基于微氣候舒適度的公園休憩空間景觀優化*

王 慶 孫浩東 謝曉歡

深圳大學建筑與城市規劃學院 廣東深圳 518060

現今中國城市快速發展，城市居民對城市綠地空間品質需求不斷提高[1]。城市公園的建設為城市居民提供了越來越多的休憩空間[2]。公園綠地對緩解城市熱島效應有著至關重要的作用[3]，尤其是在公園、綠道、廣場等中小尺度城市綠地空間[4-5]。由于受制于技術和成本條件[6]，城市大、中尺度的改善措施往往較難實現，而城市微觀尺度的綠地空間的改造卻能夠更好地改善城市微氣候[7-8]。我們需要采取科學有效的措施，提高城市綠地空間的熱環境舒適度，提升其使用效率，建設宜居城市。

在公園景觀設計研究中，人體舒適度已作為重要的參考標準。國內研究公園綠地微氣候主要圍繞微氣候效應、人體舒適度、綠地設計研究3個方面進行[9-11]。多項研究表明，將微氣候、人體舒適度與綠地空間設計相組合是提升城市綠地空間品質較為有效的措施與手段[12-14]。對建筑、地形、植物、水體等周邊要素的改造[15]是塑造適宜微氣候的重要手段之一[16-17]。

陳睿智和董靚[18]將游客游憩行為與人體舒適度進行關聯，得出人體舒適度閾值為31℃[18]；付妍彤[19]的研究表明可以通過改變景觀空間中的地形、水體、鋪裝、設施小品等景觀因素來提高人體舒適度；陳睿智等[20]研究發現濕熱地區城市人體舒適度改善的關鍵性要素是通風和遮蔭。然而，現有的研究多以單一元素為目標，缺乏綜合全面考慮。因此，需要通過綜合考慮多種影響因素，建立一個全面系統、科學的微氣候網絡體系[21-22]。

本研究以城市公園空間中人們滯留休憩時間最長的座椅空間為樣本，探尋人體舒適度與植物景觀特征之間的相關性，得出更為有效的空間景觀優化方案，從而指導公園建設。

1 研究區概況

深圳屬于亞熱帶海洋性氣候，夏長冬短，日照充足，雨量豐沛。年平均氣溫22.5℃，從每年的4月中旬至11月份都是炎熱天氣，夏季時間長達191天，春秋冬三季氣候溫和，東北部氣溫較低，特區內和西部氣溫較高。城市主要受鋒面低槽、熱帶氣旋和季風低壓影響，盛行風向為東南偏東，濕熱多雨，年平均相對濕度為77%，平均風速2.7 m·s-1，靜風和低風速條件發生頻率較高[23]。本市的植被類型多樣，代表植被類型為熱帶常綠季雨林和南亞熱帶季雨性常綠闊葉林，其分布和主要組成與其環境相適應[24]。深圳土壤緊實度較高，質地為粉砂質，pH值為中性偏微酸性，有機含量不高，磷、鉀元素的含量較低[25]。

荔香公園位于深圳市南山區中心地帶，北臨深南大道，南望南山區委大樓，東接麒麟路，西連陽光荔景樓群，園地總面積約22 hm2。園內遍植各種花草樹木，綠化覆蓋率高，主要為棕櫚類、荔枝、龍眼等亞熱帶植物品種。公園由荔枝林改造而來，大面積種植荔枝樹，占喬木數量的80%，故而得名荔香公園。喬木多為成年樹，公園管理到位，長勢良好。

2 研究方法

2.1 實地調研

通過對荔香公園初步踏勘，選取荔香公園內65個兩人座椅空間為調查對象。所選座椅空間位置隨機分布于空曠草坪內部和邊緣、疏林草地內、疏林花境邊、密林內。對以座椅為中心，地面邊長5 m×5 m，高度向上不限的空間景觀特征進行量化測量(圖1)。

圖1 測量點位置分布和座椅空間范圍

2.1.1 氣象因子數據采集

試驗在深圳夏季較為炎熱的2020年9月進行。選擇天氣晴好，氣象較為穩定的連續3天中午12∶00—13∶00進行測量。采用美國精準氣象站測量儀器WatchDog 2900ET自動氣象站6臺，分11次(每次每個空間測5～6 min)對65個座椅空間進行測量。氣象站的三腳架中心距離座椅中心正前方0.5 m處，氣象站感應探頭調整至距離地面0.9 m處，測量人坐在座椅上時頭部高度的空氣溫度、空氣濕度、太陽輻射、風速等氣象因子數據。每1 min自動記錄1次數據。后面的計算取每個空間3天測量的平均值。

2.1.2 景觀特征量化測量

座椅周邊植物不同的布局形態對座椅空間的開放程度有影響，座椅空間中微氣候也會有區別。喬木和灌木植株對座椅空間形成的圍合空間、半圍合空間、開敞空間[18]，不僅能對不同需求者提供不同類型的隱私服務，同時也能調節空間的微氣候。用測距儀和卷尺測量并計算出座椅空間的圍合度(灌木圍繞座椅的長度與座椅整圈長度的比值)、喬木樹高、喬木枝下高、灌木高度等。

由喬木冠層形成遮蔽空間、半遮蔽空間，喬木樹冠可以阻隔和反射太陽光輻射、阻擋強風，影響座椅空間的熱環境和風環境，進而對座椅空間的人體舒適度產生影響。卷尺測量并計算座椅空間的郁閉度(喬木樹冠遮蔽地面的百分比)，卷尺測量喬木冠幅[23]，記錄群落結構(喬、灌、草層次構成)、喬木品種、灌木品種、地被植物品種等[26]。

2.2 問卷調研

采集氣象數據的同時，對使用座椅的成年活動人群進行整體舒適度問卷調查。試驗人員在受訪者填寫調查問卷之前，向其詳細介紹調研原因、問卷填寫方法以及每個問題設置的意義，使受訪者對將要填寫的問卷有一定的認識，提高調查問卷的準確程度、可信度和有效性。通過問卷調查獲取使用人群對所處座椅空間內包括熱感覺、風感覺、溫濕度、整體舒適度和設計建議等內容的主觀舒適度感受，以此建立主客觀之間的聯系。因為是夏季，被調研人群均著夏裝，故忽略衣著影響。共回收402份調查問卷，其中男性占56%，男女比例相對均等，年齡介于22～65歲，均為附近居住區居民。

2.3 指標評價

由于深圳市屬于典型的濕熱地區，夏季高溫高濕，本文采用基于濕熱氣候區提出的濕球黑球溫度指標(Wet Bulb Globe Temperature Index，WBGT)關聯式計算研究對象的人體舒適值[18]。在國際上，WBGT指標已被ISO7243標準體系認證。該指標根據人在微氣候環境中感受到的氣象參數——溫度、空氣干球溫度、相對濕度、風速和太陽輻射強度等的綜合作用，以客觀物理參數數據為依據，綜合計算人體舒適度指標數值。WBGT值的單位采用國際標準單位℃，計算公式如下:

式(1)中，Ta表示空氣干球溫度；RH表示相對濕度；SR表示總太陽輻射照度；Tmr表示環境平均輻射溫度；V表示風速。前人實驗研究表明:以Ta替代Tmr，WBGT值的平均相對誤差為4.471%，絕對值增大0.45%，這和Gunman z等的研究結果相同；環境輻射溫度對WBGT值的誤差影響可忽略不計，因此本文在計算WBGT值時，以Ta替代Tmr。

2.4 數據分析

用SPSS軟件對景觀特征因子與人體舒適度WBGT值進行相關性分析，篩選出具有顯著相關性的景觀特征因子，得出最佳舒適度情況下的景觀特征的量化值。

3 結果與分析

3.1 問卷與舒適度值比對

通過問卷獲得的人體舒適打分與計算得出的WBGT值進行比對分析，結果(圖2)表明:當WBGT＞37℃時，打分很不舒適的占比較高，且無其他打分占比，說明使用者體感很不舒適；當33℃＜WBGT＜37℃時，很不舒適打分占比較WBGT＞37℃段低，不舒適和一般舒適的打分占比逐漸升高，但無較舒適和很舒適打分，說明使用者體感舒適度不舒適或者一般；當WBGT＜33℃時，一般、較舒適和很舒適的打分占比急劇升高，特別是較舒適和舒適的打分占比僅在此段出現且較高，說明使用者體感舒適。故認為33℃為達到舒適的臨界值。

圖2 WBGT值各區間各舒適度人數占比

3.2 人體舒適度與景觀特征

3.2.1 影響微氣候的景觀特征因子

將測得的每個座椅空間的9個景觀特征因子(地被植物面積、喬木枝下高、圍合度、郁閉度、灌木高度、喬木冠幅、灌木面積、喬木樹高、覆蓋率)與人體舒適度WBGT值進行斯皮爾曼指數的多元回歸分析后發現，模型擬合R2為0.577，調整后的R2為0.454，模型擬合度較好，其中覆蓋率、圍合度、喬木樹高、喬木枝下高、灌木高度、灌木面積6個景觀特征因子與人體舒適度(WBGT)值顯著相關(P＜0.05)，相關程度排序為喬木覆蓋率＞灌木面積＞圍合度＞喬木枝下高＞灌木高度＞喬木樹高，而其他因子與人體舒適度指數相關性不顯著(表1)。根據以上結果，本研究將無相關性的景觀特征因子剔除，僅對有相關性的特征因子進行分析。

表1 WBGT值與景觀特征的相關性

3.2.2 景觀特征因子的最適值

由圖3可以看出，荔香公園WBGT值＜33℃的座椅空間為30個，占65個座椅空間的46%，說明處于舒適區間的座椅空間并不多。其他＞33℃，即一般和不舒適的座椅空間約占54%，說明提升休憩空間舒適度的需求是很大的。各座椅空間的景觀特征值不是越高越好，而是在一定取值范圍內才能獲得最佳舒適度。舒適的座椅空間主要分布于公園的疏林道路旁，這些空間的覆蓋率為75%～90%，低于75%或高于90%，都會降低舒適度。這是因為覆蓋率直接影響太陽輻射，覆蓋率低，空間太陽輻射就強，溫度高，人體舒適度低；覆蓋率太高，高于90%，會造成空間內光照不足，從而降低舒適度。灌木高度和圍合度直接影響座椅空間的開放程度，控制空間的風速。當灌木高度在0.3～1.25 m，圍合度在16.5%～62.15%時，空氣流通性適中，舒適度高，在這個范圍之外則會影響使用者的舒適度。喬木高度影響太陽輻射，從而改變溫度，喬木過高或過低都會趨于不舒適的值，范圍在4.35～7 m時為最佳。灌木面積的大小會影響座椅空間的通風，當面積為3.56～18.46 m2時為最佳。喬木枝下高與其他景觀特征綜合調節濕度、溫度、太陽輻射和風速等氣象因子，當范圍為1.83～9.36 m時能獲得最佳舒適度。

由圖3還可看出，我們通常認為綠化最好的密林區域內反而不是最舒適的休息空間。所以，單純的豐富綠化，并不會增加休憩空間的舒適度?？傊慰臻g的微氣候是各景觀特征綜合作用的結果，在設計時需要全面考慮。

圖3 WBGT值區間的座椅空間數量和景觀特征

4 優化建議

4.1 綜合考慮景觀特征

根據景觀特征因子與人體舒適度(WBGT)相關性標準化系數的絕對值排序可知，景觀特征因素對舒適度的影響由大到小為喬木覆蓋率＞灌木面積＞圍合度＞喬木枝下高＞灌木高度＞喬木樹高。 因此， 我們在座椅空間選址和景觀營造的時候， 首先需要考慮喬木覆蓋率和灌木面積， 即先滿足空間內有1～2 株喬木和一定量的灌木， 然后考慮灌木的圍合度和喬木的枝下高， 即需要有50%左右的圍合和2 米以上的枝下高， 以此來控制座椅空間的通風性； 最后考慮灌木高度和喬木高度。 總之， 在對座椅休憩空間進行景觀設計時，應從對舒適度影響較大的景觀要素開始進行考量。

4.2 梳理植物配置

坐態姿勢的活動對于場合、 氣候和空間都有一些具體的要求。 特別是在炎熱的夏季， 舒適度高的休息空間能促進人的休憩行為， 提升公園整體品質。 本研究結果表明， 喬木和灌木形成的不同圍合度的座椅空間， 不僅能對不同需求者提供不同程度的隱私服務， 也能夠不同程度地控制風速、 減少太陽輻射、 調節溫濕度、 隔離噪音等。因此， 可以根據不同需求對植物進行梳理。 研究區域內舒適度一般的座椅空間主要分布于公園南面的荔枝林內。 荔枝樹太繁密， 太陽輻射被大大削弱， 其內的座椅空間會相對陰郁， 密林內風速相對小， 空氣流通性低， 建議對該座椅空間的荔枝樹枝進行修剪以增加太陽輻射， 對座椅空間外圍的喬木進行修剪， 以增加通風； 對于舒適度較低的廣場旁和草坪邊緣的座椅空間， 則需增植喬木以遮蔭， 增植合適高度的灌木遮擋鋪裝和草坪的熱輻射。

4.3 優化植物品種

在植物選擇方面， 盡可能保持喬灌草的復層植物群落結構， 在現有的植物群落中進行增減或者替換。 荔香公園中位于大草坪和廣場周邊座椅休息空間的植物品種趨于單一， 草坪草主要為地毯草、 狗牙根， 可以將路牙邊緣增植沿階草、 麥冬等地被植物； 座椅靠背側增植喬木和灌木， 以增加綠量， 減少草坪漫輻射， 從而提高舒適度。在茂密荔枝林內的座椅空間植物景觀豐富， 但舒適度仍然不高， 可以將座椅空間茂密的荔枝樹進行局部移植， 再替換成有觀賞價值且枝葉較稀疏的喬木， 如雞蛋花、 幌傘楓等， 這樣既能保證座椅空間有足夠的植物遮蓋， 又不會影響座椅空間的通風和光照。 對于四周植物環繞的座椅空間，為了減少圍合灌木， 擴大開敞面， 建議將原來的枝葉郁密的福建茶、 小葉女貞、 假連翹等灌木替換成如紅背桂、 蒲葵、 勒杜鵑、 鵝掌木和朱蕉等枝葉較為稀疏的灌木品種， 這樣有利于座椅空間的通風， 從而改善空間的舒適度。

4.4 完善輔助設施

人們在公園進行休憩時會挑選位置最佳、 最舒適的座位， 因為這些地方能為使用者提供盡可能多的有利條件， 比如便捷可達的道路， 座椅旁的置物臺、 垃圾箱， 夜間照明燈， 寵物方便箱等。臺地高處的座椅也比較受歡迎， 因為它們還可作為很好的觀景點。 此外， 深圳夏季蚊蟲較多， 可以適當布置一些驅蚊設施， 例如驅蚊燈等。

5 結論與討論

本研究打破了通常認為的植物景觀越豐富舒適度越高的認知。 研究發現， 影響植物景觀微氣候舒適度的景觀特征因子太高或者太低都會降低人體舒適度。 對于夏季的城市公園休憩空間， 當人體舒適度WBGT＜33 ℃時， 使用者體感舒適。 當喬木覆蓋率為75%～90%、 灌木面積為3.56～18.46 m2、 圍合度為16.5%～62.15%、 喬木枝下高為1.83～9.36 m、 灌木高度為 0.3 ～1.25 m、 喬木高度為 4.35 ～7 m時， 人體獲得的舒適度最佳。 通過綜合考慮景觀特征、 梳理植物配置、 優化植物品種、 完善輔助設施等手段可以提升座椅休息空間舒適度。

公園中除了植物景觀外， 地形和水體也是影響微氣候的重要因素。 本研究對象地勢較為平坦，選擇樣本時避開了水體附近的座椅。 因為不涉及地形和水體， 本研究結果對于山地或者濱水公園景觀優化不適用。 未來將擴大研究對象的規模和范圍， 增加微氣候影響因素的數量和復雜性， 進一步完善研究， 形成體系， 以期為城市公園建設提供借鑒。