植物形態(tài)對歷史街區(qū)空間夏季熱舒適度的調(diào)節(jié)機理研究

摘 要 歷史街區(qū)蘊含豐富的文化風(fēng)俗，是城市歷史發(fā)展的縮影，是一個城市的標(biāo)志。選取湛江市赤坎老街不同街道空間作為研究地點，觀測其微氣候因子（太陽輻射、溫度、濕度、風(fēng)速），分析不同歷史街區(qū)中喬木樹高、冠幅、冠層密度等形態(tài)特征對街道空間微氣候的影響，以期為改善歷史街區(qū)的宜居環(huán)境、加速歷史街區(qū)發(fā)展提供思路與參考。結(jié)果表明：1）各歷史街道的樹木對夏季的微氣候具有明顯調(diào)節(jié)作用，不同樹種對微氣候因子的調(diào)節(jié)能力有一定區(qū)別。2）植物形態(tài)特征（樹高、冠幅、樹冠距地距離、冠層密度）與微氣候因子存在一定的相關(guān)性，與生理等效溫度亦存在一定的相關(guān)性。樹高、冠幅、冠層密度對溫度、濕度、太陽輻射影響顯著，樹木越高，冠幅越大，冠層密度越大，進而樹下的溫度越低，濕度越高，太陽輻射強度越低；樹冠距地距離越高，對風(fēng)速影響越小，對微氣候調(diào)節(jié)的能力越差。植物冠幅與冠層密度越大，生理等效溫度越低。3）綜合考慮各方面因素，選擇高大、冠幅大、冠層密度大、樹冠距地距離低的樹種，其降低生理等效溫度的效果更好，改善人體熱舒適度。

關(guān)鍵詞 歷史街區(qū)；微氣候因子；植物形態(tài)；生理等效溫度

中圖分類號：TU986.2 文獻標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.01.022

歷史街區(qū)是一個城市乃至一個國家發(fā)展歷程的縮影，同時蘊含豐富的歷史文化，隨著旅游業(yè)的發(fā)展，歷史街區(qū)不僅是原有居民的生活場所，還是外來游客參觀游玩的一個名勝景點。在當(dāng)今經(jīng)濟社會高速發(fā)展背景下，環(huán)境污染、極端氣候、人居因素、城市發(fā)展等問題凸顯，歷史街區(qū)原有狀態(tài)已跟不上時代的步伐，宜居、宜游的功能下降。如何改善、提高、進一步發(fā)展歷史街區(qū)是一個值得深思的問題。近年來，國內(nèi)外對改善熱舒適度的研究有所增多，例如樹木不同的形態(tài)特征會形成不同的樹下成蔭效果，對人體熱感覺變化也有一定影響[1]。雖然樹下成蔭能有效降低生理等效溫度（Physiological Equivalent Temperature，PET），但不同樹種及種植模式對改善人體熱舒適的效果有一定區(qū)別[2]。張錚在研究植物形態(tài)對比實測微氣候因子數(shù)據(jù)中得出樹冠這一形態(tài)特征對微氣候具有顯著影響[3]。晏海研究城市公園綠地的微氣候因子中發(fā)現(xiàn)樹木冠層的葉面積指數(shù)、冠層覆蓋度、天空可視因子對微氣候改善有明顯效果[4]。有樹下成蔭與無樹下成蔭會導(dǎo)致城市的生物氣候條件、平均輻射溫度（Mean Radiant Temperature，Tmrt）和生物氣象熱指數(shù)有一定的區(qū)別[5]。植物在改善道路周圍的微氣候、提升街道空間熱環(huán)境、降低空氣溫度、增加空氣濕度、減弱太陽和地面輻射、改善通風(fēng)等方面有著不可替代的作用[6-8]。因此，研究植物形態(tài)與熱舒適度調(diào)節(jié)的關(guān)系，對改善、提高、發(fā)展歷史街區(qū)有著重要意義。本文以湛江市為例，實測具有代表意義的歷史街區(qū)的微氣候因子數(shù)據(jù)及植物形態(tài)特征，并進行相關(guān)性分析。

1" 研究方法

1.1" 研究對象

以廣東省湛江市赤坎老街為研究場地，以民主路、中山路為核心，東、南至南橋河，西至躍進路、九二一路，北至北橋河，整體范圍較大，并且有著較為完整的歷史老街道、傳統(tǒng)民居，以及富有特色的南洋風(fēng)格騎樓群和歐陸格調(diào)建筑群。

1.2" 測點選擇

根據(jù)湛江市粵西的地理位置，受北部灣城市群影響輻射，屬于邊緣熱帶濕潤地區(qū)，夏長冬短。通過天氣預(yù)報選擇夏季高溫晴朗（2022年9月18—20日）天氣3 d的9：00—17：00，每間隔2 h定點進行測量。最后整理數(shù)據(jù)取其平均值。

通過前期實地調(diào)研，依據(jù)赤坎老街原有特色，可將街道空間劃分為傳統(tǒng)商業(yè)型歷史街區(qū)、文化娛樂型歷史街區(qū)兩類，各類選取2個點，并在空曠廣場設(shè)置對照點，共5個點進行測定，即婦幼保健院門前小公園、步行街、水仙廟、古玩文化城及空曠廣場。測點位置及其基本情況詳見表1。

1.3" 主要調(diào)查內(nèi)容

研究植物形態(tài)對赤坎老街不同街道空間的小氣候調(diào)節(jié)影響，對5個具有代表性的測點進行微氣候因子測定，表2為測試儀器及參數(shù)詳情。通過手持太陽能功率計距地150 cm處測量各測點太陽輻射；手持多功能風(fēng)速計距地150 cm處測量各測點的溫度、濕度、風(fēng)速；通過測距望遠(yuǎn)鏡測量植物樹高、冠幅、樹冠距地距離；通過魚眼鏡頭獲取冠層密度。

選用生理等效溫度作為人體熱舒適度的評價指標(biāo)，定義為給定環(huán)境下的生理平衡溫度，其值等于典型室內(nèi)環(huán)境下達到室外同等熱狀態(tài)時所對應(yīng)的氣溫[9-10]。談建國等在2001年對PET影響人體熱舒適度的因素進一步完善[11]；鄭有飛等在此基礎(chǔ)上將PET與南京熱舒適感的概率分布、氣象參數(shù)等進行了關(guān)聯(lián)性研究[12]。所以，PET是目前比較科學(xué)、合理量化微氣候的一種方法。本研究利用RayMan pro 3.1模型導(dǎo)入各街道空間所觀測的空氣溫度、相對濕度、風(fēng)速和太陽輻射強度，同時設(shè)定夏季服裝熱阻系數(shù)、人體性別、年齡、身高、體重、新陳代謝率和街區(qū)地理位置等信息，用于計算各測點空間生理等效溫度PET。表3為雷曼模型數(shù)據(jù)錄入內(nèi)容及其具體參數(shù)。

最后對所測量數(shù)據(jù)進行歸納總結(jié)分析，為改善歷史街區(qū)環(huán)境提供指導(dǎo)性建議與思路。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 微氣候因子實測結(jié)果

2.1.1" 溫度

圖1數(shù)據(jù)表明，4個測點的氣溫在30.0～35.5 ℃，對照點氣溫在33.7～36.3 ℃，整體溫度曲線基本呈先上升后下降的趨勢。其中溫度峰值均在11：00處，分別為A點34.7 ℃，B點35.5 ℃，C點35.2 ℃，D點35.0 ℃，對照點36.3 ℃。與對照點相比，A點最高可降溫3.2 ℃，最低可降溫1.2 ℃，日平均氣溫降低1.84 ℃；B點最高可降溫1.6 ℃，最低可降溫0.8 ℃，日平均氣溫降低1.12 ℃；C點最高可降溫1.1 ℃，最低可降溫0.5 ℃，日平均氣溫降低0.66 ℃；D點最高可降溫2.3 ℃，最低可降溫0.8 ℃，日平均氣溫降低1.38 ℃。因此不同植物對溫度的調(diào)節(jié)作用有所區(qū)別，整體上植物使日平均氣溫降低1.5 ℃左右。

2.1.2" 濕度

圖2數(shù)據(jù)表明，4個測點的相對濕度在58.8%～77.7%，對照點濕度在58.1%～72.6%，整體濕度曲線呈“W”型的趨勢。其中相對濕度峰值均在9：00處，分別為A點77.7%，B點74.5%，C點72.7%，D點76.8%，對照點72.6%。與對照點相比，A點濕度最高增加8.4個百分點，最低增加3.8個百分點，日平均濕度增加6.4個百分點；B點濕度最高增加4.3個百分點，最低增加0.5個百分點，日平均濕度增加1.72個百分點；C點濕度最高增加6.4個百分點，最低增加0.1個百分點，日平均濕度增加1.84個百分點；D點濕度最高增加7.7個百分點，最低增加濕度2.9個百分點，日平均濕度增加4.64個百分點。不同植物對濕度的調(diào)節(jié)作用有所區(qū)別，整體上植物使日平均濕度增加4個百分點。

2.1.3" 風(fēng)速

圖3數(shù)據(jù)表明，A點、C點、D點風(fēng)速均為0 m·s-1；B點風(fēng)速在0～1.2 m·s-1，平均風(fēng)速為0.24 m·s-1；對照點風(fēng)速在0～1.4 m·s-1，平均風(fēng)速為0.52 m·s-1，對照點比4個測點的風(fēng)速都大。植物的通風(fēng)效應(yīng)分為夏季的導(dǎo)風(fēng)效應(yīng)和冬季的擋風(fēng)效應(yīng)。夏季導(dǎo)風(fēng)效應(yīng)調(diào)節(jié)機制，樹冠阻礙或改變風(fēng)的大小和方向，而在樹冠下，風(fēng)可以順利穿過。此外，樹冠吸收部分太陽輻射作為生理活動能量來源、阻擋太陽輻射投射，樹陰處的空氣溫度會比沒有樹陰的地方低，空氣會從溫度高的無樹陰處流向溫度低的樹陰處，形成局部空氣微循環(huán)[13]。測量時間為夏季，應(yīng)具有導(dǎo)風(fēng)效應(yīng)提高風(fēng)速的效果，從測量結(jié)果可得出赤坎老街的植物配置還未能起到該效果。測量結(jié)果反映出全天各測點基本無風(fēng)，不能排除存在選定的測量日期剛好無風(fēng)的情況，亦存在建筑布局不合理導(dǎo)致風(fēng)速減小的可能。

2.1.4" 太陽輻射

圖4數(shù)據(jù)表明，太陽輻射曲線基本呈先上升后下降的趨勢，其中峰值都在11：00處，是太陽輻射最強的時間段，最低值處在15：00—17：00。A點太陽輻射最大值為63.9 W·m-2，最小值為22.7 W·m-2；B點太陽輻射最大值為82.3 W·m-2，最小值為39.0 W·m-2；C點太陽輻射最大值為70.5 W·m-2，最小值為35.3 W·m-2；D點太陽輻射最大值為42.4 W·m-2，最小值為21.2 W·m-2；對照點太陽輻射最大值為548.2 W·m-2，最小值為86.6 w·m-2。

通過布魯諾[14]的計算方程式可以算出行道樹對太陽輻射的衰減效果：

AT=[（Ssun?Ssh）/Ssun]×100% （1）

式（1）中，AT為太陽輻射的衰減百分比，Ssun表示日照下日均太陽輻射的總值，Ssh表示樹蔭下日均太陽輻射的總值。

A點日均太陽輻射衰減效果為86.9%，B點日均太陽輻射衰減效果為80.2%，C點日均太陽輻射衰減效果為81.3%，D點日均太陽輻射衰減效果為90.0%。表明植物對太陽輻射的衰減效果顯著，且不同植物對太陽輻射的衰減作用有所區(qū)別。

2.2" 生理等效溫度與微氣候因子的相關(guān)分析

計算各測點空間生理等效溫度，分別得出A點為28.6 ℃，B點為29.6 ℃，C點為29.9 ℃，D點為29.1 ℃，E點為38.4 ℃（見圖5）。A、B、C、D點的生理等效溫度都低于對照點E，其中A點的降溫效果最為明顯，達9.8 ℃。說明微氣候因子在一定范圍內(nèi)形成的局部氣象條件也會影響人體的熱舒適度。采用SPSS軟件進行微氣候因子與生理等效溫度的相關(guān)性分析。

由表4可知，溫度、濕度、風(fēng)速、太陽輻射與生理等效溫度之間均呈極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.873、-0.711、0.905、0.999，其中溫度、風(fēng)速、太陽輻射與生理等效溫度之間呈極顯著正相關(guān)，濕度與生理等效溫度之間呈極顯著負(fù)相關(guān)。當(dāng)環(huán)境溫度升高時，人體需要采取調(diào)節(jié)措施來保持體溫平衡，進而提高生理等效溫度。當(dāng)人體暴露在高太陽輻射的環(huán)境中時，會吸收額外的熱量，增加體溫負(fù)荷，導(dǎo)致較高的等效生理溫度。而高濕度會影響人體的蒸發(fā)散熱效率，提高生理等效溫度。風(fēng)速可以影響蒸發(fā)散熱，較大的風(fēng)速有助于加速蒸發(fā)，有利于降低生理等效溫度。但本研究結(jié)果呈現(xiàn)相反趨勢，可能是因為該地區(qū)高溫高輻射的環(huán)境特征影響導(dǎo)致人體采取了不同的適應(yīng)性調(diào)節(jié)措施。

2.3" 植物形態(tài)特征與微氣候因子、生理等效溫度的相關(guān)性分析

樹木的高度、冠幅、冠層密度、冠幅距地距離等要素合稱為樹木的形態(tài)特征。植物的光合作用、蒸騰作用等一系列的化學(xué)反應(yīng)和生長發(fā)育的生理變化都會對環(huán)境產(chǎn)生一定影響。樹木遮陰能有效降低生理等效溫度，改善人體熱舒適性，而且不同樹種及種植搭配產(chǎn)生的效果存在差異[2]。采用SPSS軟件對喬木的形態(tài)特征與微氣候因子、生理等效溫度進行相關(guān)性分析。

2.3.1" 樹高

由表5可知，樹高與溫度、太陽輻射的相關(guān)系數(shù)分別為-0.305、-0.234，表明樹高與溫度、太陽輻射呈顯著負(fù)相關(guān)；樹高與濕度、風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)接近于0，相關(guān)性不顯著。就樹高而言，若短時間內(nèi)通過植物調(diào)節(jié)微氣候，選擇速生樹種優(yōu)于實生樹種，因為相同生長時間下速生樹種的樹高要高于實生樹種，微氣候調(diào)節(jié)能力更強，而且同一樹種成年樹木比幼年樹木的微氣候調(diào)節(jié)能力要強。

2.3.2" 冠幅

由表5可知，冠幅與溫度、濕度、風(fēng)速、太陽輻射之間的相關(guān)性均達極顯著水平，其中冠幅與溫度、太陽輻射之間呈極顯著負(fù)相關(guān)，與濕度、風(fēng)速之間呈極顯著正相關(guān)。就冠幅而言，在同等冠層密度情況下冠幅越大，遮蔭覆蓋率越高，調(diào)節(jié)微氣候的能力越強；短時間內(nèi)調(diào)節(jié)微氣候應(yīng)是速生樹種優(yōu)于實生樹種，因為相同生長時間下速生樹種的冠幅大于實生樹種，但不能忽視樹種成樹后的一般形態(tài)。

2.3.3" 冠幅距地距離

由表5可知，樹冠距地距離與溫度的相關(guān)系數(shù)為0.529，呈極顯著正相關(guān)；與風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)為-0.316，呈極顯著負(fù)相關(guān)；樹冠距地距離與濕度、太陽輻射的相關(guān)性不顯著。就冠幅距地距離而言，樹冠距地高度越低，對風(fēng)速的影響越大，對微氣候的調(diào)節(jié)能力越強。

2.3.4" 冠層密度

由表5可知，冠層密度與濕度、風(fēng)速之間呈極顯著正相關(guān)，與溫度呈極顯著負(fù)相關(guān)，與太陽輻射呈顯著負(fù)相關(guān)。實測點代表樹種魚眼示意圖、形態(tài)特征示意分別見圖6、圖7。4個測點中，A點小葉榕冠層密度為76.2%，B點山楝冠層密度為76.58%，C點非洲楝冠層密度為85.14%，D點秋楓冠層密度為57.48%。就冠層密度而言，在同等冠幅情況下冠層密度越大，遮蔭覆蓋率越大，調(diào)節(jié)微氣候的能力越強。

2.3.5" 生理等效溫度

由表6可知，生理等效溫度與冠幅的相關(guān)系數(shù)為 -0.339，呈極顯著負(fù)相關(guān)；生理等效溫度與樹高、樹冠距地距離、冠層密度的相關(guān)性不顯著。植物葉片可以吸收一部分太陽輻射，并將其轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)和進行蒸騰作用，從而增加周圍環(huán)境的濕度。植物冠幅大小反映植物覆蓋率的高低，可以提供陰涼和遮蔽的效果，隨著覆蓋率的增加可以減少反射和吸收的太陽輻射，減輕陽光直射對地表的照射，降低生理等效溫度。

綜上所述，溫度與樹高、冠幅、樹冠距地距離、冠層密度均有顯著相關(guān)關(guān)系，溫度隨著樹高、冠幅、冠層密度增大而減小，隨著樹冠距地距離增大而增大；濕度與冠幅、冠層密度有顯著相關(guān)關(guān)系，濕度隨著冠幅、冠層密度增大而增大；風(fēng)速與冠幅、樹冠距地距離、冠層密度有顯著相關(guān)關(guān)系，風(fēng)速隨著冠幅、冠層密度增大而增大，隨著樹冠距地距離增大而減小；太陽輻射與樹高、冠幅、冠層密度有顯著相關(guān)關(guān)系，隨著樹高、冠幅、冠層密度增大而減小。生理等效溫度與冠幅有顯著相關(guān)關(guān)系，冠幅越大，人體的生理等效溫度越低。此外，大冠幅植物通過蒸騰作用釋放水分，有助于增加環(huán)境濕度，進一步改善人體的熱舒適度。因此，針對不同街道的具體情況，應(yīng)對微氣候因子所需改善的著重程度有所取舍，選擇不同的樹種進行種植布局從而達到功能最大化。

3" 小結(jié)與討論

3.1" 小結(jié)

1）從微氣候因子數(shù)據(jù)中得出，各歷史街道的樹木對夏季的微氣候具有明顯調(diào)節(jié)作用，不同樹種對微氣候因子的調(diào)節(jié)能力有一定區(qū)別。例如，A點小葉榕、D點秋楓的降溫增濕、降低太陽輻射效果較B點山楝、C點非洲楝要好。

2）相關(guān)性分析得出植物形態(tài)（樹高、冠幅、樹冠距地距離、冠層密度）與微氣候各因子存在一定的相關(guān)性；植物形態(tài)（樹高、冠幅、樹冠距地距離、冠層密度）與生理等效溫度亦存在一定的相關(guān)性。樹高、冠幅、冠層密度對溫度、濕度、太陽輻射影響顯著，樹木越高、冠幅越大、冠層密度越大，進而樹下的溫度越低，濕度越高，太陽輻射強度越低；樹冠距地距離越高，對風(fēng)速影響越小，對微氣候調(diào)節(jié)的能力越差。植物冠幅與冠層密度越大，生理等效溫度越低。

3）綜合各方面因素考慮，在選擇樹種時，盡量選擇高大、冠幅大、冠層密度大、樹冠距地距離低的樹種，其降低生理等效溫度的效果更好，有利于創(chuàng)造宜居宜游的舒適環(huán)境。

3.2" 討論

相關(guān)性分析表明，植物的形態(tài)特征對城市環(huán)境中的生理等效溫度具有一定的影響。可以通過增加植被覆蓋、利用綠色基礎(chǔ)設(shè)施和城市林業(yè)等措施，以求改善城市微氣候環(huán)境，降低生理等效溫度，提升人體的舒適度和健康狀態(tài)。微氣候中的溫度、風(fēng)速、風(fēng)向、相對濕度、太陽輻射因素會影響生理等效溫度，準(zhǔn)確了解和管理微氣候條件對保障舒適健康的環(huán)境非常重要，尤其是在城市設(shè)計和建筑規(guī)劃中。因此，在城市規(guī)劃設(shè)計中注重植物選擇、種植搭配是十分重要的，這些因素相互作用，綜合影響了人體對環(huán)境熱應(yīng)激的適應(yīng)能力和感知溫度。了解這些因素可以幫助我們更好地理解和管理熱應(yīng)激環(huán)境，確保人體在舒適安全的環(huán)境條件下生活。

本文受限于理論與實驗條件，可能存在一定的局限性，如在實驗場地測量時并沒有達到理想狀態(tài)，實測過程中不可避免一些外界因素的干擾，會對實驗數(shù)據(jù)帶來影響，產(chǎn)生一定的誤差。

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（責(zé)任編輯：易" 婧）

收稿日期：2023-05-24

基金項目：國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（2022ZKYDCA34）；湛江科技學(xué)院校級科研項目（ZKXJKY202206）。

作者簡介：丘楚俊（2001—），在讀本科生。E-mail：827095425@qq.com。

*為通信作者，E-mail：592189491@qq.com。