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 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
彭 历
李 彬
王予芊
北京市区2016年5月3日温湿度变化关系图
图3 不同下垫面材质各时段小气候温度变化曲线图
监测点位置图
图4 不同下垫面材质各时段小气候相对湿度变化曲线图
图5 不同下垫面材质各时段小气候热应力数值变化曲线图
摘 要：城市热岛效应是目前北京夏季突出的气候问题，绿地空间对小气候具有可调节功能，其中景观下垫面对小气候温湿因子具有显著影响作用，优化绿地空间景观下垫面是缓解城市热岛效应的调节途径之一。该文以分析夏季绿地景观下垫面与小气候温湿因子的关联特性为研究目的,以北京城市街头绿地为研究对象,以1000～100000m2为研究尺度。对砖、石、木、草等6种最常见街头绿地景观下垫面的相对湿度、地表温度及热应力指数等小气候要素进行实测，分析测试数据,研究城市街头绿地下垫面种类与小气候温湿度之间的量化关系,进一步提出以调节改善小气候温湿舒适度为导向的城市街头绿地景观下垫面优化策略。
关键词：城市街头绿地 下垫面材质 温湿度 人体舒适度
1 城市街头绿地景观下垫面①对小气候的影响
1.1 城市街头绿地景观下垫面
城市下垫面与城市热环境的关系密切，在城市化的地区，人类活动对气候的影响，首先是通过对下垫面性质的改变来体现的，它与空气间存在着复杂的物质交换和能量交换。各类型城市下垫面由于其比热容、保蓄水能力、反射能力等性质的差异，导致地表温度和相对湿度也表现出较大的差异性。北京城区主要的下垫面类型为大面积沥青、混凝土、其他硬质铺装等组成的不透水地面及绿地、水体等自然下垫面构成，而城市街头绿地下垫面主要包括其中的绿地与园林硬质铺装。由于城市街头绿地的景观更新升级，沥青、混凝土等高辐射、低透水性的铺装材质在街头绿地中已基本被淘汰，本文选择了目前街头绿地中最常见的砖、石、花岗岩、木、塑胶（灰垫面）以及草地（绿垫面）作为测定要素，进行比较研究，确定城市街头绿地下垫面对小气候温湿度的影响关系，对城市街头绿地景观下垫面对小气候温湿度的影响做出合理评价，为城市街头绿地下垫面的设计与更新提供依据。
1.2 景观下垫面与小气候温湿环境的基本关系
城市街头绿地中，影响温度的主要因素为太阳辐射和地面构造两项，其热量来源主要依靠太阳辐射，当太阳辐射达到地面时，一部分被反射；另一部分被地面吸收，使得地面增热。地面再通过传导、对流等手段，把热量传给空气。由于空气的比热容比地面铺装、草地等下垫面的比热容高，导致空气的隔热效果比地面要好，太阳辐射直接被大气吸收的部分对空气的增温作用较低。因此，地表与空气间的热量交换是影响小气候温度变化的直接原因。
空气湿度是表示空气中水汽含量多少或空气潮湿程度的物理量。表示空气湿度的特征量很多，常用的有水汽压、绝对湿度、相对湿度、饱和差和露点温度等。现今对于湿度的测评一般选用相对湿度值，相对湿度是指某一时段绝对湿度与最高湿度之间的比值，表示空气中水蒸气的饱和度有多高，相对湿度与空气温度成负相关关系（图1）。而空气中的水蒸气除了受植物的蒸腾作用、风、温度等因素影响外，地表的保蓄水能力、辐射强度等因素也是导致相对湿度变化的重要原因。
由于不同质地的下垫面其地质构造不同，导致其对热量的吸收能力和保蓄水能力也不同。软质地表兼具地面蒸发的潜在热交换、太阳辐射的明显热量交换以及地面储热延时释放交换3种温湿场效应，因而软质下垫面对于生态效益的改善最为明显，对小气候温湿度具有较好的调控作用。例如草地等软质地面对于太阳辐射的吸收性较好，夏天会降低局部温度，而冬季会释放吸收的热量，提高局部温度。同时通过光合作用、蒸腾作用对湿度进行有效调节，从而形成相对舒适的局地小气候环境。相反，保蓄水能力较差、辐射强度较高的硬质下垫面则不利于形成舒适的小气候温湿环境，质地较硬的硬质铺装吸热能力较差，且具有反射辐射、储热延时释放交换的特点，会造成地面释放大量热辐射，致使夏天产生局部高温，冬天局部温度过低的情况出现。
表1 监测点基本情况
测点 样式 种类 颜色 周边环境 高程测点1 烧结砖 浅灰 两侧均为草地，点缀少量灌木（地柏）、地被（八宝景天） 1m
测点2 40★15马蹄石 米色 一侧为草地，点缀少量灌木（地柏）、地被（八宝景天）；另一侧为木质铺装
测点3 防腐木 浅棕 东侧为木质镂空墙面，西侧为马蹄石和草地，点缀少量灌木（地柏）、地被（八宝景天）
1m 1m测点4 塑胶 橙红 两侧均为草地，东侧有3株雪松，西侧有3株直径约1米的大叶黄杨球
4m测点5 花岗岩（质地光滑） 浅灰 两侧均为草地，南侧有2株榆叶梅、1株法桐，东侧为塑胶铺装 4m
测点6 草地 绿 无其他乔木、灌木、地被花卉 4m
2 北京城市街头绿地下垫面与小气候温湿度影响关系测定
实验设备：NK4500小型气象站（美国Nielsen-Kellerman公司产）。测试内容：不同下垫面地表处空气温度（TP）、相对湿度（RH）、热应力指数（HSI）。测试时长：实验场地内各测点同时监测，连续3天，每天8:00—18:00，每10min自记一次，仪器垂直放置下垫面上方。测试天气情况：晴朗、少云。实验目的：监测城市街头绿地不同下垫面材质（烧结砖、马蹄石、防腐木、塑胶、花岗岩、草地）与小气候温湿度的影响关系。
2.1 观测点设置及环境特征
实测地点：北京市石景山区半月科普园（北侧至鲁谷南路、南侧为诗景长安小区），北纬39°55′，东经116°11′。占地约8hm2，园内地形变化较为明显，中部高两侧低，最大高差约5m。广场数量较多而且分散。
现状植物：中心主要以大面积草坪为主，点缀少量乔灌木。东西两侧配植郁闭度相对较高的植物群落，植物种类丰富。园路宽度较平均（1～3m），路旁配植草坪。
表2 不同下垫面材质各时段小气候温度数值
8:00-9:00 9:00-10:00 10:00-11:0011:00-12:0012:00-13:00 13:00-14:00 14:00-15:00 15:00-16:00 16:00-17:00 17:00-1砖26．46 27．16 29．1 30．01 31．17 31．61 32．19 32．58 30．3 28．78石26．5 26．25 29．04 30．5 30．26 31．78 31．41 31．1 29．28 28．17木25．1 28．06 29．2 30．28 31．34 31．62 32．66 32．47 29．62 28．31塑胶 27．78 27．64 29．37 31．87 32．11 33．17 33．53 33．07 30．46 28．46花岗岩 25．68 27．66 29．05 29．4 30．32 31 31．95 31．39 29．64 28．74草地 26．17 26．58 28．33 29．49 29．35 30．08 30．74 30．33 28．2 27．29
表3 不同下垫面材质小气候各时段相对湿度数值
8:00-9:00 9:00-10:00 10:00-11:0011:00-12:0012:00-13:00 13:00-14:00 14:00-15:00 15:00-16:00 16:00-17:00 17:00-1砖46．6 44．4 37．8 28．7 28．4 27．3 23．1 22．7 24．3 27．8石48．2 43．5 38．3 30．8 30．3 28．9 24．3 25．7 26．2 29．8木49．2 40．2 34．1 24．4 22．9 22．8 17．9 15．8 18．7 24．8塑胶 49．6 47．6 36．3 30．4 29．7 25．4 25．5 24．3 28．8 31．3花岗岩 40．4 45．2 29．9 21．6 21．1 18．6 15．1 15．2 23．2 28．5草地 55．1 53．4 43．6 39．8 37．1 36．4 32 31．3 33．9 37．2
表4 不同下垫面材质小气候各时段温湿指数数值
塑胶 花岗岩 草地平均地表温度 29．9 29．4 29．8 30．7 29．5 27．7平均相对湿度 31．1 32．6 27．1 32．9 26．9 40温湿指数 24．05 23．89 23．68 24．71 23．55 23．3砖石木
表5 不同下垫面材质小气候各时段热应力指数数值
8:00-9:00 9:00-10:00 10:00-11:0011:00-12:0012:00-13:00 13:00-14:00 14:00-15:00 15:00-16:00 16:00-17:00 17:00-1砖26．1 26．7 28．8 28．7 29．4 29．6 30．3 29 28．3 27．8石25．2 27．3 28．5 27．9 28．7 29．8 30 29．1 27．2 27．1木24．5 27．4 28．2 27．3 28．2 29．4 29．2 28．8 27．1 26．2塑胶 26．3 26．9 28．9 29．4 31 31．4 30．9 30．4 28．7 26．6花岗岩 27．1 27．5 28．9 28．8 30 30 30．5 29．3 27．4 26．7草地 26．4 25．8 27．2 26．9 27．8 28．8 28．9 28．3 26．9 26．1
表6 不同下垫面材质小气候适应性综合数值
空气温度 相对湿度 温湿指数 热应力指数 综合数值砖√√√3石√√√3木√√√3塑胶 √1花岗岩 √ √ 2草地 √ √ √ √ 4
实测过程：在周边环境基本相同的6种不同下垫面材质处布置测点（图2）。测试时间：5月19日—21日8:00—18:00。测点选择：测点1-砖、测点2-石、测点3-木、测点4-塑胶、测点5-花岗岩、测点6-裸露草地（表1）。
2.2 监测结果与数据分析
（1）不同下垫面材质对小气候温度的影响
将各测点每一小时平均空气温度进行比较分析（表2、图3），测点1（砖）和测点3（木）温度变化基本相同，测点2（石）与测点5（花岗岩）温度变化基本相同。测点4（塑胶）温度最高，测点6（草地）温度最低。测点3、4、5、6的温度最大值出现在14:00—15:00，测点1最高温度出现在15:00—16:00，测点2（石）最高温度出现在13:00—14:00。由此可见，贮热量相对小的石与砖材质温度最大值出现得较早，比其他材质提前约1小时。比热容值相对低、导热率相对高的塑胶与木材质空气温度最高，与草地的最大差值达到2.8℃。
（2）不同下垫面材质对小气候相对湿度的影响
将各测点每一小时平均相对湿度进行比较排序（表3、图4）可见，各测点相对湿度变化趋势基本相同，随温度升高逐渐降低。测点6＞测点1、2、4＞测点3、5，相对湿度最低点都出现在下午15:00前后，即各测点温度最大值出现点前后。夏季环境湿度在30%～60%时人体感觉最为舒适，结果显示具有植物蒸腾作用、保蓄水能力相对最好的草地相对湿度较大，保持在30%～60%间，人体感受舒适；保蓄水能力相对较好的塑胶、砖、石等硬质铺装材质好于防腐木及花岗岩等保蓄水能力相对较差的材质。在较干燥的环境下，无水分来源的木铺装和不透水的花岗岩相对湿度最低，与草地的相对湿度最大差值达18.2%。
（3）不同下垫面材质温湿指数对比分析
温湿指数表示人体对热环境的不舒适程度。最适宜的环境ITHI指数一般在15～20之间，人体感觉最为舒适，数值越高，人体感觉越不舒适。ITHI指数一般在20.1～23.5之间时人体感觉较舒适；在23.6～25.5之间时人体感觉较热；≥25.6时人体感觉极不舒适。
依据上述实验所得数值，通过温湿指数公式：ITHI＝t-（0.55-0.00555f）（t-14.5）（其中t为温度；f为相对湿度）计算可获得各测试下垫面的温湿指数（ITHI）。表4所示温湿指数数据，即：20＜测点6（草地）＜测点5（花岗岩）＜测点3（木）＜测点2（石）＜测点1（砖）＜测点4（塑胶）。由此可见，所有下垫面温湿指数均高于人体感觉最为舒适的区间。在此范围内，草地是人体感觉相对最为舒适场地；花岗岩、木、砖、石的舒适度差别不大， 数值在22.5～23之间，人体感觉偏热；塑胶环境温湿指数值最高，人体感受最不舒适。
（4）不同下垫面材质对小气候热应力指数的影响
有效温度是使用最为广泛的，衡量热应力指数的指标。热应力指数是综合空气流速、黑球温度、湿球温度及平均辐射温度所得出的数值，它表示在假设相对湿度50%的情况下，不同户外活动强度下人体所需最为理想的有效温度，活动强度越高，所需有效温度则越低。依据对6个测点监测所得热应力指数数值进行比较排序（表5、图5）可见，测点6（草地）＜测点3（木）＜测点2（石）＜测点1（砖）＜测点5（花岗岩）＜测点4（塑胶）。在户外活动中，测点6（草地）舒适性最好。塑胶的热应力指数最高，人体感受不佳。测点3（木）的舒适度要好于园林内部最常见的砖、石铺装，而花岗岩要略差于砖、石铺装。结果表明城市街头绿地下垫面设计应尽量使用绿垫面，灰垫面应多选用木、砖与石，尽量减少使用塑胶等热应力指数较高的材质。
2.3 对北京城市街头绿地下垫面设计的启示
在北京城市街头绿地小气候适宜性设计中，通过优化城市街头绿地下垫面铺装材质降低下垫面温度、增加相对湿度是改善小气候舒适度的一种有效途径。
（1）选取比热容较高的下垫面材质类型
在城市街头绿地小气候适宜性设计中，降低下垫面材料所产生的地表温度是调节小气候热舒适度最为直接的办法。不同材质比热容数值的差异性是导致其地表温度不同的直接因素。比热容是指物质每升高一摄氏度所需要的热量，比热容越高的材质，隔热效果越好，升温降温速度越慢，四季温度变化差也相对较小。因此，在下垫面材质选择方面应尽量选择比热容较高的材质，以形成较为舒适的局部区域小气候环境。
监测点各材质比热容数据：塑胶（2500j／（kg?℃））＜木（4260j／（kg?℃））＜砖（12000j／（kg?℃））＜石（15000j／（kg?℃））＜花岗岩（24800j／（kg?℃））＜草地（42000j／（kg?℃））。由此可见，比热容数据的排序与上述各测点温度数值排序结果一致，草地的热舒适度最佳，是夏季街头绿地景观下垫面设计中应尽量多使用的材质，而在灰垫面中烧结砖、马蹄石、花岗岩则要优于防腐木及塑胶，温度差最高达到3℃。冬季下垫面需尽可能保持在0℃以上，烧结砖、马蹄石、花岗岩的隔热效果较好，有利于下垫面热量的保持，具有保温作用，从而最为有效地防止道路结冰的情况发生。
（2）选取保蓄水能力较好的下垫面材质类型
北京地区空气较为干燥，春秋两季相对湿度较为适宜，人体感觉最为舒适，冬夏两季相对较差。除植物的蒸腾作用之外，优化下垫面的蒸发效果是改善相对湿度的有效措施之一。下垫面的保蓄水能力是影响环境相对湿度的重要因素，保蓄水能力越高，可提供水蒸气蒸发量的能力也就越强。实测点相对湿度数值分析表明：保蓄水能力较强的草地相对湿度数值要比其他下垫面材质高，烧结砖、马蹄石在灰垫面中较为理想，塑胶、防腐木次之，花岗岩最不理想，草地相对湿度值比花岗岩高18.2%。因此增加草地面积，多采用保蓄水能力强的灰垫面材质更加有利于城市街头绿地的湿度调节，在不同季节形成较为舒适的小气候环境。
依据空气温度、相对湿度、温湿指数、热应力指数的综合数值分析，合理的选择、布置场地的表面材料，将其产生对人体气候不舒适性影响控制到最低，是提升小气候适应性设计的有效措施。根据表6可以看出，北京街头绿地下垫面设计中应尽量增加草地的比重，尽量选择砖、石、木作为硬质铺装材料，减少或避免使用塑胶及花岗岩材料，以提升人体热舒适性。
结语
在全球气候变化的大背景下，城市绿地建设不仅要关注绿地的生态效益和景观效果，更要重视研究如何借助科学合理的手段，形成一种可有效调节改善小气候舒适度以适合人类居住的城市绿色空间。城市绿地景观下垫面对调节小气候温湿度具有明显作用，本文通过有针对性的实验获取不同景观下垫面的温度、相对湿度、温湿指数、热应力指数等数据指标，在此基础上分析、总结发现不同下垫面由于其比热容、贮热量、保蓄水等热学性质的不同，使得地表温度、相对湿度、变化速率、最高点出现时间均有所差别。绿色下垫面由于其比热容高、保蓄水能力强，因此最有力于调节夏季城市街头绿地小气候的舒适性。在灰垫面中砖、石铺装由于较好的保蓄水能力及低贮热量的特性，使其有利于缓解下垫面地表温度对热岛效应的影响，同时可以多增加木铺装，以提升初夏时期城市街头绿地中人的热舒适性感受。
本实验是对北京城市绿地空间小气候适应性的初步测定，今后还将把研究对象扩展至各类型城市绿地并在春夏秋冬四季展开实验研究，根据不同空间形式、功能需求、影响因子及季节特征，从定性与定量的角度进一步探究城市绿地空间小气候适宜性设计的理论与方法，以期为城市绿地系统优化升级提供参考和帮助。
资料来源：
文中图片均由作者拍摄或绘制。
注释
（1） 下垫面：是指与大气下层直接接触的地球表面，大气圈以地球的水陆表面为其下界，称为大气层的下垫面。它包括地形、地质、土壤、沙流和植被等，是影响气候的重要因素之一。
参考文献：
1 肖金香． 农业气象学[M]． 北京：中国建筑工业出版社，2008：20．
2 李英，周杨娜． 北京三里屯地区城市下垫面热环境研究[J]． 低温建筑设计，2010，32（7）：10-112．
3 刘滨谊，张德顺，张琳，等． 上海城市开放空间小气候适应性设计基础调查研究[J]． 中国园林，2014（12）：17-22．
4 刘芳． 西安户外城市公共空间环境行为的小气候影响调查分析——以夏季大雁塔东苑为例[D]． 西安：西安建筑科技大学，2015．
5 许克福，张浪，傅莉． 基于城市气候特征的城市绿地系统规划[J]． 华中建筑，2008（11）：177-181．
北京市教委科技计划一般项目（编号：KM[1**********]3）
北方工业大学“2016校内人才强校-青年拔尖”项目（编号：XN071017）
作者信息：
彭历，北方工业大学建筑与艺术学院讲师，[email protected]
李彬，北方工业大学建筑与艺术学院硕士研究生
王予芊，北方工业大学建筑与艺术学院硕士研究生
Basic Research on the Impact of Beijing Urban Green Space Landscape of the Underlying Surface and Micro-climate Temperature & Humidity
Peng Li
Li Bin
Wang Yuqian
Abstract：Urban heat island effect is currently the most prominent climate problem in summer in Beijing, the green space for microclimate with adjustable features, landscape underlying surface on the micro-climate temperature and humidity factors have a significant influence, the green space optimization is one of the underlying surface to ease the urban heat island regulatory pathways. In this paper, taking the correlation of hot and humid micro-climate factors and urban green street underlying surface for research purposes, the streets of Beijing urban green space for the study object, taking 1000-100000m2for study scale, we test the most common green street landscape underlying surface which is the six kinds of brick, stone, wood, grass, etc., related to micro-climate elements such as relative humidity, LST and heat stress index. Then we analyze the test data, study the quantitative relationship between the urban green street underlying surface species and micro-climate factors, and put forward tactics about the green street landscape underlying surface which takes adjusting and improving micro-climate's temperature and humidity as guiding.
Key Words：Urban green street, Underlying surface material, Temperature & humidity, Human comfort degree
中图分类号：
中图分类号：TU119+4
文献标识码：A
文章编号： 1003-739X（2017）04-0039-06
收稿日期：2016-10-10
基金项目：
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 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
彭 历
李 彬
王予芊
北京市区2016年5月3日温湿度变化关系图
图3 不同下垫面材质各时段小气候温度变化曲线图
监测点位置图
图4 不同下垫面材质各时段小气候相对湿度变化曲线图
图5 不同下垫面材质各时段小气候热应力数值变化曲线图
摘 要：城市热岛效应是目前北京夏季突出的气候问题，绿地空间对小气候具有可调节功能，其中景观下垫面对小气候温湿因子具有显著影响作用，优化绿地空间景观下垫面是缓解城市热岛效应的调节途径之一。该文以分析夏季绿地景观下垫面与小气候温湿因子的关联特性为研究目的,以北京城市街头绿地为研究对象,以1000～100000m2为研究尺度。对砖、石、木、草等6种最常见街头绿地景观下垫面的相对湿度、地表温度及热应力指数等小气候要素进行实测，分析测试数据,研究城市街头绿地下垫面种类与小气候温湿度之间的量化关系,进一步提出以调节改善小气候温湿舒适度为导向的城市街头绿地景观下垫面优化策略。
关键词：城市街头绿地 下垫面材质 温湿度 人体舒适度
1 城市街头绿地景观下垫面①对小气候的影响
1.1 城市街头绿地景观下垫面
城市下垫面与城市热环境的关系密切，在城市化的地区，人类活动对气候的影响，首先是通过对下垫面性质的改变来体现的，它与空气间存在着复杂的物质交换和能量交换。各类型城市下垫面由于其比热容、保蓄水能力、反射能力等性质的差异，导致地表温度和相对湿度也表现出较大的差异性。北京城区主要的下垫面类型为大面积沥青、混凝土、其他硬质铺装等组成的不透水地面及绿地、水体等自然下垫面构成，而城市街头绿地下垫面主要包括其中的绿地与园林硬质铺装。由于城市街头绿地的景观更新升级，沥青、混凝土等高辐射、低透水性的铺装材质在街头绿地中已基本被淘汰，本文选择了目前街头绿地中最常见的砖、石、花岗岩、木、塑胶（灰垫面）以及草地（绿垫面）作为测定要素，进行比较研究，确定城市街头绿地下垫面对小气候温湿度的影响关系，对城市街头绿地景观下垫面对小气候温湿度的影响做出合理评价，为城市街头绿地下垫面的设计与更新提供依据。
1.2 景观下垫面与小气候温湿环境的基本关系
城市街头绿地中，影响温度的主要因素为太阳辐射和地面构造两项，其热量来源主要依靠太阳辐射，当太阳辐射达到地面时，一部分被反射；另一部分被地面吸收，使得地面增热。地面再通过传导、对流等手段，把热量传给空气。由于空气的比热容比地面铺装、草地等下垫面的比热容高，导致空气的隔热效果比地面要好，太阳辐射直接被大气吸收的部分对空气的增温作用较低。因此，地表与空气间的热量交换是影响小气候温度变化的直接原因。
空气湿度是表示空气中水汽含量多少或空气潮湿程度的物理量。表示空气湿度的特征量很多，常用的有水汽压、绝对湿度、相对湿度、饱和差和露点温度等。现今对于湿度的测评一般选用相对湿度值，相对湿度是指某一时段绝对湿度与最高湿度之间的比值，表示空气中水蒸气的饱和度有多高，相对湿度与空气温度成负相关关系（图1）。而空气中的水蒸气除了受植物的蒸腾作用、风、温度等因素影响外，地表的保蓄水能力、辐射强度等因素也是导致相对湿度变化的重要原因。
由于不同质地的下垫面其地质构造不同，导致其对热量的吸收能力和保蓄水能力也不同。软质地表兼具地面蒸发的潜在热交换、太阳辐射的明显热量交换以及地面储热延时释放交换3种温湿场效应，因而软质下垫面对于生态效益的改善最为明显，对小气候温湿度具有较好的调控作用。例如草地等软质地面对于太阳辐射的吸收性较好，夏天会降低局部温度，而冬季会释放吸收的热量，提高局部温度。同时通过光合作用、蒸腾作用对湿度进行有效调节，从而形成相对舒适的局地小气候环境。相反，保蓄水能力较差、辐射强度较高的硬质下垫面则不利于形成舒适的小气候温湿环境，质地较硬的硬质铺装吸热能力较差，且具有反射辐射、储热延时释放交换的特点，会造成地面释放大量热辐射，致使夏天产生局部高温，冬天局部温度过低的情况出现。
表1 监测点基本情况
测点 样式 种类 颜色 周边环境 高程测点1 烧结砖 浅灰 两侧均为草地，点缀少量灌木（地柏）、地被（八宝景天） 1m
测点2 40★15马蹄石 米色 一侧为草地，点缀少量灌木（地柏）、地被（八宝景天）；另一侧为木质铺装
测点3 防腐木 浅棕 东侧为木质镂空墙面，西侧为马蹄石和草地，点缀少量灌木（地柏）、地被（八宝景天）
1m 1m测点4 塑胶 橙红 两侧均为草地，东侧有3株雪松，西侧有3株直径约1米的大叶黄杨球
4m测点5 花岗岩（质地光滑） 浅灰 两侧均为草地，南侧有2株榆叶梅、1株法桐，东侧为塑胶铺装 4m
测点6 草地 绿 无其他乔木、灌木、地被花卉 4m
2 北京城市街头绿地下垫面与小气候温湿度影响关系测定
实验设备：NK4500小型气象站（美国Nielsen-Kellerman公司产）。测试内容：不同下垫面地表处空气温度（TP）、相对湿度（RH）、热应力指数（HSI）。测试时长：实验场地内各测点同时监测，连续3天，每天8:00—18:00，每10min自记一次，仪器垂直放置下垫面上方。测试天气情况：晴朗、少云。实验目的：监测城市街头绿地不同下垫面材质（烧结砖、马蹄石、防腐木、塑胶、花岗岩、草地）与小气候温湿度的影响关系。
2.1 观测点设置及环境特征
实测地点：北京市石景山区半月科普园（北侧至鲁谷南路、南侧为诗景长安小区），北纬39°55′，东经116°11′。占地约8hm2，园内地形变化较为明显，中部高两侧低，最大高差约5m。广场数量较多而且分散。
现状植物：中心主要以大面积草坪为主，点缀少量乔灌木。东西两侧配植郁闭度相对较高的植物群落，植物种类丰富。园路宽度较平均（1～3m），路旁配植草坪。
表2 不同下垫面材质各时段小气候温度数值
8:00-9:00 9:00-10:00 10:00-11:0011:00-12:0012:00-13:00 13:00-14:00 14:00-15:00 15:00-16:00 16:00-17:00 17:00-1砖26．46 27．16 29．1 30．01 31．17 31．61 32．19 32．58 30．3 28．78石26．5 26．25 29．04 30．5 30．26 31．78 31．41 31．1 29．28 28．17木25．1 28．06 29．2 30．28 31．34 31．62 32．66 32．47 29．62 28．31塑胶 27．78 27．64 29．37 31．87 32．11 33．17 33．53 33．07 30．46 28．46花岗岩 25．68 27．66 29．05 29．4 30．32 31 31．95 31．39 29．64 28．74草地 26．17 26．58 28．33 29．49 29．35 30．08 30．74 30．33 28．2 27．29
表3 不同下垫面材质小气候各时段相对湿度数值
8:00-9:00 9:00-10:00 10:00-11:0011:00-12:0012:00-13:00 13:00-14:00 14:00-15:00 15:00-16:00 16:00-17:00 17:00-1砖46．6 44．4 37．8 28．7 28．4 27．3 23．1 22．7 24．3 27．8石48．2 43．5 38．3 30．8 30．3 28．9 24．3 25．7 26．2 29．8木49．2 40．2 34．1 24．4 22．9 22．8 17．9 15．8 18．7 24．8塑胶 49．6 47．6 36．3 30．4 29．7 25．4 25．5 24．3 28．8 31．3花岗岩 40．4 45．2 29．9 21．6 21．1 18．6 15．1 15．2 23．2 28．5草地 55．1 53．4 43．6 39．8 37．1 36．4 32 31．3 33．9 37．2
表4 不同下垫面材质小气候各时段温湿指数数值
塑胶 花岗岩 草地平均地表温度 29．9 29．4 29．8 30．7 29．5 27．7平均相对湿度 31．1 32．6 27．1 32．9 26．9 40温湿指数 24．05 23．89 23．68 24．71 23．55 23．3砖石木
表5 不同下垫面材质小气候各时段热应力指数数值
8:00-9:00 9:00-10:00 10:00-11:0011:00-12:0012:00-13:00 13:00-14:00 14:00-15:00 15:00-16:00 16:00-17:00 17:00-1砖26．1 26．7 28．8 28．7 29．4 29．6 30．3 29 28．3 27．8石25．2 27．3 28．5 27．9 28．7 29．8 30 29．1 27．2 27．1木24．5 27．4 28．2 27．3 28．2 29．4 29．2 28．8 27．1 26．2塑胶 26．3 26．9 28．9 29．4 31 31．4 30．9 30．4 28．7 26．6花岗岩 27．1 27．5 28．9 28．8 30 30 30．5 29．3 27．4 26．7草地 26．4 25．8 27．2 26．9 27．8 28．8 28．9 28．3 26．9 26．1
表6 不同下垫面材质小气候适应性综合数值
空气温度 相对湿度 温湿指数 热应力指数 综合数值砖√√√3石√√√3木√√√3塑胶 √1花岗岩 √ √ 2草地 √ √ √ √ 4
实测过程：在周边环境基本相同的6种不同下垫面材质处布置测点（图2）。测试时间：5月19日—21日8:00—18:00。测点选择：测点1-砖、测点2-石、测点3-木、测点4-塑胶、测点5-花岗岩、测点6-裸露草地（表1）。
2.2 监测结果与数据分析
（1）不同下垫面材质对小气候温度的影响
将各测点每一小时平均空气温度进行比较分析（表2、图3），测点1（砖）和测点3（木）温度变化基本相同，测点2（石）与测点5（花岗岩）温度变化基本相同。测点4（塑胶）温度最高，测点6（草地）温度最低。测点3、4、5、6的温度最大值出现在14:00—15:00，测点1最高温度出现在15:00—16:00，测点2（石）最高温度出现在13:00—14:00。由此可见，贮热量相对小的石与砖材质温度最大值出现得较早，比其他材质提前约1小时。比热容值相对低、导热率相对高的塑胶与木材质空气温度最高，与草地的最大差值达到2.8℃。
（2）不同下垫面材质对小气候相对湿度的影响
将各测点每一小时平均相对湿度进行比较排序（表3、图4）可见，各测点相对湿度变化趋势基本相同，随温度升高逐渐降低。测点6＞测点1、2、4＞测点3、5，相对湿度最低点都出现在下午15:00前后，即各测点温度最大值出现点前后。夏季环境湿度在30%～60%时人体感觉最为舒适，结果显示具有植物蒸腾作用、保蓄水能力相对最好的草地相对湿度较大，保持在30%～60%间，人体感受舒适；保蓄水能力相对较好的塑胶、砖、石等硬质铺装材质好于防腐木及花岗岩等保蓄水能力相对较差的材质。在较干燥的环境下，无水分来源的木铺装和不透水的花岗岩相对湿度最低，与草地的相对湿度最大差值达18.2%。
（3）不同下垫面材质温湿指数对比分析
温湿指数表示人体对热环境的不舒适程度。最适宜的环境ITHI指数一般在15～20之间，人体感觉最为舒适，数值越高，人体感觉越不舒适。ITHI指数一般在20.1～23.5之间时人体感觉较舒适；在23.6～25.5之间时人体感觉较热；≥25.6时人体感觉极不舒适。
依据上述实验所得数值，通过温湿指数公式：ITHI＝t-（0.55-0.00555f）（t-14.5）（其中t为温度；f为相对湿度）计算可获得各测试下垫面的温湿指数（ITHI）。表4所示温湿指数数据，即：20＜测点6（草地）＜测点5（花岗岩）＜测点3（木）＜测点2（石）＜测点1（砖）＜测点4（塑胶）。由此可见，所有下垫面温湿指数均高于人体感觉最为舒适的区间。在此范围内，草地是人体感觉相对最为舒适场地；花岗岩、木、砖、石的舒适度差别不大， 数值在22.5～23之间，人体感觉偏热；塑胶环境温湿指数值最高，人体感受最不舒适。
（4）不同下垫面材质对小气候热应力指数的影响
有效温度是使用最为广泛的，衡量热应力指数的指标。热应力指数是综合空气流速、黑球温度、湿球温度及平均辐射温度所得出的数值，它表示在假设相对湿度50%的情况下，不同户外活动强度下人体所需最为理想的有效温度，活动强度越高，所需有效温度则越低。依据对6个测点监测所得热应力指数数值进行比较排序（表5、图5）可见，测点6（草地）＜测点3（木）＜测点2（石）＜测点1（砖）＜测点5（花岗岩）＜测点4（塑胶）。在户外活动中，测点6（草地）舒适性最好。塑胶的热应力指数最高，人体感受不佳。测点3（木）的舒适度要好于园林内部最常见的砖、石铺装，而花岗岩要略差于砖、石铺装。结果表明城市街头绿地下垫面设计应尽量使用绿垫面，灰垫面应多选用木、砖与石，尽量减少使用塑胶等热应力指数较高的材质。
2.3 对北京城市街头绿地下垫面设计的启示
在北京城市街头绿地小气候适宜性设计中，通过优化城市街头绿地下垫面铺装材质降低下垫面温度、增加相对湿度是改善小气候舒适度的一种有效途径。
（1）选取比热容较高的下垫面材质类型
在城市街头绿地小气候适宜性设计中，降低下垫面材料所产生的地表温度是调节小气候热舒适度最为直接的办法。不同材质比热容数值的差异性是导致其地表温度不同的直接因素。比热容是指物质每升高一摄氏度所需要的热量，比热容越高的材质，隔热效果越好，升温降温速度越慢，四季温度变化差也相对较小。因此，在下垫面材质选择方面应尽量选择比热容较高的材质，以形成较为舒适的局部区域小气候环境。
监测点各材质比热容数据：塑胶（2500j／（kg?℃））＜木（4260j／（kg?℃））＜砖（12000j／（kg?℃））＜石（15000j／（kg?℃））＜花岗岩（24800j／（kg?℃））＜草地（42000j／（kg?℃））。由此可见，比热容数据的排序与上述各测点温度数值排序结果一致，草地的热舒适度最佳，是夏季街头绿地景观下垫面设计中应尽量多使用的材质，而在灰垫面中烧结砖、马蹄石、花岗岩则要优于防腐木及塑胶，温度差最高达到3℃。冬季下垫面需尽可能保持在0℃以上，烧结砖、马蹄石、花岗岩的隔热效果较好，有利于下垫面热量的保持，具有保温作用，从而最为有效地防止道路结冰的情况发生。
（2）选取保蓄水能力较好的下垫面材质类型
北京地区空气较为干燥，春秋两季相对湿度较为适宜，人体感觉最为舒适，冬夏两季相对较差。除植物的蒸腾作用之外，优化下垫面的蒸发效果是改善相对湿度的有效措施之一。下垫面的保蓄水能力是影响环境相对湿度的重要因素，保蓄水能力越高，可提供水蒸气蒸发量的能力也就越强。实测点相对湿度数值分析表明：保蓄水能力较强的草地相对湿度数值要比其他下垫面材质高，烧结砖、马蹄石在灰垫面中较为理想，塑胶、防腐木次之，花岗岩最不理想，草地相对湿度值比花岗岩高18.2%。因此增加草地面积，多采用保蓄水能力强的灰垫面材质更加有利于城市街头绿地的湿度调节，在不同季节形成较为舒适的小气候环境。
依据空气温度、相对湿度、温湿指数、热应力指数的综合数值分析，合理的选择、布置场地的表面材料，将其产生对人体气候不舒适性影响控制到最低，是提升小气候适应性设计的有效措施。根据表6可以看出，北京街头绿地下垫面设计中应尽量增加草地的比重，尽量选择砖、石、木作为硬质铺装材料，减少或避免使用塑胶及花岗岩材料，以提升人体热舒适性。
结语
在全球气候变化的大背景下，城市绿地建设不仅要关注绿地的生态效益和景观效果，更要重视研究如何借助科学合理的手段，形成一种可有效调节改善小气候舒适度以适合人类居住的城市绿色空间。城市绿地景观下垫面对调节小气候温湿度具有明显作用，本文通过有针对性的实验获取不同景观下垫面的温度、相对湿度、温湿指数、热应力指数等数据指标，在此基础上分析、总结发现不同下垫面由于其比热容、贮热量、保蓄水等热学性质的不同，使得地表温度、相对湿度、变化速率、最高点出现时间均有所差别。绿色下垫面由于其比热容高、保蓄水能力强，因此最有力于调节夏季城市街头绿地小气候的舒适性。在灰垫面中砖、石铺装由于较好的保蓄水能力及低贮热量的特性，使其有利于缓解下垫面地表温度对热岛效应的影响，同时可以多增加木铺装，以提升初夏时期城市街头绿地中人的热舒适性感受。
本实验是对北京城市绿地空间小气候适应性的初步测定，今后还将把研究对象扩展至各类型城市绿地并在春夏秋冬四季展开实验研究，根据不同空间形式、功能需求、影响因子及季节特征，从定性与定量的角度进一步探究城市绿地空间小气候适宜性设计的理论与方法，以期为城市绿地系统优化升级提供参考和帮助。
资料来源：
文中图片均由作者拍摄或绘制。
注释
（1） 下垫面：是指与大气下层直接接触的地球表面，大气圈以地球的水陆表面为其下界，称为大气层的下垫面。它包括地形、地质、土壤、沙流和植被等，是影响气候的重要因素之一。
参考文献：
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4 刘芳． 西安户外城市公共空间环境行为的小气候影响调查分析——以夏季大雁塔东苑为例[D]． 西安：西安建筑科技大学，2015．
5 许克福，张浪，傅莉． 基于城市气候特征的城市绿地系统规划[J]． 华中建筑，2008（11）：177-181．
北京市教委科技计划一般项目（编号：KM[1**********]3）
北方工业大学“2016校内人才强校-青年拔尖”项目（编号：XN071017）
作者信息：
彭历，北方工业大学建筑与艺术学院讲师，[email protected]
李彬，北方工业大学建筑与艺术学院硕士研究生
王予芊，北方工业大学建筑与艺术学院硕士研究生
Basic Research on the Impact of Beijing Urban Green Space Landscape of the Underlying Surface and Micro-climate Temperature & Humidity
Peng Li
Li Bin
Wang Yuqian
Abstract：Urban heat island effect is currently the most prominent climate problem in summer in Beijing, the green space for microclimate with adjustable features, landscape underlying surface on the micro-climate temperature and humidity factors have a significant influence, the green space optimization is one of the underlying surface to ease the urban heat island regulatory pathways. In this paper, taking the correlation of hot and humid micro-climate factors and urban green street underlying surface for research purposes, the streets of Beijing urban green space for the study object, taking 1000-100000m2for study scale, we test the most common green street landscape underlying surface which is the six kinds of brick, stone, wood, grass, etc., related to micro-climate elements such as relative humidity, LST and heat stress index. Then we analyze the test data, study the quantitative relationship between the urban green street underlying surface species and micro-climate factors, and put forward tactics about the green street landscape underlying surface which takes adjusting and improving micro-climate's temperature and humidity as guiding.
Key Words：Urban green street, Underlying surface material, Temperature & humidity, Human comfort degree
中图分类号：
中图分类号：TU119+4
文献标识码：A
文章编号： 1003-739X（2017）04-0039-06
收稿日期：2016-10-10
基金项目：