觀測時間延長為8：00—21：00，增強了實驗數據的準確性。

本文選取福州市5 處城市綠地進行地面數據觀測，對所選區域不同測點的小氣候進行數據整理并深入分析小氣候特征，研究影響福州市游人熱舒適的氣候因素，旨在為夏季福州地區優化城市綠地空間熱環境，改善游人熱舒適提供建議。

1 研究地和測點的選擇

福州市為福建省省會城市，位于東經118°08′-120°31′，北緯25°15′-26°39′。屬南亞熱帶海洋性季風氣候，陽光充足，雨量充沛，夏長冬短，夏熱冬溫。年平均氣溫為16～20℃，7、8月份溫度最高，平均溫度24～29℃，歷史極端高溫42.3℃。

1.1 研究地選擇

根據福州城區地表溫度圖，選取地表溫度高且酷熱區域，結合人流量、綠地面積和位置分布等，最終選取出5 處城市綠地作為研究對象，其中，西湖公園、溫泉公園、閩江公園南園3 處公園綠地，五一廣場、榕城廣場2 處廣場綠地。如圖1所示。

圖1 福州城區7、8月地表溫度峰值圖（源自福州市規劃設計研究院）Figure 1 Peak surface temperature map in Fuzhou in July and August

表1 5 處城市綠地測點設置一覽表Table 1 List of five urban green space measurement points

1.2 測點的布設

由于城市綠地小氣候主要受下墊面、遮陽形式、水體、植物、建筑物等因素的影響。因此，本研究根據5 處城市綠地的不同的下墊面及遮陽形式分別布設觀測點，其中，西湖公園、溫泉公園、閩江公園南園、五一廣場和榕城廣場等5 處城市綠地的觀測點分別為8 個、9 個、10 個、7 個和7 個。見表1所示。

2 研究方法

本研究中采用的實測方法借鑒許多學者的研究經驗，實測儀器使用Kestrel5400 熱應力跟蹤儀。測量時間選擇7、8月間連續高溫晴熱無雨天氣，分別對5 處城市綠地的41 個觀測點分別進行3 次實測，即共123 次實測，每次測試從8：00—21：00，涵蓋一天中“增溫—積溫—高溫—降溫”的過程。在各個觀測點分別用三腳架將實驗儀器固定距地面1.5m 高處，并獲取黑球溫度、空氣溫度、相對濕度及風速等相關數據。

3 結果與分析

3.1 黑球溫度

從圖2可以看出，5 處城市綠地的各測點黑球溫度日變化均呈倒“V”型，說明黑球溫度隨著太陽輻射高度角呈正相關，當太陽高度角逐漸降低、太陽輻射逐漸減少時，黑球溫度相應呈現下降趨勢，由此可見，太陽輻射是影響黑球溫度的主要因素。

西湖公園各測點黑球溫度測點間的溫差最高可達7.60℃，可見良好的下墊面與遮陽形式的搭配能有效緩解由太陽輻射升高而引起的高溫作用。從日變化來看，測點5 和7 的溫度極差較小，即曲線波動較小，說明水面、花壇與濃密樹蔭的搭配都能有效防止黑球溫度的驟升與驟降，其中花壇穩定溫度的效果更優于水面，是因為綠植能較大程度地反射與吸收太陽輻射。測點4 的溫度極差較大，說明深色花崗巖與人工亭廊的搭配不利于維持黑球溫度穩定。

溫泉公園各測點黑球溫度測點間溫度差高達7.29℃，最高溫度45.30℃和最低溫度38.01℃分別在測點2 和1，這表明，草地-濃密樹蔭與花崗巖-建筑物相比，能有效減少太陽輻射引起的升溫，這是因為濃密樹蔭和草地都能進行光合作用和蒸騰作用，在阻擋太陽輻射的同時能有效釋放水分子，降低周邊環境溫度。

從新生代農民工個體來看，他們受教育程度較高，具有發展自己的強烈愿望，渴望融入城市社會，對教育培訓有迫切的需求；從社會層面來看，新生代農民工群體對技術和素質要求較高的工作崗位望而卻步，但他們又不想從事勞動強度大、收入低的工作，這在一定程度上阻礙了他們融入城市社會的目標。而教育培訓具有提升新生代農民工群體素質、提高其就業能力與人力資本的作用，能有效的促進新生代農民工融入城市社會；從國家層面來看，加強新生代農民工的教育培訓有利于更好的解決新生代農民工問題，以及國家在城市化、現代代與工業化中遇到的問題，維護社會穩定與和諧。

閩江公園南園的測點4 和3 遮陽形式相同，但測點間溫度差高達8.9℃，這是由于水泥地面相比于草地的熱容量更大，導熱系數和吸收系數更大，故在白天受太陽直射升溫幅度劇烈，而到了夜晚，隨著太陽輻射的逐漸減少，二者的差距亦逐漸減小。

圖2 5 處城市綠地各測點黑球溫度日變化圖Figure 2 Diurnal variation of black ball temperature at each measuring point of five urban green spaces

圖3 5 處城市綠地各測點空氣溫度日變化圖Figure 3 Daily variation of air temperature at each measuring point of five urban green spaces

五一廣場，各測點的黑球溫度及日均黑球溫度的峰谷值都在測點4 和7，測點間溫度差高達8.50℃，可見草地-濃密樹蔭的降溫效果比深色花崗巖-連廊好很多。由測點5、6、7 的曲線波動可以看出，草地的熱穩定性比嵌草磚和花崗巖好。

榕城廣場各測點間溫度差達11.60℃，為5 處城市綠地中最高且測點間距跨度大，其中溫度峰值點測點7 下墊面由石子與水泥組成，熱容量、導熱系數和吸收系數高，恒溫能力差，而遮陽的稀疏樹蔭遮擋太陽輻射的能力有限，因此產生極端高溫。

3.2 空氣溫度

由圖3可知，5 處城市綠地各測點全天空氣溫度變化趨勢與黑球溫度基本相同，但與黑球溫度相比數值更加集中且更低，全天極差較黑球溫度更小。

西湖公園全天空氣溫度范圍約為28.60℃～38.70℃，各觀測點的日均溫度變化從高到低排序為：4、1、8、3、2、6、5、7。從排列順序可以看出，同等遮陽條件下，深色花崗巖影響下的空氣溫度略高于淺色，且花崗巖材質降溫效果明顯低于木質地面、土石地面、水面和花壇等。8、3、2 三個測點相比，草地的降溫效果明顯優于濃密樹蔭和木質地面。稀疏樹蔭降溫效果較弱，是由于隨著太陽高度角的不斷變化，全天遮蔭面積也在不斷變化，故曲線波動較大，空氣溫度較高。而水面降溫效果優于土石地面，是由于水的比熱容較大，吸收相同熱量的情況下升溫幅度較小，故全天空氣溫度變化的極差較小，曲線波動小，空氣溫度較低。

溫泉公園全天空氣溫度范圍約為29.90℃～38.50℃，各觀測點的日均溫度變化從高到低排序為：2、9、6、8、5、4、3、7、1。在同樣的遮陽形式下，荷蘭磚與木質地面的空氣溫度差不多，但都不如嵌草青石板的降溫效果。測點7 與1 的日均空氣溫度最小且曲線波動較小，這是因為水的比熱容大，對上表空氣溫度有一定維穩作用，而植物則利用蒸騰作用進行有效降溫。雖然植物在中午的時候蒸騰作用降溫效果減弱，但數據表明水面比草地的日均空氣溫度高出0.54℃，這與溫泉公園湖面面積較小有一定關系。

閩江公園南園全天空氣溫度范圍約為25.10℃～39.70℃，各觀測點的日均溫度變化從高到低排序為：4、9、10、7、8、6、1、5、2、3。在同樣的遮陽形式下，水泥地面、石子水泥地面與沙地面的空氣溫度差距不大。在下墊面基本相同的情況下，花架的降溫效果比棚架好，這是因為花架上的綠色植物能夠對太陽輻射進行較好的反射與吸收，從而降低周邊空氣溫度。而在深色地面吸熱的情況下，仍有測點8＞測點6，這說明濃密樹蔭的降溫效果要比花架好很多。

五一廣場全天空氣溫度范圍約為30.20℃-38.8℃，溫度峰值在中午14：00 前后，8：00-11：00 不斷上升，11：00-16：00 的空氣溫度處于較為穩定的狀態，17：00 之后呈下降趨勢。各觀測點的日均溫度變化從高到低排序為：4、3、2、1、5、6、7。全園最高溫38.80℃出現在測點4，這是因為花崗巖的導熱系數大，故吸收太陽輻射能力較強，而人工連廊白天在太陽的照射下受熱，不斷釋放出長波輻射，長波輻射加熱了連廊底部空氣，使得測點4 白天處于空氣溫度最高狀態。

榕城廣場全天空氣溫度范圍約為31.40℃～43.20℃，各觀測點的日均溫度變化從高到低排序為：7、3、4、1、5、6、2。測點7 與測點2日均空氣溫度相差4.10℃，且測點7 曲線波動較大，熱穩定性差，說明以石子水泥地面作為廣場下墊面十分不利于夏季散熱，易造成極端熱環境。測點2 與6 的峰值產生于14：00 前后，其他測點峰值產生于13：00 前后，這可能是因為草地與樹蔭的垂直綠化搭配穩定性強，延緩了空氣溫度波動。測點4 與測點1日均空氣溫度相差0.47℃，逐時空氣溫度差值達1℃左右，這是因為人工鋼構材質的吸收系數較大，吸熱較多，產生的長波輻射導致在中午時間對空氣加溫作用明顯。

3.3 相對濕度

從圖4可以看出，五處城市綠地全天各測點相對濕度基本呈同位相波動，與黑球溫度及空氣溫度呈相反趨勢。下墊面相同時，遮陽形式中植物面積越大，增濕效果越明顯。而遮陽形式相同時，下墊面吸水滲水性強的，增濕效果更好。

西湖公園各測點全天相對濕度最小值產生于13：00 前后的測點4，為51.10%，這是因為溫度越高，空氣中水汽蒸發得越多，相對濕度也就越低。從排列順序中可以看出，下墊面是花壇、水面、草坪的，以及遮陽形式是濃密樹蔭的測點，其相對濕度都較大。雖然花壇的空氣溫度低于水面，但湖面大面積水的蒸發使得空氣中的水汽含量大量增多。

溫泉公園測點7 的空氣溫度比測點1 高，但相對濕度也更高，這是因為在空氣溫度較低的絕對情況下，飽和水蒸氣的分壓力較小，水分子蒸發使得空氣含濕量增加。草地的相對濕度較嵌草青石板更高，是因為嵌草青石板是以青石板為主的透水型鋪地，于空隙間種草雖能在一定程度上降溫增濕，但青石板的吸水性較弱，少量的草無法對增濕起到很大作用。而荷蘭磚與木質地面的相對濕度相差不大，這是因為荷蘭磚的透水能力與木質地面的吸水、滲水能力差不多。

閩江公園南園測點6日均相對濕度比測點8高0.78%，全天最大濕度差為2.5%，說明在下墊面基本相同的情況下，濃密樹蔭的增濕效果比花架好。從測點8 相對濕度大于測點10 來看，雖然沙地下墊面孔隙多、吸水能力強，配合濃密樹蔭能在一定程度上降溫增濕，但空氣溫度高于測點8，因此相對濕度較低。石子水泥地面的相對濕度比水泥地面更高，這是因為石子降低了水泥地面的密度，水汽進入的孔隙使空氣濕度得以保存。

圖4 5 處城市綠地各測點相對濕度日變化圖Figure 4 Diurnal variation of relative humidity at each measuring point in five urban green spaces

五一廣場在13：00 前后測點4 達全天濕度最低值，為51.10%，此時測點7 達最大值，為58.50%，二者相差7.40%。作為典型的廣場型城市綠地，場地內各測點下墊面的吸水持水性直接影響其相對濕度，整體呈正相關。

榕城廣場測點2 與測點6 全天相對濕度最大差值為2.2%，說明在下墊面相同的前提下，濃密樹蔭比稀疏樹蔭的增濕效果好很多。對于測點1 和測點5，雖有測點5 濃密樹蔭的增濕效果優于測點1 稀疏樹蔭，但仍有相對濕度測點5＞測點1，說明測點5嵌草青石板的增濕效果顯著優于測點1 的花崗巖。

3.4 風速

圖5 5 處城市綠地各測點日均風速Figure 5 Average daily wind speed at each measuring point of the five urban green spaces

如圖5所示，5 處城市綠地各測點全天風速變化呈隨機性，無明顯規律，但日均風速受環境影響較為明顯，主要與植物種植方式和建構筑物布置有關。

西湖公園各測點中平均風速最大的是測點2和6，而日風速峰值產生于測點8。這是由于測點2和6 兩旁的喬木形成通風夾道，與東南方向的主導風垂直而形成明顯的“峽谷效應”，對場地自然風有加速和穩定作用。測點2 比測點7 的日均風速高0.23 m/s，說明灌木與濃密樹蔭組合對空氣流動的阻礙較大。

溫泉公園日均風速最大值產生于測點2，其次是測點4。雖然測點4 和測點2 均處于喬木-建筑或喬木-喬木所形成的夾道中，但后者的D/H（D 代表人到喬木的距離，H 代表喬木高度）值比前者更小，所形成的夾道更為狹窄，對風的引導效果更好。測點6 的日均風速僅比測點4 低0.13 m/s，這是因為測點6 的一面為帶狀喬木，另一面為與其下墊面（花崗巖）不同的草地，而不同下墊面在太陽輻射的作用下受熱不均所產生的局部熱壓差是產生空氣流動（風）的主要原因。全園日均風速最小值產生于測點3，這是由于該測點兩面是喬木加灌木，一面是灌木，這三面組成的屏障有效地阻擋了空氣流動，使得測點3日均風速僅有0.33 m/s。

閩江公園南園日風速峰值和日均風速峰值均產生于測點4，這是因為測點4 不僅受到喬木夾道形成空氣流作用，其下墊面材質與左右兩旁下墊面材質的差異，也在一定程度上促進了空氣流動。測點6日均風速略低于測點4，是因為測點6 兩旁均為灌木，而灌木夾道對氣流的引導作用并不明顯。各測點中日均風速最小的是測點8，其兩旁雖排列著柱子，但柱子距離較遠，空氣在流動的過程中不斷分散開來，無法形成真正的通風廊道。測點9 四周為喬木所圍合，稀疏與濃密的大樹冠層交雜分布，風速略大于測點8。

五一廣場的測點2 和測點7 均處于開闊空間處，全天受廣場自然風作用，風速波動大，總體數值大。而測點3 的日均風速最小，是由于其周圍四面中的相鄰兩面均載有綠植，一面是喬木與灌木的組合，一面是灌木，這使得無論是南北向還是東西向的風均受到綠色植物的遮擋，無法自然流動。

榕城廣場測點6日均風速為全園最小，且全天風速變化很穩定，曲線振幅較小，這是因為測點6處于稀疏樹蔭下，周邊為喬木所圍合，大樹冠層對風的阻擋作用較強。此外，測點6 的周邊下墊面全為草地，當下墊面材質大面積相同時，風速的變化較小，也就是說，大面積均勻介質上空的空氣流速較為穩定。測點2 處于濃密樹蔭下，喬木有效阻擋了自然風，但其旁邊為沙地面，與測點2 的草地間形成了熱壓差，促使空氣流動，故測點2 的風速略大于測點6。

4 結論

福州5 處城市綠地夏季小氣候的全天變化趨勢大致相同。其中廣場比公園的平均溫度、濕度更低，風速更高，五一廣場植物、水體與遮陽較多，比榕城廣場好。榕城廣場采用大面積硬質鋪裝，廣場布局呈長條狀，致使場地內局部溫度過高、散熱困難。具體的小氣候變化特征如下：

（1）在黑球溫度變化特征中，下墊面采用水面、花壇、草地等自然材質，遮陽形式選用植物覆蓋的方式時，能夠有效吸收和反射太陽輻射，防止黑球溫度的驟升與驟降，對穩定溫度有著良好的效果。同時，草地的熱穩定性比嵌草磚和花崗巖都好。

（2）在空氣溫度的變化特征中，下墊面對空氣溫度的加溫作用強于遮陽形式的降溫作用。在同等遮陽條件下，下墊面植被面積越大，透水性越強的，降溫效果越好，同時水體降溫效果受水面積的影響。嵌草磚優于荷蘭磚和木質地面，而花崗巖、水泥地面、石子水泥地面與沙地面則對空氣溫度加溫效果明顯。在下墊面形式相同時，濃密樹蔭是最優的降溫選擇，其次是能夠吸收和反射太陽輻射的植物花架，稀疏樹蔭、建筑陰影等遮陽形式的降溫效果則一般，而人工連廊和鋼構架等構筑物的受熱釋波特性對空氣溫度反而有加溫作用。

（3）在相對濕度的變化特征中，綠色植被面積與增濕效果正向相關，濃密樹蔭優于花架和稀疏樹蔭，而下墊面的吸濕性和滲水性與相對濕度呈正相關，但面積過小的綠色植被對相對濕度的影響不大。

（4）在風速的變化特征中，喬木或者喬木與建筑所形成的夾道，能夠對空氣流起到引導作用從而穩定增大風速，并且D/H 值越小，對風的引導效果更好。大面積均勻介質上空的空氣流速較為穩定，而不同下墊面在太陽輻射的加熱作用下則會產生的局部熱壓差從而引起空氣流動。