湿热地区大学校园室外步行环境微气候评价研究-以华南理工大学为例.docx

    湿热地区大学校园室外步行环境微气候评价研究*以华南理工大学为例    林 燕，皇雪莲，黄 骏，李 琼引言步行出行是校园中最节能与环保的交通方式[1]，微气候是衡量步行适宜性的重要因素[2，3]步行也是华南理工大学校园主要的出行方式，在高温高湿的天气里，环境微气候对步行者的出行意愿有较大影响随着环境问题被重视的同时，微气候也开始凸显出其重要性微气候构成因素主要包括温度、湿度、风速、日照等，这些要素之间相互影响，并共同作用于人们步行时的生理感受[4]湿热地区大学校园影响步行适宜性的微气候问题主要包括风舒适性以及热舒适性两个方面根据环境微气候主要构成要素的性质和影响人体舒适度的形式，我们可以从风环境与热环境两个方面研究微气候与步行舒适度的关联[5]有研究指出“在诸多因素中生物气候对步行环境影响最大”[6]影响大学校园步行环境微气候的主要因素有：建筑遮荫、树木遮荫、周边水体距离及大小、铺地类型，地形起伏，小汽车产热等微气候舒适度评价的经验模型指标是以人的主观感受或生理反应作为评价依据，依靠人体感受的统计分析来构建的评价指标，按照气候环境，又可分为冷环境指标与热环境指标主要的热环境指标有湿球黑球温度（WBGT）[7]、酷热指数（HI）与体感温度（AT）[8]等。

本研究中主要观测的垂直范围是1～2m，是与人的行为活动最为密切的范围，测量的主要指标包括温度、相对湿度、风速、酷热指数等酷热指数(Heat Index）是一种综合空气温度和相对湿度的热指标，酷热指数和风寒指数被合称为一个名词“体感温度”，即人体真实感受到的热度[9]1 校园主要步行道路调研1.1 功能分区与主要步行路径的确定经过对华南理工大学校园的实地调研，可以看出校园的教学设施主要集中在东湖和西湖轴向延伸展开，学生宿舍位于东湖和西湖的东西两端边缘地带，故我们的研究着重于校园此核心区部分问卷调查显示，65.75%的人选择步行作为校内主要的交通方式，其次为电动车和自行车出行除了道路基础设施建设水平以外，32.88%的人认为气候湿热多雨也是影响人们出行方式重要的因素设置林荫道是人们认为提升校园步行环境最具有吸引力的方式，比例高达83.56%根据学生的出行规律和特点，以主要的教学功能区与学生宿舍区之间的步行路径作为我们的主要研究对象1.2 道路周边环境条件调研华南理工大学核心区主要步行路径道路基础条件如图所示只有少数路段没有设计人行道，双侧人行道占比过少（图1），只有湖边有休憩设施（图2），道路基础条件有待改善。

湿热地区的大学校园重视校园绿化，可以看出主要步行路径的遮阴情况良好，只有少数路段没有遮阴（图3）随着一天太阳的轨迹，同一路段的遮阴情况有所差异，在测量数据里体现的是所有因素综合作用的结果图1 华南理工大学核心区主要路径人行道分析图图2 华南理工大学核心区主要路径休憩设施分析图图3 华南理工大学核心区主要路径遮阴情况分析图1.3 道路横断面调研及测量点选取经过对西区和东区初步的测量后我们结合道路基础调研，将测量点进行分类，同时绘制道路断面图（表1）把树木遮阴、建筑遮阴、水体这3 个因素作为重要分类依据，第①类测点有建筑遮阴，树木遮阴，临湖；第②类测点树木遮阴，临湖；第③类有建筑遮阴和树木遮阴；第④类测点有树木遮阴，树木遮阴分为不同的情况，全天有遮阴和只有局部时段有遮阴；第⑤类测点有建筑遮阴，建筑遮阴分为不同的情况，建筑布局不同导致遮阴时段有区别；第⑥类测点临湖，种植棕榈树不能提供树木遮阴；第⑦类测点全天无建筑和树木遮阴，周边无水体，设置为参照组表1 测量点分类表2 测量方法2.1 小气候因子测试方法及数据分析方法2.1.1 小气候因子测试方法本次微气候观测时间为2022 年7 月16 日、20 日以及2023 年2 月21 日、22 日和23 日（表2）。

分夏春两个阶段进行观测根据学生的出行活动规律选取上下课间典型时段进行测量，每个测量时段为30min，每30min 进行一次全点测量每日具体观测时间为7:30-8:00，9:30-10:00，11:30-12:00，14:00-14:30，16:00-16:30，18:00-18:30每天对观测点进行6 次测量测试仪器为Kestrel 5000 气象站/风速仪，对各个测点的风速、空气温度、相对湿度以及酷热指数进行定点走动观测记录，使测量高度为1.5m，数据采集频率均为每分钟1 次，放置仪器后记录数据仪器的测量范围及精度见表3表2 测试日天气状况表表3 测试仪器主要参数表2.1.2 数据分析方法对气温，相对湿度、酷热指数和风速4 个指标进行分析，将测得的每个测量点测量时段的均值分别与所有测点对应时段的均值做差即为气温差值、相对湿度差值、酷热指数差值和风速差值(以下简称温差、湿差、热差和风差)，所得气温差值越小则意味着该类测点的降温效果越好，所得相对湿度差值越大则意味着增湿效果越好，所得酷热指数差值越大则意味着改善热环境效果越好，所得风速差值越大则意味着改善风环境效果越好，计算公式如下：式中，DT（℃）为温差，T 为特定测点的气温均值，T 为所有测点的气温均值；DH（%）为湿差，H 为特定测点的相对湿度均值，Ha 为所有测点的相对湿度均值；DI（%）为热差，I 为特定测点的酷热指数均值，Ia 为所有测点的酷热指数均值；DW（℃）为风差，W 为特定测点的风速均值，Wa 为所有测点的风速均值。

根据测点环境的差异，将测量点进行分类，将各类测点的温差、湿差、热差和风差进行统计，主要描述内容有平均值、最大值、最小值、标准差和极差等，进行相关分析2.2 测点的选择与分布基于校内主要学生群体的分布和活动情况，根据周围环境的差异，不同类型的步行环境共计18个测量点（图4）东区和西区各9 个测点，各测点分类及具体信息见表1图4 各测点分布图2.3 测量结果基于以上分类结果，根据各指标差值进行各类型之间的描述性统计分析和指标差异性分析2.3.1 夏季测量结果分析通过分析夏季风环境（图5），风速差值越大证明风环境越好，风差均值为正值的测点E3、W5、E4 和W6 都在①②⑥类中，三者的环境因素中都有水体，说明水体的存在可以改善风环境E4 的风差均值最大，为0.92m/s，E9 作为参照组⑦类的测点之一，风差均值最大，为-1.48m/s（表4）表4 夏季各测点日渐风速差值（DT）描述性统计表图5 夏季各测点风速差异性分析图通过热环境分析可知（图6），酷热指数差值越大证明热环境越差，作为参照组的⑦类所有测点E9、E7 和W9 热差均值均为正值，W9 热差最大值为5.27℃，热差均值为2.08℃；同时环境要素仅有水体的⑥类测点E1、W6 和W3 热差均值为正值，W3 热差最大值为6.31℃,热差均值为2.13℃，可以证明水体对改善夏季热环境的作用较小；有遮阴的①②③④类测点的热差均值除了W8均为负值，而W8 测点的遮阴环境时长较短，属于非典型的遮阴环境测点，W5 热差最小值为-3.53℃，热差均值为-1.66℃，由此可知建筑遮阴和树木遮阴对改善热环境都有明显的作用（表5）。

酷热指数是通过空气气温和相对湿度复杂的公式计算得来的，由图表可知，夏季时，温度和酷热指数呈明显的正相关性（表6、图7），相对湿度对热环境有一定的影响，但是没有明显的相关性（表7、图8）表5 夏季各测点日渐酷热指数差值（DI）描述性统计表表6 夏季各测点日渐温度差值（DT）描述性统计表表7 夏季各测点日渐相对湿度差值（DH）描述性统计表图6 夏季各测点酷热指数差异性分析图图7 夏季各测点温度差异性分析图图8 夏季各测点相对湿度差异性分析图2.3.2 春季测量结果分析通过分析风环境（图9），风差均值大于0.1m/s 的测点E3、E4、W7 和E1 都在①②⑥类中，三者的环境因素中都有水体，说明水体的存在可以改善风环境E4 的风差均值最大，为0.32m/s，W2 作为参照组的测点之一风差均值最小，为-O.28m/s（表8）表8 春季各测点日渐风速差值（DT）描述性统计表图9 春季各测点风速差异性分析图通过热环境分析可知（图10），作为参照组的⑦类所有测点热差均值均为正值，G2 的热差均值最大，为0.74℃，热差最大值为2.56℃；同时环境要素仅有水体的W3 测点和E1 测点呈现出相差较大的测量结果，W3测点热差均值最高，是1.13℃，而风差均值是负值，E1测点的热差均值为-0.08℃，风差均值是正值，在春季，W3 测点的热环境较参照组⑦类差，而E1 测点的热环境和风环境都优于参照组⑦类，说明春季时水体改善环境微气候的作用因周围建筑遮挡情况的不同会呈现不一样的效果。

而有遮阴的①②③④类测点的热差均值除了E6均为负值，其中E3 的热差均值最小，为-0.78℃，热差最小值为-1.8，由此可知在春季建筑遮阴和树木遮阴对改善热环境有明显的作用（表9）春季时，温度和酷热指数有相关性（表10、图11），相对湿度是热环境的影响因素之一，没有明显的相关性（表11、图12）表9 春季各测点日渐酷热指数差值（DW）描述性统计表表10 春季各测点日渐温度差值（DH）描述性统计表表11 春季各测点日渐相对湿度差值（DI）描述性统计表图10 春季各测点酷热指数差异性图11 春季各测点温度差异性分析图图12 春季各测点性对湿度差异性分析图夏季的风速区间为0-2.7m/s（图13），春季的风速区间为0-2m/s（图14），可知夏季测量日的风环境指标优于春季测量日的风环境指标夏季的酷热指数区间为37℃-51℃（图15），温度区间为29℃-37℃（图16），相对湿度区间为52%-83%（图17），而春季的酷热指数区间为15℃-25℃（图18），温度区间为16℃-26℃（图19），相对湿度区间为43%-76%（图20），可知夏季的热环境指标高于春季的热环境指标图13 夏季各测点风速折线图图14 春季各测点风速折线图图15 夏季各测点酷热指数折线图图16 夏季各测点温度折线图图17 夏季各测点相对湿度折线图图18 春季各测点酷热指数折线图图19 春季各测点温度折线图图20 春季各测点相对湿度折线图3 主要步行路径微气候环境的评价3.1 校园步行环境微气候分析评价通过对各测点不同时段酷热指数、温度、相对湿度、风速与所有测点平均值差异性分析，来评价各测点综合因素的降温增湿和改善风环境的作用。

分别对风环境和热环境进行评价，风速大小是风环境优劣的体现，因此风差评分高低代表测点的风环境优劣，同理酷热指数是热环境优劣的体现，热差评分高低代表测点的热环境优劣；酷热指数同时受环境相对湿度和空气温度影响，不同测点的温差和湿差评分高低分别表示该环境的降温作用和增湿作用大小计分标准：根据各测点指标差异性分析确定计分区间，风环境指标，风差：x ≥0.5 计2 分,0＜x＜0.5 计1分，-0.5 ≤x ≤0 计-1 分，x＜-0.5 计-2 分；热环境指标，温差：x ≥0.5 计-2 分,0＜x＜0.5 计-1，-0.5 ≤x ≤0计1 分，x＜-0.5 计2；湿差：x ≥1 计2 分,0＜x＜1 计1分，-1 ≤x ≤0 计-1 分，x＜-0.5 计-2；热差：x ≥1计-2 分,0＜x＜1 计-1，-1 ≤x ≤0 计1 分，x＜-1 计2；表中分类代表不同测点的重要影响因素组合，①：建筑遮阴+树木遮阴+水体；②：树木遮阴+水体；③：树木遮阴+建筑遮阴；④：树木遮阴；⑤：建筑遮阴；⑥：水体；⑦：无评价得分表显示（表12、13），无论夏季还是春。