校園環境秋冬季小氣候實測分析研究
——以湛江科技學院新湖校區為例

陳嘉穩,徐志安,黃 媛,張 蕓,李小梅

(湛江科技學院 建筑工程學院,廣東 湛江 524094)

1 引言

小氣候，一般指近地面幾米氣層內、土壤表層和植被層內的氣候，也指由于下墊面性質以及人類和生物活動而形成的較小范圍內的特殊氣候[1]。

影響小氣候變化的因素多種多樣，在宏觀方面可能來自自然界的內部進程，也可能外部強迫[2]。而隨著現代城市化不斷發展，人們對高品質的居住、學習、工作環境有著更高的追求。高校作為高密度人群聚集的空間，校園環境質量、氣候特征對師生的生活和學習有著極其重要的影響，通過校園內7個密集的較高的空間環境氣候數據的比較，基于校園小氣候環境的熱舒適性提出規劃設計理論與方法。同時可作為該校區周圍地區未來的發展規劃設計的小氣候參考資料，對未來該片區城市空間規劃設計具有重要的理論指導與實踐意義[3]。

2 試驗實測

2.1 實測場地簡介

湛江科技學院新湖校區位于廣東省湛江市麻章區湛江教育基地，地處東經110.253292°,北緯21.172004°，熱帶北緣季風氣候，終年受海洋氣候的調節，冬無嚴寒，夏無酷暑。校園綠地率約為36%，主要空間由校園生活建筑區、教育建筑區、水域區、廣場區、綠化區組成。本次試驗根據研究目的，主要圍繞人流集中和途徑人流量大的活動空間——穗園、北湖、圖書館廣場、鐘樓、樂收快遞點、操場、南湖七大活動空間為實驗場地。

2.2 樣地的選擇

根據實驗研究目標，以上7個活動空間作為本次實驗的7個測點，分別為穗園側門(樣地2)、以水域為主的校園北湖中心(樣地3)、人流量最大的鐘樓(樣地4)、樂收快遞點(樣地5)、足球場與籃球場之間的空間(樣地6)、南湖亭(樣地7)，與基本無植被覆蓋的圖書館廣場(樣地1)作對照。選取試驗樣地綠化覆蓋不一，但均為人流量大的主要途徑要道或滯留場所。以上7處校園代表性試驗樣地的基本特征如表1所示。

表1 樣地基本特征

2.3 測量時間與方法

數據測量時間由秋轉冬季開始，分3個時間日進行，分別是2020年11月15日、2020年11月29日、2020年12月13日。從7：00～18：00每隔1 h對每個樣地進行溫度、相對濕度、太陽輻射和風速的實測記錄，進而對不同指標的數據分析。

3 不同指標的結果分析

3.1 空氣溫暖效應分析

氣溫是大氣層中氣體的溫度,是氣象學常用名詞,直接受日射所影響[4]，根據對新湖校區校園內的人流量較大的不同場地、不同時間節點的溫度測量，獲取校園內空間的氣溫情況，從而進行對人體舒適度的初步判斷。通過Excel軟件進行數據統計，所得實測的數據反映如圖1、圖2、圖3。

圖1 11月15日各樣地空氣溫度日變化

圖2 11月29日各樣地空氣溫度日變化

圖3 12月13日空氣溫度日變化

以上三組數據都在當日多云天氣下測量所得。通過圖1可了解到，每個試驗樣地溫度變化基本一致，大概在當天下午13：00開始溫度逐漸轉為下降趨勢，且溫差最大約為3 ℃；從圖2數據分析可知，當日樣地5在11：00～12：00已經達到最高，達到29.1 ℃，在處于冬季的湛江依然使人體感不適，處于偏熱的氣候；而從圖3可得，氣溫又再度上升，南湖氣溫更是在午時12：00～13：00時段達到峰值31.3 ℃，各樣地總體呈下降趨勢，最終在18：00～19：00時段依然處于23 ℃左右。

由上可得，校園氣溫在冬季依然變化不定，冬季12月依舊處于30 ℃高溫，高于11月。在同時段不同溫度的樣地中，又因為不同樣地的植物配植、鋪磚種類、綠植覆蓋、水域差別而有不同。

3.2 相對濕度效應分析

空氣中水汽壓與相同溫度下飽和水汽壓的百分比，為相對濕度。在冬天，相對濕度較大時，就會加速人體與外界環境的熱傳導，使人體感覺抑郁、陰冷，因此根據專家研究認為，相對濕度的上限值不應該高于80%，下限值也不應該底于30%[5](圖4～6)。

圖4 11月15日各樣地相對濕度日變化

圖5 11月29日各樣地相對濕度日變化

圖6 12月13日各樣地相對濕度日變化

從圖4～6可知，在測得的7個樣地中，除12月13日多個樣地在9：00之前相對濕度高于80%外，其余每個時段的相對濕度都符合冬季人體感受，基本感覺舒適。在11月29出現于14：00～15：00段的高相對濕度，根據太陽輻射值來看，是由于那個時段處于陰影天氣導致的濕度變化。三次測量所得的相對濕度數據總體符合其在一天中的變化，符合高-底-高的規律，出現的極端變化或因鋪磚反射熱量所得。

3.3 太陽輻射效應分析

太陽輻射，是太陽以電磁波的形式向外傳遞能量，也是地球光熱能的主要來源，人體能明顯感受到太陽輻射的強弱，同時是人體熱舒適度的重要指標[6](圖7、8)。

圖7 11月15日各樣地太陽輻射日變化

由圖7可知，各樣地太陽輻射達到峰值均在13：00～15：00段，之后呈下降趨勢，并且比較大，然后趨于平穩狀態；圖8樂收與鐘樓兩處樣地峰值分別在11：00～12：00段和13：00～14：00段達到最高，約為1200 W/m2，各樣地不同時段變化較明顯，但總體使人不適，處于較高狀態。圖9各樣地太陽輻射基本均在10：00開始上漲，在12時左右到達峰值后下降，最終在15：00處于平穩狀態。由以上可得，穗園由于建筑與行道樹遮擋原因，處于熱舒適最高評價，在空曠空間，如操場，鐘樓，圖書館多個等廣場空間由于缺乏植被與建筑遮擋，太陽輻射數值處于較高點，除特殊情況外學生滯留時間較短。

圖8 11月29日各樣地太陽輻射日變化

圖9 12月13日各樣地太陽輻射日變化

3.4 風速效應分析

風無處不在，空氣時刻都在不停的流動，包括水平流動和垂直流動。氣壓差、空氣溫度差、空氣相對濕度差都會引起空氣的流動，即產生了風。風速，是指空氣相對于地球某一固定地點的運動速率。風速沒有等級，風力才有等級，風速是風力等級劃分的依據[7](圖10～12)。

圖10 11月15日各樣地風速日變化

圖11 11月29日各樣地風速日變化

圖12 12月13日各樣地風速日變化

由圖10～12三次數據對比分析可以明顯發現校園不同樣點風速變化呈現一定的規律。首先按測量時間分析，根據三次數據顯示，同一地點，每日11：00～13：00與15：00～16：00這兩個時間之間風速為全日最大，而從7：00～10：00與16：00之后風速穩點在低速水平，有些樣點還處于無風狀態。另從測量地點出發，可以得出同一時間不同樣點風速存在差異，而樣點風速差異與各樣點的空間開敞性、環境植物配置、群落結構復雜性息息相關。對不同地點的風速進行分析：操場>圖書館>南湖>北湖>樂收>鐘樓>穂園。

鑒于這只是三次測量的結果，沒有大量的數據對比分析，也不能排除一定的季節、天氣影響，故以下僅提出幾點有關引起這種現象的原因判斷。

(1)日照導致地面升溫，繼而大氣溫度隨之升高，底層熱空氣上升，上層冷空氣下降，引起垂直方向的空氣對流，而這一過程發生在日出到日落之間，在11：00～13：00與15：00～16：00這兩個時間之間最為明顯，故會產生如表所示數據。

(2)建筑對風的阻力，在相同時間不同樣點分析中，因為環境布局不一樣，建筑也可能對樣點風速測量造成一定的影響，數據中環境比較空曠的樣點風速在不同時間多數比其他樣點大。

(3)植物配置影響，植物無時無刻都行進行光合作用和蒸騰作用，在此過程中兩個作用會導致局部活動較為劇烈，由于植物光合作用于蒸騰作用在日光較強的條件下進行的比較劇烈，會引起較為明顯的空氣流動現象，表現為風速增加。

因此可了解到風速的大小在一定程度上影響人的風感覺，而在猜測中影響風速大小的可改變因素中，適宜的植物配置與建筑分布對人的活動舒適性極為重要。

3.5 校園熱舒適度調查問卷分析

根據對四大指標的數據分析，結合問卷調查結果，可初步為后期需改善的校園區域設計提出較合理的校園環境改造意見，有利于提高我校師生對校園環的滿意度和舒適度。

本次隨機調查共收集162份有效的問卷，其中教師10位，學生152名。男生比例為32.26%，女生比例為67.74%。總體來說我校師生對校園環境舒適度的評分較低，對環境的感受認為氣溫較高的人數占總人數83.61%，認為風力較強，且是熱風占63.93%，此外9.68%人員對校園環境感到不滿意，38.71%的人員表示校園環境感到滿意，而其余51.61%人員表達可以接受。

4 結論與討論

基于以上三次測量結果，校園環境溫度、濕度、太陽輻射與風速對人體舒適度都有著一定的影響，而以上四種因素數據的變化基于校園測量樣地的類型、群落結構、空間開敞性以及植物配置。結合以上測量結果，進而改善影響舒適度的因素，以環境設計改善校園綠色空間秋季小氣候。基于湛江地區秋冬季較為炎熱，提出以下校園環境改善意見。

(1)設計可遮陰校園景觀設施，合理增加校園遮陰。針對秋冬季的校園仍然處于較為炎熱的情況，在校園內多設置遮陰設施，大幅度阻擋太陽輻射的通量，從而降低遮陰點環境溫度，從而提高人體舒適度。

(2)合理增加校園植被群落結構，設計可行性校園環境植物配置。不同植被對環境濕度、溫度、太陽輻射等會產生一定程度影響，結合樣地類型合理搭配植被群落，改善局部小氣候，從而改善人體舒適度。

(3)目前針對沿海城市濕度相對比較高的湛江地區校園環境熱舒適度研究相對較少，本文實驗所得理論依據可供環境相似的城市參考，從而營造更加舒適的人與自然相適應的校園生活環境。