春季济南森林公园小气候及人体舒适度效应分析

邵 静，高祥斌

(聊城大学，山东 聊城 252000)

1 引言

城市绿地可以通过降温增湿来优化城市小气候、调节小气候效应、减缓对城市的负面影响。小气候气象因子主要包括相对湿度、空气温度、风速、空气负离子浓度等气象要素，这些气候要素影响着小气候及人体舒适度。

国外不少学者对舒适度和空气负离子的研究较为深入，Matsaba等[1]研究了植物物种对微气候和人类热舒适度改善效应的量化评价，Galagoda等[2]研究了城市绿色基础设施作为应对人类热舒适的可持续方法的影响，Afshar等[3]研究了城市公园种植设计对冬季热舒适性的影响，Della Vecchia等[4]研究出空气负离子对认知表现和抑郁有潜在积极影响，Bowers等[5]通过研究得出高密度空气负离子能减轻抑郁症和 SAD 的非典型症状，Jin-Hee Ju等[6]对植物净化空气中颗粒物产生的空气负离子进行了量化分析，Young-Han Yoon等[7]对山谷和斜坡植被的空气负离子进行了评价。

国内对人体舒适度、空气负离子的研究起步比国外较晚，且大部分都是建立在国外研究的基础上。国内学者对不同植物群落结构、不同围合绿色空间、远水群落与近水群落等进行气象因子的测定，得出植物种类丰富的群落比单一草坪增湿降温效果更好，舒适度也更好[8～13]，封闭性好的绿色空间舒适度要优于开敞型绿色空间[8,9]，大型水体的降温增湿效应优于小型水体[11]，近水草坪舒适度优于远水草坪[8]。古琳等[14]对无锡市惠山国家森林公园香樟林、松林、栓皮栎林进行舒适度研究，同一季节不同林分之间舒适度差异不大，季节差异显著，春季舒适度最高，冬季最差。邵海荣等[15]研究指出空气负离子的保健及治疗功能。吴楚材等[16]研究表明，负离子浓度的变化规律呈现一定的日变化和年变化，不同环境因素能够影响负离子浓度水平。

而关于济南市城市公园人体舒适度及负氧离子的研究较少，高卫东等[17]研究过济南市整体旅游气候的舒适度，每年4～5月份和8～9月份是济南最佳旅游时间。王晓磊等[18,19]研究了济南南部山区两个公园的4种典型游憩林的人体舒适度和庭院林的空气负离子，侧柏(Platycladusorientalis)、黄栌(Cotinuscoggygria)混交林调节小气候和改善人体舒适度的作用最大，园林小品型庭院的空气负离子浓度最高、空气质量最好。目前济南市缺少对城市公园或城郊森林公园综合生态保健的研究，本文对济南西部济南森林公园进行了小气候的实测、调查与研究，研究各监测点生态因子的变化规律，其结果可为游客与景观设计师提供参考和理论依据。

2 研究区域与方法

2.1 研究区概况

济南市(116 °45 ′～117 °57 ′E,34 °87 ′～36 °98 ′ N)，地处中纬度地带，由于受地理环境、太阳辐射的影响，属于温带季风气候。其特点是季风明显，四季分明。年平均气温13.6 ℃，年平均降雨量614 mm。济南森林公园是济南一座融林地、湿地、水溪、雕塑等多种景观和集游憩、科普、健身、避险等多种功能于一体的综合性城市公园。公园位于济南市槐荫区张庄路，园区总面积约70 hm2，其中绿化面积约60 hm2，水系面积约4.8 hm2。总体布局为“一环、一轴、五湖、九园”。“一环”即环绕全园的林荫景观路；“一轴”即贯穿南北自然景观的中央主轴，由南门入口经台地园、揽翠湖、科普展馆至最北端的湿地景观；“五湖”是园内主要水体景观，包括揽翠湖、涌翠湖、映翠湖、花雨湾、积翠潭；“九园”即专类园区，包括台地园、雕塑园、科普园、春花园、夏木园、秋景园、杉林园、万竹园、儿童乐园[20]。

2.2 样地选择与实验方法

2.2.1 样地选取

在公园内9个专类园区分别选取一个固定监测点，与稀少绿地植被的广场进行对照，并进行了小气候气象因子的数据监测与记录。监测点如图1和表1所示。

图1 济南森林公园气象因子监测点分布(来源：作者改绘)

2.2.2 实验方法

选广场作为对照点,采用定点监测法，监测方法参考前人的方法[21,22]，及时查看天气预报，选取连续晴天(2021年3月22～24日，4月16～18日，5月17～19日)进行指标测定。用手持农业环境监测仪(型号：TNHY-8-G)、手持式叶轮风速仪(型号：EXTECH AN100)、AIC1000,测量每个监测点的空气温度、相对湿度、风速及空气负离子浓度，高度1.5 m。测量时间是8:00～18:00，每2 h测量一次，每个测点记录3个数值，采用平均值进行数据计算与分析。

2.3 数据处理

2.3.1 数据整理与分析

用Excel整理实验数据，使用SPSS26.0软件对数据进行统计分析，采用单因素方差分析(one-way ANOVA)和多重比较(Duncan)分析不同绿地小气候因子的差异显著性(P<0.05)。

2.3.2 人体舒适度指数计算

人体舒适度是以人体与周围环境之间热量平衡原理为基础、从气象环境角度来评价人体在不同外在环境下舒适程度的生物气象指标，其中空气温度、相对湿度、风速是人对环境感受因素中影响人体舒适感的重要因子[23]。

关于人体舒适度评价模型国内外的经验公式和评价方法各不相同，这些模型在对人体舒适度的评价方面既有优点又有不足。综合各类文献资料[21,24]和济南市所属地区特征，本文使用人体舒适度指数(DI)，该指数综合了温度、湿度与风速的综合指标，是北京市气象局1997年发布的模型，应用于人体舒适度指数预报[25]。公式为：

(1)

式(1)中，DI为人体舒适度指数，T为平均气温，RH为相对湿度,V为平均风速；根据我国气象局限定的一致准则,人体舒适度级别应用9级分类法[26](表2)。

表2 人体舒适度评价标准

3 结果与分析

3.1 空气温度日变化

对比监测点的温度日变化，可以看出各监测点空气温度日变化整体上变化趋势一致，自8:00整体呈上升趋势，14:00左右达到峰值，14:00以后呈下降趋势(表3)。

空气温度最低值出现在广场(对照点)8:00时，按从小到大排序依次为：广场<万竹园<春花园<杉林园<夏木园<秋景园<儿童乐园<科普园<雕塑园<台地园，空气温度最高值则出现在广场(对照点)14:00时，此时也是所有监测点的峰值，按从大到小排序依次为：广场>台地园、雕塑园>儿童乐园>科普园>秋景园>杉林园>夏木园>春花园、万竹园。由表3可知，10:00～16:00广场(对照点)空气温度都是最高的，较绿地平均气温分别高0.9 ℃、2.3 ℃、2.5 ℃、1.9 ℃。

表3 春季空气温度日变化

对广场(对照点)与各绿地监测点的空气温度进行多重比较(Duncan)和单因素方差分析(one-way ANOVA)得出：①在监测时段内，广场(对照点)除在10:00与台地园、18:00与雕塑园无显著性差异外，其余监测时间与其它监测点均有显著性差异(P<0.05)。②春花园、万竹园在8:00～14:00均无显著性差异，且相对于其它绿地监测点，春花园、万竹园在监测时间内一直处于较低温度水平。③秋景园在12:00～18:00与其它监测点均有显著性差异(P<0.05)。

3.2 空气相对湿度日变化

在监测时段内，相对湿度最低值出现在广场(对照点)14:00，为32.2 %，最高值出现在春花园8:00，为58.8 %。广场(对照点)在所有监测点里同时段内相对湿度都是最低的。科普园虽有大面积硬质铺装吸热流失水分，但也因临水水体面积较大，日照较强的时段水汽增大，因此10:00～14:00湿度降幅较小。秋景园是乔木-草坪结构的疏林园区，光照充足，且通风性强，水分扩散较快,在整个监测时段所有绿地监测点内湿度均是最低的(表4)。

表4 春季空气相对湿度日变化

对广场(对照点)与各绿地监测点的相对湿度进行多重比较(Duncan)和单因素方差分析(one-way ANOVA)得出：在监测时段内广场(对照点)的空气相对湿度除18:00与秋景园、雕塑园无显著性差异外，与其它监测点均有显著性差异(P<0.05)。

3.3 风速日变化

各监测点风速无明显变化特征,日均风速按从大到小排序依次为：广场>雕塑园>科普园>杉林园>夏木园>儿童乐园>台地园>秋景园>春花园>万竹园(表5)。

表5 春季风速日变化

对广场(对照点)与各绿地监测点的风速进行了多重比较(Duncan)和单因素方差分析(one-way ANOVA)得出：①8:00广场(对照点)风速与万竹园、春花园有显著性差异(P<0.05)，与其它监测点无显著性差异；10:00广场(对照点)风速除与秋景园、杉林园无显著性差异外，与其它监测点均有显著性差异(P<0.05)；12:00广场(对照点)风速除与台地园、秋景园、杉林园、春花园、科普园无显著性差异外，与其它监测点均有显著性差异(P<0.05)；14:00时广场(对照点)风速除与雕塑园、杉林园、科普园无显著性差异，与其它监测点均有显著性差异(P<0.05)；16:00广场(对照点)风速雕塑园无显著性差异，与其它监测点均有显著性差异(P<0.05)；18:00广场(对照点)风速与台地园、秋景园、儿童乐园、杉林园、春花园无显著性差异，与其它均有显著性差异(P<0.05)；②广场(对照点)风速与万竹园在所有监测时段内均有显著性差异(P<0.05)，与春花园在8:00～10:00，14:00～16:00有显著性差异(P<0.05)，与夏木园在10:00～18:00有显著性差异(P<0.05)。

3.4 人体舒适度评价

在春季各监测点舒适度指数均处在舒适范围内，广场在8:00时DI为58，为全天所有监测点最低值，DI最高值则出现在14:00时广场、台地园、儿童乐园，为74。

按照表2标准，结合表6所示，各监测点DI指数均已达到舒适标准，共出现三个等级：-1等级，偏凉、感觉较为舒适；0等级，感觉最为舒适；1等级，偏暖、感觉较为舒适。

其中广场50%的监测时间达到0等级，17%的监测时间出现-1级，33%的监测时间出现1级。台地园、秋景园50%的监测观测时间达到0级，其余时段为1等级。雕塑园、儿童乐园、科普园83%的监测时间达到0级，其余时段为1等级。而夏木园、万竹园、杉林园、春花园全部监测时间内都达到了0级最为舒适等级。人体舒适度按从优到次排序依次为夏木园、万竹园、杉林园、春花园>雕塑园、儿童乐园、科普园>台地园、秋景园>广场(表6)。

表6 人体舒适度指数

对广场(对照点)与各绿地监测点的人体舒适度进行多重比较(Duncan)和单因素方差分析(one-way ANOVA)得出：8:00广场(对照点)人体舒适度指数与其它监测点均有显著性差异(P<0.05)；10:00广场(对照点)人体舒适度指数除与秋景园、夏木园无显著性差异外，与其它监测点均有显著性差异(P<0.05)；12:00～14:00广场(对照点)人体舒适度指数除与台地园无显著性差异外，与其它监测点有显著性差异(P<0.05)；16:00广场(对照点)人体舒适度指数除与秋景园、雕塑园无显著性差异外，与其它监测点均有显著性差异(P<0.05)；18:00广场(对照点)人体舒适度指数除与秋景园、雕塑园、科普园无显著性差异外，与其它监测点有显著性差异(P<0.05)。

3.5 空气负离子浓度日变化

春季公园内空气负离子浓度日均值625个/cm3, 绿地空气负离子浓度8:00开始上升，10:00达到峰值，随后开始下降，16:00开始回升，广场(对照点)8:00～16:00一直处于下降状态，16:00开始回升。

在监测时段内，广场(对照点)变幅为340个/cm3，绿地监测点平均变幅为143个/cm3。春季空气负离子日均值浓度水平关系表现为：春花园>夏木园>万竹园>杉林园>科普园>台地园>雕塑园>秋景园>儿童乐园>广场(对照点)。春花园、夏木园、万竹园因其郁闭度高，植物长势优良，日均值较大，儿童乐园、秋景园空气负离子浓度是相对较低的，广场浓度最低。

在监测时段内，所有监测点大部分处于空气较清新水平，春花园、杉林园、夏木园、万竹园在10:00峰值时均达到清新水平(表7)。

表7 空气负离子浓度日变化

对广场(对照点)与各绿地监测点的空气负离子浓度进行多重比较(Duncan)和单因素方差分析(one-way ANOVA)得出：8:00广场(对照点)空气负离子浓度除与台地园、秋景园、雕塑园无显著性差异外，与其它监测点均有显著性差异(P<0.05)；10:00、16:00广场(对照点)空气负离子浓度除与儿童乐园无显著性差异外，与其它监测点有显著性差异(P<0.05)；12:00～14:00广场(对照点)空气负离子浓度除与秋景园、儿童乐园无显著性差异外，与其它监测点有显著性差异(P<0.05)；18:00广场(对照点)空气负离子浓度除与台地园、秋景园、儿童乐园无显著性差异外，与其它监测点有显著性差异(P<0.05)。

4 结论与讨论

公园内春季空气温度最低值最高值均在广场(对照点)，原因是早上太阳辐射低，广场无遮蔽物，通风良好，温度显著低于其它观测点，而8:00后，由于太阳辐射的增强，硬质铺装吸收热辐射，且无植被、遮蔽物遮荫，广场升温较快，显著高于其它观测点。秋景园是唯一的乔木-草坪结构的疏林园区，光照充足，在强光照时温度显著高于林荫型乔木-灌木-草结构园区夏木园、春花园、万竹园。相对于其它绿地监测点，春花园、万竹园在监测时间内一直处于较低温度水平，因其郁闭度高、冠层结构紧密，遮荫能力与植物蒸腾作用均较强，降温效果较明显，这与胡海辉等[10]的研究结果一致。

绿地监测点上层有乔木遮荫，中下层有覆盖力较强的灌木及草本植物，水分流失速度相对较慢，且植物种类、数量较多，较强的蒸腾作用也会大大增加空气湿度[27]，湿度显著高于广场(对照点)，这与多数研究者的结果相似[10,28]。科普园因临水水体面积较大，强光照时段湿度降幅很小，可见适当增加水体有助于增加空气湿度。秋景园因是乔木-草坪结构的疏林园区，湿度一直低于其它绿地监测点，可见结构复杂的群落增湿效果更好。

万竹园、春花园与夏木园均是乔木-灌木-草结构的密林，能够有效降低风速，大部分时间内显著低于广场(对照点)，这与部分前期研究者相似[28,29]。

植物群落有较强的降温、增湿、降低风速的作用，而且郁闭度高，结构复杂的密林作用更明显，而从DI人体舒适度指数和空气清新水平来看，也是乔木-灌木-草结构类型且郁闭度高的植物群落更好，这与多数研究者的结果一致[30～32]。可见城市公园在建设时如果想提高人体舒适度和空气质量，应着重增加植物多样性、营造良好郁闭度及适量增加水体景观。

研究发现城市公园绿地的气候特征、周围建筑物环境、植物的种类配置与数量等都会影响局地微气候。因此，研究结论可能缺少普适性。本研究仅在春季实测济南森林公园相关气象因子，分析了各专类园区春季人体舒适度和空气清新水平，今后的研究将在其它季节继续实测分析，以期做到全年对公园综合生态保健进行研究。在监测过程中还发现景观美景度等都对人体舒适度也有重要影响，后续的研究还将从这个方面进行实测调查。通过实测调查、研究分析探索出了合理的植物配置、景观配置等，为城市公园建设提供理论依据，为居民生活游憩、休闲健身提供合理路线。