石河子市城市街道林蔭空間冬夏季小氣候?qū)崪y分析

苗江林 王翠 楊梅花

摘 ?要：該研究針對具有特定氣候條件和城市形態(tài)的石河子市，以綠蔭空間為研究對象，對小氣候因子變化規(guī)律及其影響因子進行實地監(jiān)測和定量分析，在此基礎(chǔ)上研究不同植物對小氣候的影響，探索石河子市街道綠地空間組成與城市街道小氣候間的影響與作用，揭示內(nèi)在的調(diào)節(jié)效果與調(diào)節(jié)機制，研究成果可為科學定量評估石河子市街道綠地規(guī)劃提供重要參考。

關(guān)鍵詞：石河子;風景園林;林蔭空間;城市街道、小氣候?qū)崪y;“連續(xù)拱”型

中圖分類號 U418.8文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）05-0109-06

1 引言

隨著社會的發(fā)展，全球氣候變暖趨勢加劇，中國極端天氣事件發(fā)生頻率愈來愈高。新疆氣候干旱且災害頻發(fā)，石河子作為新疆建設(shè)兵團之首，有“石城”之稱，2002年曾被評為“全球人居環(huán)境改善良好范例獎”。最近幾年內(nèi)，石河子環(huán)境污染嚴重，藍天數(shù)減少，霧霾增多。2016年2月6日，石河子地區(qū)能見度降低，凌晨大霧嚴重，高速封閉，空氣質(zhì)量跌至嚴重污染，PM指數(shù)355，位列全國第一。

2 城市街道概況與研究范圍

2.1 街道概況 石河子市位于天山北部，準噶爾盆地南緣，瑪納斯河沖積平原上，地形平坦，地勢由東南向西北傾斜，地殼呈現(xiàn)西厚東薄中間厚的特征。南北坡降約12‰，東西坡降9‰，市區(qū)海拔500m左右，南部有山麓斜坡堆積而成的傾斜平原，北部扇緣地帶。

石河子市地處內(nèi)陸，屬大陸性氣候，夏冬氣候變化明顯，雨水少，晴天多，四季溫差大，夏季酷熱，冬季寒冷，干旱且少雨，夏季日照時間長。一年中，高氣溫值42.1℃，低氣溫值-36.9℃，年平均氣溫6.8℃，相對平均濕度64%，平均降雪日數(shù)達40.9d，市區(qū)日照2782h。春季主導風向為西南風和東南風，夏季主導風向為西南風和南風，常年主導風向為南風，其頻率為：夏季10%左右，冬季9%左右[1]。

石河子市的城市綠化始于1952年的綜合規(guī)劃。60余年來，經(jīng)過全市人民的共同努力，現(xiàn)已形成：點上獨立成景，線上樹木成林，片上風景成帶，面上處處成蔭的總體綠化效果。全市綠化覆蓋率達39%，人均綠地面積達到8～12m2。90年代以來，城市市政基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，使道路綠化從設(shè)計施工到維護管理，逐步形成了比較完整的體系。

2.2 調(diào)查研究范圍 石河子街道是規(guī)則布局式，主要走向為正北、正東、正南、正西向。為了便于數(shù)據(jù)的測繪與實驗儀器的搬運，此次研究區(qū)域主要位于石河子大學北區(qū)周圍，根據(jù)不同的街道走向、行道樹種類、道路板帶、街邊建筑，最終定為北三路、北四路、北六路、東二路、東五路、西一路共6條街道。

2.2.1 測試點 通過“分區(qū)立桿，分層布點”的剖面矩陣布點方式[2]對石河子街道林蔭空間小氣候進行科學研究，獲取風速、溫度、濕度、太陽輻射等參數(shù)。石河子城市道路具有不同的街道林蔭空間類型，根據(jù)街道植物形成的封閉或開敞空間的特點，分為“行列”型街道林蔭空間和“拱廊”型街道林蔭空間，其中：東二路為“三行”開敞型，東五路為“兩行”開敞型，為了方便對不同空間類型中小氣候的功效進行對比，對同一街道不同類型林蔭空間分別選取剖面點。

2.2.2 實測對比方案 為進一步分析街道“單拱”型不同林蔭空間的小氣候效應，選擇走向完全不同的2條街道進行實測。將林蔭空間類型或街道走向作為定量進行對比分析，分析另一變量對街道小氣候的影響機理[3]。

夏冬兩季實測全日照參照點選擇在場地附近無林蔭遮蔽的全日照條件下1.5m高的溫濕度進行對比，溫濕度數(shù)據(jù)引用國家基準氣象站石河子城市氣象臺站的逐時氣候數(shù)據(jù)。

3 研究方法

通過對街道林蔭空內(nèi)距地面1.5m高的小氣候溫濕度變化分析，對石河子城市“單拱”型林蔭空間街道的小氣候進行實測，研究不同走向不同林蔭空間類型下街道小氣候效應的作用機理，評估街道小氣候的調(diào)節(jié)作用，同時總結(jié)街道小氣候效應與林蔭空間類型的關(guān)系。

3.1 實測儀器 測試儀器主要有手持自動氣象站、太陽輻射儀等，分別記錄空氣溫度、空氣濕度、風速、風向、地表溫度等小氣候指標。將手持氣象站固定在1.5m高的塔尺上，測街道1.5m高的溫度、濕度、大氣壓、風速、風向等數(shù)據(jù)。太陽輻射儀主要是測林蔭街道的大樹內(nèi)外的太陽輻射數(shù)據(jù)。

3.2 實測日程 此次夏季小氣候測試選擇避開極端高溫天氣和持續(xù)高溫天氣的影響，在7、8、9 3個月進行（為了進行夏季與冬季林蔭街道氣候參數(shù)的對比，另選取了11月份全天日照、有早晚溫差、無云的天氣進行數(shù)據(jù)測量收集。）月份中選取全天有日照、早晚有溫差、天氣狀況相近的進行測量，分10：00—10：30、12：00—12：30、14：00—14：30、16：00—16：30、18：00—18：30、20：00—20：30等6個時間段測量。

測量期間城市主要氣象參數(shù)：7月12號多云轉(zhuǎn)晴，最高溫度35℃，最低溫度25℃，西風3—4級，空氣質(zhì)量良好。7月13號陣雨，最高溫度33℃，最低溫度22℃，西向微風。7月14號雨轉(zhuǎn)多云，最高溫度達到32℃，最低溫度20℃，北向微風。7月15號天氣多云，最高溫度34℃，最低溫度21℃，北向微風。7月16號天氣多云，最高溫度34℃，最低溫度21℃，北向微風。

4 結(jié)果與分析

4.1 街道林蔭空間

4.1.1 林蔭道綠化樹種 此次調(diào)查選取的石河子市6條道路各類樹木共9229株，其中大葉白蠟、小葉白蠟、白榆總數(shù)所占比重較大，同時在各個道路中的使用頻率也較高，6條街道中有2條街道的白蠟種植比重高于50%，具體見表1。由表1可知，大葉白蠟、小葉白蠟、白榆3個樹種是石河子市行道樹的基調(diào)樹種[4]。

4.1.2 林蔭空間類型 由于不同的街道板帶類型以及道路規(guī)劃的形式，道路空間出現(xiàn)完整拱形廊道、中央分裂的拱形廊道、相互分離的多個樹冠下單行沿街線性廊道。可根據(jù)不同的樹冠廊道的類型，區(qū)分城市中道路的基本林蔭空間類型。

4.1.2.1 封閉型林蔭空間 行道樹上部樹冠區(qū)域樹枝相互交叉形成封閉的頂層樹冠，在樹冠下層形成連續(xù)的拱形廊道即為封閉性林蔭空間。石河子市西小路道路板式為一板兩代的道路結(jié)構(gòu)，街道寬度14.2m，行道樹的冠幅10m樹冠上部相互交叉，形成封閉的頂層樹冠，在樹冠下部形成連續(xù)的拱形廊道即單供封閉型的道路空間類型。樹冠兩側(cè)建筑封閉，實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)西小路東側(cè)行道樹距離建筑的距離過近，其冠下距離地面的高度為4.3m，明顯大于西側(cè)距離地面3m的高度，說明建筑對街道林蔭樹的生長有一定的影響。

4.1.2.2 半封閉型林蔭空間 行道樹上部樹冠區(qū)域樹枝沒有相互交叉，道路中部的頂層樹冠分離，在樹冠下部形成連續(xù)的拱形廊道可視為半封閉型林蔭空間。石河子市北四路自東一路至東二路直接道路的東端，此段道路的板式為三板四帶式，道路寬度29m，行道樹冠幅約7m，行道樹樹冠區(qū)相互分離并在道路上空形成較大的空隙，此段道路兩側(cè)綠地中的喬木與行道樹的樹冠相接形成封閉的拱形廊道，因此此段道路的林蔭空間類型為“連續(xù)拱”半封閉型空間類型。

4.1.2.3 開敞型林蔭空間 行道樹上部樹冠區(qū)域樹枝沒有相互交叉，道路頂層樹冠完全分離，在樹冠下部形成單個的廊道可視為開敞型林蔭空間。石河子市北三路石河子游憩廣場路段為例，道路中央種植高大的樟子松，中央分車帶兩側(cè)種植蘋果樹作為行道樹。此段道路兩側(cè)無建筑均為道路綠化，道路寬40m，其中樟子松樹冠冠幅為4m，兩側(cè)蘋果樹的冠幅約為2m，3行喬木樹冠相互分離，喬木各自形成獨自的道路單個廊道，因此此段道路的林蔭空間類型為開敞式空間類型。

由于石河子的道路建設(shè)時間不統(tǒng)一，而且樹木生長的狀況不盡相同，樹種選擇存在很大差異，因此石河子市道路空間類型多樣，調(diào)查發(fā)現(xiàn)：北四路以東一路以東為半封閉型林蔭空間，東一路以西為封閉性林蔭空間類型。北三路石河子游憩廣場路段為開敞型林蔭空間類型，其余兩端為封閉性林蔭空間。北六路由于只有一側(cè)有行道樹，所以為開敞式的林蔭空間類型。西一路主要為半封閉型林蔭空間類型，由于少數(shù)區(qū)域樹木個體較小，道路拓寬的原因造成開敞的林蔭空間類型。西小路為一條城市次干道，道路比較狹窄，林蔭空間為封閉型空間類型，東二路由于樹木較小，因此為開敞型的林蔭空間類型，東五路主要為半封閉的林蔭空間類型。

4.2 夏季林蔭空間

4.2.1 同一走向不同林蔭空間類型小氣候 太陽輻射強度：選擇同一走向不同空間類型的西一路和東二路的數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果如圖7。由圖7可見，西一路太陽輻射強度與東二路差異極顯著。樹冠下與樹冠外對比強烈，尤其在下午14：00時差異最為顯著。14：00之前樹外太陽輻射東二路外大于西一路，14.：00之后西一路外大于東二路，但是全天太陽輻射樹內(nèi)西一路大于東二路，這說明大樹會阻擋一定的太陽輻射。

4.2.1.1 風速 東二路風速偏小且穩(wěn)定，全封閉的西一路相對開敞式林蔭空間的東二路風速普遍較大且瞬時風多，舒適感更強。

全天觀測到的風向和氣象站數(shù)據(jù)一致。以東南方和南方為主，偶爾會有北風，起風時估測風速為0.4～0.8m/s，表明1.5m這個高度的風主要受大氣環(huán)流影響。場地測試點在6∶30—8∶00觀測記錄到的瞬時風頻較少，10∶00—17∶00不定時觀測到瞬時風，其中10∶00—12∶00時段的瞬時風頻率較多。

4.2.1.2 溫度、濕度 對比西小路1條街道不同地點林蔭樹1.5m處的溫度變化發(fā)現(xiàn)：從上午10：00開始，2個地點樹冠下的溫度開始逐漸上升，但上升較緩慢，而東二路氣溫較快升高，林蔭下空氣的溫度、濕度受太陽輻射強度的影響，空氣溫快速升高。西一路溫度從16：00開始下降，溫度下降速度較東二路慢，說明封閉的林蔭空間對溫度的升高與下降都具有一定的緩解作用。

由此可見太陽輻射能否被林蔭樹樹冠所阻斷是樹冠下空間溫度變化的重要因素。西一路作為全封閉型的道路空間類型，由于太陽無法直射，在12：00時出現(xiàn)溫度低于全日照場地4℃的情況。午后溫度持續(xù)上升，東二路在14：00溫度達到最大值33.6℃，比全封閉溫度高2.6℃。從圖9中可以看到，在15：00—17：00內(nèi)，林蔭下的空間出現(xiàn)持續(xù)的高溫，林蔭下空間的持續(xù)高溫比全日照場地延遲1.5h左右。18：00開始，溫度區(qū)域平穩(wěn)變化，氣溫逐漸降低，但東二路溫度持續(xù)上升，在20：00溫度的變化出現(xiàn)又一次的峰值31.6℃，比全日照長的的溫度高出2.9℃。由此可見，林蔭空間中樹冠的封閉造成林下空間的熱空氣擴散屏障，使熱空氣無法與林外空間互換，溫度持續(xù)上升。

從日變化來看，同走向不同林蔭空間類型的街道溫濕度差異明顯。2種街道空間類型的溫度均呈現(xiàn)出先增加后降低的單峰變化，并且14：00時2種街道空間類型的溫度之間差異不顯著，而在10：00、16：00時兩者空氣溫度差異顯著。上午，東二路的溫度均高于西一路，增長較快，下午下降且一直處于相對較低水平。西一路的溫度增長速度較慢，在16：00才達到最大值34.5℃，且午后一直處于較高狀態(tài)。

2條道路空氣濕度的變化與空氣溫度的變化相反。上午，西一路的濕度低于東二路，降低速度較慢，隨后在下午急速上升。西一路的空氣濕度降低速度較快，18：00才達到最小值，且一直處于較低狀態(tài)。此外，除上午12：00外，多數(shù)時刻2條路的空氣濕度之間差異顯著，具體見圖10。

4.2.2 不同走向同一林蔭空間類型小氣候

4.2.2.1 太陽輻射強度 在不同走向同種空間類型的街道，西一路太陽輻射強度的極差大于北四路，單拱封閉型林蔭空間整體舒適度高于連續(xù)拱半封閉型林蔭空間，在中午14：00和16：00時差異最為顯著。樹冠下與樹冠外對比強烈，尤其在中午15：00時差異最為顯著。15：00之前樹外太陽輻射東二路外大于西一路，15.：00之后西一路外大于東二路，但是全天太陽輻射樹內(nèi)西一路大于東二路，也說明大樹會阻擋一定的太陽輻射，樹下更加舒適，具體見圖11。

4.2.2.2 風速 西一路風速明顯比北四路數(shù)據(jù)低，說明道路走向也是影響小氣候因子的重要指標。北四路數(shù)據(jù)偏小且穩(wěn)定，瞬時風少，涼爽的感覺不是很明顯。但全封閉的西一路相對半封閉式林蔭空間的北四路風速普遍較大且瞬時風多，較為舒適。全天觀測到的風向和氣象站數(shù)據(jù)一致。以東南方和南方為主偶爾會有北風，起風時旗幟大部分能被吹開，估計風速0.4～0.8m/s，表明1.5m這個高度的風主要受大氣環(huán)流影響。

4.2.2.3 溫度、濕度 以北四路（向單東西拱全封閉型）和西一路（南北向單拱全封閉型）為例，從日變化來看，同走向不同林蔭空間類型的街道溫度差異明顯。2種街道空間類型的溫度均呈現(xiàn)出先增后降的單峰變化，并且16：00時，2種街道空間類型的溫度之間差異不顯著，而在10：00、12：00及18：00兩者空氣溫度差異顯著。上午溫度上升速度相當，下午溫度下降時，北四路則明顯快于西一路，具體見圖13。

白天中，2種道路的濕度依舊先降后增，早晨濕度最大達到45.4，中午濕度下降迅速，下午濕度回升但并不劇烈。2條道路空氣濕度的變化與空氣溫度的變化相反。上午，北四路的濕度低于西一路，降低速度較快，隨后在下午急速上升且一直處于較高狀態(tài)。除上午10：00外，多數(shù)時刻2條路的濕度之間差異顯著。

4.3 冬季與夏季林蔭空間的比較分析

4.3.1 風速 以夏冬兩季的北四路為例，在同一道路不同時間，冬季風速普遍高于夏季，由于北四路冬季行道樹葉子基本全部落下，風的阻力減小，風力更加強勁，在下午16：00最為明顯。同時，在夏季16：00時風速也為一天中最大值，說明該測試點樹木的種類，樹木的冠幅均影響著風速的大小。圖15還可以看出冬季瞬時風明顯增加，而夏季則不然，這也說明季節(jié)影響樹木的生命周期，同時也影響著城市的小氣候環(huán)境。

4.3.2 溫度 夏冬季溫度日變化都呈先上升后下降，但冬季上升與下降趨勢均小于夏季，夏季16：00才到達日最高溫度，相對于冬季晚2h左右，觀察可以發(fā)現(xiàn)，冬季氣溫的最高峰在14：00，而夏季則多在16.：00。由于冬季和夏季地球公轉(zhuǎn)，石河子地區(qū)所受的太陽輻射不同，導致最高峰差異，也說明海拔和太陽輻射影響著氣溫的高低。

5 結(jié)論

經(jīng)分析石河子城市林蔭空間類型在夏冬2季節(jié)的小氣候作用機理，并總結(jié)空間形態(tài)與小氣候的關(guān)系，得出以下結(jié)論：

（1）按空間形態(tài)特征將石河子市林蔭空間類型劃分為2類，第1種是“拱”型，是樹冠相連接的剖面“拱廊”式封閉型街道林蔭空間;第2種是“峽谷”型，即樹冠的剖面為“行列”式開敞型林蔭空間?！肮啊毙土质a空間的上部樹冠層將空間全部封閉，使陽光不能直接射入的為“全封閉”型;樹冠層上部不封閉，或兩側(cè)沒有連續(xù)建筑而側(cè)面開敞的空間類型為“半封閉”型，“峽谷”型林蔭空間陽光從任何角度射均可射入。

（2）植物作為構(gòu)成林蔭空間的要素之一，影響著街道林蔭空間形態(tài)。單株行道樹沿街單排種植，上部樹冠枝杈交錯，在樹冠下方形成冠下“拱”型空間。夏季樹冠層上方相互交錯，在道路上方形成“拱”型空間，遮擋陽光，降低溫度;冬季，落葉行道樹的林蔭空間中，陽光透過光禿的樹枝直射地面，地表溫度上升。

（3）1天中氣溫的變化主要劃分為4個時段：氣溫上升、氣溫最高、氣溫下降和氣溫最低4個階段。最高氣溫平峰，時間可持續(xù)2～3h，溫度在32～34℃之間。低溫谷段為平溫段，由于受日出日落的影響，太陽下山后一段時間會處于1個低溫平峰段。

（4）林蔭空間“降溫”機理：在白天升溫時段，不同類型的林蔭空間有效改變了陽光的射入量，導致行道樹冠下層升溫速率緩慢且穩(wěn)定，與行道樹外部升溫速率快溫度高，形成了較大的內(nèi)外溫度差，也給人們形成了較大的直觀感受，所以這并不是真正意義上的降溫，是產(chǎn)生了林蔭空間內(nèi)部降溫的錯覺。

（5）街道林蔭空間類型與小氣候因子的變化存在一定的關(guān)系：夏季，東西走向街道受太陽輻射的影響大于南北走向街道，而在同一走向的街道中，由于不同的街道林蔭空間形態(tài)特征，造成不同的小氣候區(qū)域?！肮啊毙腿忾]林蔭空間降溫增濕效果高于“拱”型半封閉林蔭空間，濕度則與之相反。冬季，空間類型對小氣候變化影響較小，周邊建筑分布影響較大。在東西走向街道中全天處于周邊建筑陰影中，溫度較低，在南北走向林蔭空間中全天約7h受陽光直射，因此溫度相對于南北走向林蔭空間較高。

參考文獻

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