高校校園道路小氣候及人體舒適度的影響研究★

黃雪揚，王藍青，李大鵬，陳 燕,2

(1.湖南科技大學建筑與藝術設計學院，湖南 湘潭 411100; 2.湖南科技大學生態修復與景觀設計研究所，湖南 湘潭 411100; 3.中南林業科技大學風景園林學院，湖南 長沙 410004)

校園道路是校園交通的骨架，是校園結構布局的關鍵因素，校園行道樹是校園道路和校園綠化的重要組成部分。目前國內外一些研究者對校園綠化、城市行道樹樹種的降溫增濕效應和人體舒適度做出了相應的研究[1-4]，研究表明行道樹既能調節局部小氣候，還能削弱噪聲以及提供陰涼等功能，能夠為校園提供環境優美生態良好的新環境[5-9]。但是，目前國內對于校園道路小氣候與人體舒適度的研究較少，缺乏此方面的研究資料。而且大部分師生在教學、通行中以步行為主要方式，其使用時間段主要集中在春、秋兩學期，校園道路綠地使用頻率高、要求高，校園道路綠地肩負著對人體舒適度的重要調節作用，校園道路的舒適度建設亟需合理的理論指導，因此此研究具有很高的研究必要性。

此次調研利用溫濕度測量儀、風速儀、照度計等儀器對湖南科技大學道路兩側的行道樹綠化情況進行調查，初步探究不同道路形式與植物搭配對春學期校園道路小氣候的改善作用，為校園道路提供合理的綠化建設建議與指導方案。

1 研究區域概況

湖南科技大學(112°90′E，27°87′N)位于湖南省湘潭市雨湖區，校園占地面積2 km2，校園綠地率達78.3%。屬于亞熱帶季風氣候，地處內地，大陸氣候特征顯著。四季劃分明顯，降水多，夏高溫，冬寒冷。湘潭地區，3月平均氣溫13 ℃，降水量135.8 mm，4月均溫16 ℃，降水量161.2 mm，5月均溫22 ℃，降水量324.61 mm，6月均溫26 ℃，降水量148.34 mm(引自中國氣象局資料)，各測試日天氣情況見表1，各測試儀器主要參數見表2。

表1 各測試日天氣狀況

表2 各測試儀器主要參數

2 實驗方法

2.1 小氣候因子實驗方法

本次實驗數據測量，選擇了2021年春季學期(3月～6月)的晴天(少云)進行，因為春學期3月～6月為師生在校主要時間，測試更具有代表性。測試時間分別是3月28日、4月23日、5月22日、6月20日。在校園內選定的6條主干道與對照組進行測量，每條道路均設3個測點并記作3個重復進行測量，所選測試時間為師生活動頻繁的7:00～19:00。對各個測點的平均風速、光照強度、風向、空氣溫度、相對濕度等道路小氣候要素進行定點往返測量，即整點前對各要素進行一次測量，整點后再進行一次測量，兩次測量順序相反。各測點數據每2 h進行一次記錄，儀器測量高度須距地面1.5 m，重復3次測量各道路小氣候因子數據，為保證結果的可靠性取其平均值作為數據記錄。勘正數據后取各要素的平均值為最終小氣候要素值。采用IBM SPSS Statistics 19.0統計分析軟件對不同綠化模式道路的人體舒適度與各小氣候要素進行相關性與顯著性分析，再用EXCEL進行數據計算并進行數據分析。

2.2 郁閉度計算方法

郁閉度指林冠的垂直投影面積與林地面積之比，它可以反映林冠的郁閉程度[10]。郁閉度數值的大小是反映林下空間遮陰程度的一個重要指標。其以0～1的數值表示，完全覆蓋為1，無喬木覆蓋為0。根據聯合國糧農組織規定，0.70(含0.70)以上的郁閉林為密林，0.20～0.69為中度郁閉，不大于0.1～0.20(不含0.20)以下為疏林。

2.3 測點分布與植被情況

基于校園師生的行為活動與道路實際使用情況，根據使用多、有代表、有價值的原則選擇周圍無樹木遮陰的湖南科技大學東門空地作為參照點，無明顯建筑遮擋的校園6條主干道作為觀測路段。在每一條主干道觀測段的前中后三個位置分別設置3個觀測點(測點基本情況見表3)，每條道路的3個觀測點分別位于道路的前中后，以求能夠更好的代表道路的實際情況。根據郁閉度的不同分別選出高郁閉度、中郁閉度、低郁閉度3種類型的校園道路活動空間共19個測點(包括對照點分布情況見圖2)。

表3 各道路及測點基本情況

實驗地點位于湖南科技大學的主干道路，道路綠化模式有兩種，分別為一板兩帶式和兩板三帶式，道路有東西向和南北向之分。其中，致志路-1、致志路-2、至誠路為一板兩帶式道路；櫻花路、唯實路、惟新路為兩板三帶式道路。單行行道樹布置，平均株距4.5 m(道路植被配置見表4)。

表4 道路植被配置情況

本實驗采集主要喬木的胸徑，采用喬木1.3 m～1.5 m處作為胸徑測量區域，胸徑取道路喬木均值，喬木的冠幅采用最下枝法求取并取均值。

2.4 人體舒適度測試方法

人體舒適度指數是日常生活中較為常用的以數據與等級劃分來表現人體舒適度的方法。本研究采用上海氣象局提出的綜合舒適度指標為依據進行統計分析。其表達式為:S=0.6(|Ta-24|)+0.07(|RH-70|)+0.5(|V-2|)。其中,S為綜合舒適度指標;Ta為空氣溫度,℃;RH為空氣相對濕度,%;V為風速,m/s。并確定:S≤4.55為舒適;4.559.00為不舒適,難以忍受[11]。本研究以每條道路3個測試點的人體舒適度均值作為本道路人體舒適度最終值，并以此為實驗數據分析標準，對各道路人體舒適度進行評價,進行數據分析,并以此為依據尋找各小氣候因子與人體舒適度之間的聯系。

3 結果與分析

為提高實驗結果的科學性，將各道路各測量日的小氣候因子測量數據的平均值作為最終數據進行分析。

3.1 熱因子分析

3.1.1 空氣溫度分析

3月～6月各道路空氣溫度分析見圖3。

對于空氣溫度數據的整理可發現，各月各道路的空氣溫度均低于對照點。這表明一定的植物遮陰對于空氣溫度具有一定的影響。總體上各月高郁閉度道路溫度>中郁閉度道路溫度>低郁閉度道路溫度(個別月份會有較小差別)。同樣是在中郁閉道路中，樹木較多綠化情況較好的唯實路、惟新路相較于樹木較少綠化較差的至誠路、致志路-2在道路溫度上較低。各道路溫度變化趨勢一致但溫度差異明顯，尤其是中午，溫度相差最高可達6 ℃。各道路之間的空氣溫度之間呈現出的差異表明了郁閉度也會對空氣溫度產生間接影響，綠化類型與植被越豐富的情況下郁閉度越高，郁閉度越高空氣溫度越適宜。可以發現，在春學期的晴天太陽輻射較強時，樹種較為豐富、胸徑較大、數量較多的喬木能夠顯著降低太陽照射，影響空氣溫度，進而提高道路的人體舒適程度。

3.1.2 光照強度分析

3月～6月各道路光照強度分析見圖4。

對于光照強度數據的整理可發現，春學期各月中不同郁閉度道路的光照強度差異較大。無植被遮陰的對照組光照強度最高，最高可達20 000 lx，中郁閉度空間下的樹木冠幅小、數量較少的致志路與至誠路光照強度次之，數目遮陰條件良好的中郁閉度唯實路、惟新路和高郁閉度的櫻花路光照強度最低。各條道路的光照強度在中午11:00～13:00達到峰值，在此時的差異也最為明顯。說明在春學期的晴天，相較于無遮陰空間，適度的遮陰會降低光照強度，減少一部分的陽光照射。同時喬木的遮陰空間受樹冠橫截面積影響，遮陰效果會隨著喬木生長的變化而變化，6月份喬木遮陰效果要大于3月份喬木遮陰效果，生長情況越良好的喬木對于光照強度的影響越大，更能對人體舒適程度產生影響。

3.2 濕因子分析

3月～6月各道路相對濕度分析見圖5。

對于道路相對濕度分析數據的整理可發現，相對濕度與空氣溫度的變化曲線呈相反的趨勢，相對濕度的變化與光照強度和空氣溫度的變化有著密切的聯系，二者緊密相關。對照點的相對濕度最低，其他高、中、低郁閉度道路相對濕度差異較小，三者總體變化趨勢一致。但仔細分析可看出，植被條件相對較好以及周邊有月湖環繞的致志路-1、致志路-2兩條路的濕度條件較高。唯實路、惟新月路兩條路相對濕度較高，是因為植被帶來的遮陰空間較多能夠有效的減少空氣水分的蒸發從而保持濕度，櫻花路有明湖作為水分的提供空氣濕度也較高，由此得出結論：光照強度、郁閉度與周邊水環境對空氣相對濕度有著明顯的影響。

3.3 風因子分析

3月～6月各道路風速分析見圖6。

計算6條道路以及對照點風速可發現，各道路風速差異較為明顯，在喬木較少或冠幅較小的道路中，相對開敞的中低郁閉度空間對于風的阻礙因素較少，流動性強風速大。植被相對豐富相對閉塞的高郁閉度空間對于風的阻礙因素較多，流動性弱風速低。此外風速和風量也受到了道路、周邊建筑布局、喬木種類和水體的影響，同樣的空間類型中，相鄰的水域面積越大，風速越大(以致志路為例)；而相同的空間類型中，若周圍有建筑阻擋，則風速越小(以櫻花路為例)。

3.4 人體舒適度及其相關性分析

3月～6月各道路日均人體舒適感如圖7所示。

對比各月各道路的日平均人體舒適度，結果顯示在校園春學期的晴天日數中，各不同配置的道路綠化模式人體舒適度值相較于對照點較小，幾乎所有道路人體舒適度指數均在舒適與較舒適的范圍之內。更加炎熱的5月、6月各道路人體舒適度差異較3月、4月更大，人體舒適度具有明顯的季節性差異。總體上高郁閉度道路人體舒適度>中郁閉度道路人體舒適度>低郁閉度道路人體舒適度。并且通過同等中郁閉度道路模式的對比發現兩板三帶式中郁閉度道路人體舒適度相較于一板兩帶式中郁閉度道路總體較高。植被搭配越豐富的道路人體舒適度相較于同類型植被搭配單一的道路人體舒適度更高。計算道路人體舒適度，說明通過合理的道路綠化模式的選擇可以提高校園內來往師生的舒適度，同時也可以通過種植生長情況良好的行道樹，提高道路遮陰程度，關注人體舒適度月變化規律度進一步提高道路舒適度。

利用IBM SPSS Statistics 19.0統計分析軟件分析各測點的郁閉度、樹木胸徑、樹種、道路綠化模式及各小氣候要素與人體舒適度之間的顯著性與相關性(見表5)。結果顯示，在置信度(雙測)為0.01時，道路郁閉度、光照強度、空氣溫度、胸徑、道路綠化模式、風速、樹種存在顯著正相關關系；與相對濕度存在顯著負相關關系。在春季，太陽照射角度與時間增加，光照強度與空氣溫度隨著時間的推移不斷上升，校園道路的使用者的人體舒適度不斷降低，種植冠大陰濃的喬木，豐富不同的植被搭配，合理的設置道路的寬度，能有效地降低溫度與光照等不利于人體舒適度提高的小氣候要素，進而提高春學期校園道路空間人體使用舒適程度。

表5 人體舒適度和郁閉度及各小氣候因子相關性分析

4 結論與討論

通過以上各道路小氣候要素的科學測量和嚴謹的數據分析得出以下結論：

1)光照強度和空氣溫度以及植被的選擇與生長情況是影響道路小氣候和人體舒適度的重要因素。校園道路行道樹郁閉條件越好，營造的小氣候越宜人，人體舒適度越高。

2)行道樹的數量與生長狀態與道路的綠化模式對于提高人體舒適度有重要的作用。兩板三帶式道路提高人體舒適度效果較一板兩帶式道路顯著。在道路中胸徑較大的行道樹提高人體舒適度效果較胸徑小的行道樹顯著。

3)行道樹都具有明顯的遮光效應，其遮光效應大小排序為香樟>雪松>杜英>桂花>廣玉蘭。喬+灌+草和喬+草的綠地類型遮光率均顯著高于草坪，后者幾乎沒有遮光效果。不同的道路綠地類型的遮光效應大小排序為喬+草>喬+灌+草>草坪。

本實驗仍存在一定的缺陷：1)伴隨著太陽高度的變化，樹木的遮陰空間也在變化，樹木遮陰程度與郁閉度的大小也發生著變化，無法兼顧郁閉度的日變化對于實驗的影響。2)所選擇的測試日風因子條件差異小，模糊了風因子對人體舒適度的影響作用，應當選擇風因子差異明顯的測試日、測試地點進行測量。3)測試的日期多為工作日且局限于白天，未考慮周末和晚間師生的戶外使用情況，也需完善。

對校園道路綠化設計的建議如下：第一，在校園道路的行道樹配置上，首選冠大陰濃、分枝點較低的喬木或密度較高的灌木，并配以一些草本植物，能在天氣炎熱有效阻隔直射的陽光，削弱光照強度，還可以形成錯落有致的植物景觀，增強道路綠化的人體視覺效果，兼顧美與生態的兩方面發展。第二，在校園主干道附近，可以增設一些噴泉、荷花池、跌水等流動性的水體，以此增加空氣流通與交換，有效降低空氣溫度，在與周邊道路綠地配合的情況下提高人體舒適度。