西安住区景观下垫面对夏季小气候的影响初探

    宗姗

    摘 要：本文以西安市某居住区为研究对象，采用Davis Vantage Pro2小型无线自动气象站观测住区内当天的气象数据。以观测气象数据为前提，使用FLUKE66红外测温仪对测试区域内砖、木、草等5种具有代表性的景观下垫面材质的地表温度进行实测，分析夏季景观下垫面对住区公共绿地小气候温湿因子的影响效应。研究结果对后续城市住区规划设计中下垫面类型选用有一定的借鉴意义。

    关键词：风景园林;景观下垫面;地表温度;小气候

    城市化进程加快、建筑高密度建设、下垫面材质硬化等原因致使居住区户外舒适度下降，居住区公共绿地作为居民日常频繁参与的场所，其小气候环境与人们的生活质量密不可分。因此，营造舒适宜人的住区环境成为亟待解决的问题。

    根据前人研究表明，城市热环境的变化与城市下垫面性质有密切关系。城市下垫面是城市表层能量收支的界面，调节和控制着城市生态系统的水分收支和能量收支，并最终影响城市热环境。[1]

    本文选取5种景观下垫面类型（草坪、沥青混凝土、广场砖、红色透水砖、防腐木）为测试对象，具体分析5种景观下垫面地表温度的日变化规律，探讨小气候因子温湿度对不同下垫面的影响，通过不同下垫面极值出现时间段提出居民出入户外活动最佳时间段。

    以上研究为西安市居住区的规划设计提供素材，基于夏季微气候的调节选择景观下垫面的类型，对营建科学有效的景观具有一定的参考价值。

    1 观测地区及区位

    由于研究对象需具有一定的普适性，因此具体选址基于建成年限、规模大小、普遍的多层与高层相结合的综合性居住小区为参考原则。本文观测地点具体选址位于西安市新城区西安华清学府城小区中心公共绿地，选择草坪、沥青混凝土、广场砖、红色透水砖、防腐木5种景观下垫面材质进行地表温度测试。依据对西安典型气象日的参考，西安夏季七八月多为高温天气，故本文选择2019年8月17日0点进行全天观测，天气晴朗，偶尔少云。

    2 观测方法

    本文通过在观测区域中心某栋楼天台安置Davis Vantage Pro2小型无线自动气象站，观测全天小气候数值变化，间隔1min记录一次。将5种下垫面测点分别设置在1平方厘米范围内，使用FLUKE66红外测温仪以垂直向下的角度进行测试，间隔1h观测记录一次，由于测点之间有一定距离，尽量控制在短时间完成所有观测。从2019年8月17日0：00开始至8月18日0：00，后期利用Excel和Origin软件对所有下垫面的实测数据进行统计分析。

    3 具体实测结果分析

    3.1 气象数据全天观测记录

    根据设备每小时平均数值的变化来看，观测日当天最高气温在34℃以上，与西安市夏季典型气象日温度接近，全天气温最低值出现在7：00～8：00，最高值出现在17：00～18：00。

    0：00～7：00为缓慢降温阶段，8：00为温度最低值，9：00～12：00为迅速升温阶段，12：00～18：00继续升温，18：00到达温度最高值，19：00～24：00逐渐缓慢下降。由此分析可建议，居民晨练时间可在8：00之前，上午活动时间可在9：00～10：00，晚间活动时间可在19：00之后。

    3.2 下垫面地表温度日变化分析

    在相同太阳辐射的条件下，硬质下垫面温度最高，空气换热最强，影响着室外空间热环境，对局部微气候的影响十分明显，同时通过热辐射影响着人体的热感觉。[2]从下垫面的温度变化来看，草坪、沥青混凝土、广场砖、透水砖、防腐木5种景观下垫面地表温度日均值分别为29.3℃、34.7℃、35℃、38.4℃、36.2℃，从大到小为：透水砖>防腐木>广场砖>沥青混凝土>草坪。影响下垫面温度出现差异的主要原因是下垫面的性质。沥青混凝土表面颜色深、比热容小，吸收相同热量升温较快，但相对来说，透水砖与防腐木反射率较低，在相同日照条件下可以吸收更多的太阳辐射量，广场砖较为稳定，草坪因为土壤含水量等因素，其温度最低。

    草坪、沥青混凝土、广场砖、透水砖、防腐木5种景观下垫面地表温度的最高值与最低值日较差分别为：9.2℃、14.9℃、13.5℃、19.5℃、29.8℃，从大到小为：防腐木>透水砖>沥青混凝土>广场砖>草坪。气温日较差为7.5℃，所有下垫面材质的地表温度日较差均高于空气温度日较差，这表明景观下垫面对住区内空气温度有一定的加热影响。此结果与杨雅君等人在6种城市下垫面热环境效应对比研究中的结果一致，景观下垫面在夏季对热环境的影响极其明显，其对调节城市微气候具有重要作用。

    3.3 下垫面地表温度与小气候温湿度之间的影响效应分析

    根据实测数据来看，不同材质的景观下垫面温度变化走向基本相同。透水砖的地表温度在全天温度明显高于其他景观下垫面，其在全日照的环境条件下温度日均值为38.4℃。草坪、广场砖、防腐木、沥青混凝土在同等环境条件下，日均温度分别为29.3℃、35℃、34.3℃、34.7℃。通过实测数据表明，透水砖对热环境影响最大，草坪对热环境影响较小，其他下垫面日均温度差别不大。下垫面的地表温度在不同的时间段温度差值也有所不同。7：00～8：00，下垫面相互之间差值较小，透水砖的地表温度均值为34℃，草坪、广场砖、防腐木、沥青混凝土的地表温度为30.8℃、31.4℃、27.9℃、30.8℃，与透水砖地表温度相差最高为6.1℃，最低为2.6℃。12：00～13：00，下垫面之间差值最大，透水砖的地表温度高达48.2℃，相比早上升温14.2℃，草坪、广场砖、防腐木、沥青混凝土的地表温度为33.7℃、41.7℃、55.4℃、41.1℃。防腐木在中午的地表温度相比早上加速升温27.5℃，高于透水砖7.2℃，草坪、广场砖、沥青混凝土分别与透水砖相差14.5℃、6.5℃、7.1℃。由此说明，草坪的地表温度最接近空气温度，说明草坪对住区公共绿地小气候影响较小，对小气候温湿度有比较好的调控作用。草地等软质地面对太阳辐射的吸收性较好，夏天会降低局部温度[3]另外，透水砖和防腐木的地表温度变化表明吸热能力强、储热与散热速度相对较快，因此其材料特性会导致在夏天全日照下释放大量热辐射，产生局部升温甚至高温，而广场砖和沥青混凝土的变化与差值几乎一致。

    相对湿度是表示空气中水蒸气的饱和度有多高，空气中的水蒸气主要受植物的蒸腾作用、风、温度等因素影响，但地表温度也是导致相对湿度变化的重要原因。测试区域内局部小气候的相对濕度与空气温度呈负相关关系。白天湿度最低点出现在18：00温度最热前后，草坪保蓄水能力相对较好，相对湿度较大;广场砖、沥青混凝土接近，透水砖，防腐木保蓄水能力相对较差。

    3.4 结论

    本研究选取城市居住区较为典型的5种景观下垫面（草坪、沥青混凝土、广场砖、红色透水砖、防腐木）进行全天观测，具体分析了不同景观下垫面的温度变化趋势与特征，主要结论如下：

    （1）通过设备观测表明，全天气温最低值出现在7：00～8：00，最高值出现在17：00～18：00。（2）通过实测分析发现，不同景观下垫面的保蓄水能力、储热量时长等热学性质的不同，使5种景观下垫面的地表温度与当时的温湿度趋势呈现差异变化。草坪由于保蓄水能力强、比热容高，是调节城市居住区公共绿地夏季小气候的最佳景观下垫面。广场砖与沥青混凝土具有较稳定储热量的特性以及较好的保蓄水能力。防腐木与透水砖放热、散热的速度较快，易受气候因素影响，但可少量选用设计，以此提高初夏时期的空气温度，提高人体热舒适度。（3）不同下垫面地表日均温度均高于大气温度，表明城市下垫面对空气温度有一定的加热影响。

    参考文献：

    [1] 杨雅君，邹振东.赵文利，邱国玉. 6种城市下垫面热环境效应对比研究[J].北京大学学报（自然科学版），2017，53（5）.

    [2] 刘乐.西安地区城市居住区室外热环境研究[D].西安建筑科技大学，2018.

    [3] 彭历，李彬，王予芊.北京城市街头绿地景观下垫面与小气候温湿度影响关系基础研究[J].华中建筑，2017（04）.