杭州郭庄春季园林小气候实测与分析

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　　 Measurement and Analysis of Microclimate in Spring in Hangzhou Guo Zhuang
　　 摘要：通过对郭庄春季小气候因子的实地观测，分析各个小气候因子的时间变化规律和空间分布特点以及相互关系，得出：郭庄内部环境对空气温度及相对湿度都有显著调节作用，气温相对园外环境更为稳定，相对湿度更高;遮阴可以有效削弱太阳辐射，显著影响局部空间的热环境、湿环境;地表温度主要受到达地面的太阳辐射水平影响，辐射越强温度越高，而环境温度对其影响不明显;因园内水体所占面积比例较大且不同水体相距较近，均匀地调节了全园的气温和湿度，因此各测点的温、湿度没有明显差异;西湖的风岛效应对园内有明显影响，并且主导了园内的主导风向。
　　 关键词：古典园林;春季;小气候因子;实测
　　 文章编号：1671-2641（2019）02-0073-06
　　 中图分类号：TU986
　　 收稿日期：2018-11-26
　　 文献标志码：A
　　 修回日期：2019-01-09
　　 Abstract： Through the field observation of Guozhuang's microclimate factors in spring， the time variation law and spatial distribution characteristics and interrelationship of each microclimate factor are analyzed. It is concluded that the internal environment of Guozhuang has a remarkable adjustment effect on air temperature and relative humidity， and the temperature is more stable and the relative humidity is higher than that of the outdoor environment. Secondly， shading can effectively weaken the solar radiation， significantly affecting the thermal environment and wet environment of the local space. Thirdly， the surface temperature is mainly affected by the level of solar radiation reaching the ground， and the stronger the radiation， the higher the temperature. But the influence of the ambient temperature is not obvious. Next， because of the large proportion of the water in the garden and the close distance between different waters， the temperature and humidity of the whole garden are uniformly adjusted， the temperature of each measuring point has no significant difference in humidity. Finally， the wind island effect of West Lake has a significant impact on the park and dominates the dominant wind direction in the park.
　　 Key words： Classical garden; Spring; Microclimate factors; Field measurement
　　 随着社会经济增长、城市化进程加速，全球气候变暖已成为既定事实，尤其是21世纪以来，全球变暖趋势越来越严重。有研究指出21世纪末全球平均升温幅度为1.1°C～6.4°C[1]，在全球變暖的大背景下，我国夏季高温热浪事件频繁发生[2～5]，加上近年来城市化进程不断推进引起的城市热岛效应，使得一些城市酷热程度增加的趋势更严峻[6～7]，而户外环境过热导致人体热负荷增大，居民疾病发病率和死亡率明显增高，严重威胁了居民的日常生活和身体健康[8]，城市环境问题和居民室外活动空间舒适度需求的矛盾越渐突出。除了寻找新方法和新途径，传统园林中蕴含的智慧也值得进一步研究和借鉴。刘熙《释名》谓：“阴者，阴也，气在内而奥阴也;阳者，扬也，气在外而发扬也”，释明阴阳向背的小气候[9];在白居易的《庐山草堂记》中有记载“松下多灌丛，萝茑叶蔓，骈织承翳，日月光不到地，盛夏风气如八九月时”，形容植物交织遮蔽，使得阴翳处在盛夏亦如八九月般秋凉;等等。由此可见，古典园林在气候适宜性营造的方面蕴含着丰富的历史经验，前人在造园的过程中进行的深入考虑和对各种园林要素的巧妙布局都值推敲。
　　 目前杭州城市小气候方面的研究主要在于现代园林方面，还未展开古典园林小气候的研究。古典园林是杭州园林的重要组成部分，郭庄又为杭州古典园林的代表作，其气候适宜性体现在多种园林要素相互影响产生的关联效应。在选址方面，郭庄背靠西山，面临西湖，这与风水理论中“背山面水”“左右围护”等理想居所的选址原则相吻合。水体在郭庄中占据比例较大，有调节周围环境温度的作用。各种亭廊建筑连成一体，起到遮阴避雨的作用，同时又有效地遮挡了夏季强烈的太阳辐射，阻挡了冬季的寒风。植物在气候方面具有降温增湿的作用，也是不可缺少的园林要素。研究通过3个工作日的现场实测，用现代小气候的理论和方法，探讨杭州郭庄中各个小气候因子的变化规律和对小气候的影响，为今后城市营造更加舒适宜人的室外活动空间提供参考。 　　 1 研究方法
　　 1.1 场地概况
　　 郭庄位于杭州市西湖区，濒临西里湖，与苏堤相望。园子总体呈长方形，占地9788m2，水面近3000m2，建筑总面积1629m2，分“静必居”和“一镜天开”两部分。今属于浙江省重点文物保护单位，清光绪三十三年（1907）由绸商宋端甫所建，俗称宋庄，也名“端友别墅”，后卖给汾阳郭氏，改称“汾阳别墅”，俗称郭庄[10]。
　　 1.2 实测方法
　　 实测季节为春季，为了较为稳定地获得气象数据，实测日均选择天气为晴朗且风速较小的日期，实测开始时间为8：30，结束时间为17：00（表1）。同时，从杭州上城区气象站获得与实测时间同步的逐时气象数据，与园中小气候因子变化相比较。
　　 测量方法为移动观测法，每2人一组，手持测量仪器，待数据平稳后记录，每半个小时观测一轮。具体实测仪器及实测内容如表2所示。为减小误差，实测选择连续三个晴天进行，将3个实测日数据的算术平均值作为最终结果进行数据分析。
　　 在树阴下、桥上、水边、连廊及凉亭内设置18个测点（图1），其中以测点1～10为一组，测点1～18为另外一组，两组同时进行测量，测量顺序即为测点序号顺序。
　　 2 实测结果与分析
　　 2.1 太阳辐射
　　 3个实测日中各测点太阳辐射范围为4.2～972.6wat/m2。将各点测得的太阳辐射值进行统计，各测点太阳辐射值差别较大，且变化较为复杂，并不具有明显一致性。其中P2、P6、P10、P11、P13、P14、P15、P18为没有遮阴的测点，太阳辐射值随时间推移而增加，基本在中午达到最大值，之后逐渐回落，有明显峰值，且增幅和降幅较大;A3、A4、A5、A8、A9、A12为全天有建筑遮阴的测点，G1、G7、G16、G17为全天有植物遮阴的测点，在实测时间段内，太阳辐射值始终处于较低水平，并随时间变化而逐渐降低，且变化十分平缓。园内太阳辐射最大值出现在P10的11：30时左右，数值为972.6wat/m2，太阳辐射最小值出现在P8的16：30时左右，数值为4.2wat/m2，最大值为最小值的232倍。此外，不同测点在测试时间段内的太阳辐射差值也有较大差异，其中P10差值最大，为925.8wat/m2，A12差值最小，为20.6wat/m2。说明有太阳直射的空间太阳辐射变化较大，而有遮阴的则相对更为稳定。
　　 各测点的平均太阳辐射差值较大（图2），P18平均太阳辐射值最高，为604.9wat/m2;A12最低，为16.4wat/m2，最高值约为最低值的37倍。其中低于园内太阳辐射平均值的测点均为有植物或建筑遮阴的测点，而建筑遮阴的测点（A类测点）整体太阳辐射水平较植物遮阴的测点（G类测点）更低，表明遮阴情况类似时，建筑对太阳辐射的削弱作用较植物更为显著。
　　 2.2 空气温度
　　 三个实测日中各测点空气温度范围为18.2°C～32.7°C。比较同一时间段气象站气温和各个测点气温平均值可以看出（图3），园内气温与气象站气温有一定差异，在不同时间段相差1°C～2°C，在11：30时之前园内气温高于气象站气温，在11：30之后园内气温低于气象站气温，园内最高温度低于气象站最高温度，园内降温早于气象站。总体变化上，园内气温较为稳定，说明郭庄内部对气温有显著的调节作用。
　　 各测点的累积空气温度差异相对较小（图4），其中P15的累积气温最高，为457.9°C;A4最低，为411.1°C，二者相差46.8°C。结合其他测点累计温度情况可以发现，累计气温较低的测点多为位于水体边、且有植物或建筑遮阴的测点，同时建筑下测点累计气温更低，而位于水体旁有太阳直射的测点空气温度依然保持较高水平。表明太阳辐射水平会显著影响局部气温，而园内水体所占面积较大，可视为园内主要的小气候调节因素，且不同水体间距较小，均匀调节了全园气温，不同水体周边空间及不临近水体空间并未表现出明显气温差异。
　　 2.3 地表温度
　　 三个实测日中各测点地表温度范围为13.9°C～47.7°C，累积地表温度差异相对较大（图5），P18累积地表温度最高，为639.2°C;A5最低，为345.6°C，二者相差293.6°C。其中明显低于园内累积地表温度平均值的测点有G16、A12、G7、A4、G1、P13、A8、P15、A3、A5，均為地表受植物或建筑遮阴的测点，观察该部分测点在园中的位置分布与所处空间环境并未表现有明显联系。同时，P15处太阳辐射及空气温度整体水平都较高，而地表温度显著低于大部分测点，表明地表温度受空间环境影响并不显著，主要受到达地面的太阳辐射水平的影响。
　　 比较太阳辐射不同的相同铺装材质的测点（图6），其中有太阳直射、铺装为石材2的测点（P10、P13、P14、P18）地表面温度与太阳辐射的变化规律相同，随着时间先增大后减小;但花街铺地2的测点（P15）并没有明显增幅，与没有太阳直射的测点温度相近，可能由于被周边灌木丛遮挡地面。而全天没有太阳直射、铺装为石材1的测点（G7）和花街铺地1的测点（G1）地表温度变化较小，始终维持在一个较稳定的水平。表明石材铺装的地表温度受太阳辐射的影响显著，太阳照射越强温度越高。
　　 统计实测数据可以得出，各测点地表温度差别较大，其中G1、A3、A4、A5、G7、A8、A12、P15测点在实测时间段内地表均没有太阳直射，数值起伏较小且十分平缓。而P6、A9、P13、P16、G17在部分有太阳直射的时间段内地表温度有明显上升，其余P类有太阳直射的测点，地表温度随着时间变化先升高后逐渐降低，与该测点的太阳辐射值变化趋势十分相似。其中地表温度最大值出现在P14的14：30，为47.7°C，最小值出现在P13的8：30，数值为13.9°C，二者相差33.8°C。整体上园内各测点在同一实测时间段内地表温度差值变化相对较小，9：00–10：00和13：00–15：00时间段内差值相对较大，呈现两个峰值。 　　 2.4 相对湿度
　　 3个实测日中各测点相对湿度范围为26.4%～63.4%。比较同一时间段气象站气温和各个测点气温平均值可以看出（图7），两者都随着时间的变化逐渐降低后升高，而园内相对湿度明显高于气象站相对湿度，表明园子在春季有一定的增湿效果。
　　 统计得到各测点在实测时间段的相对湿度情况（图8），P13的平均相对湿度最高，为45.4%;P18最低，为37.5%，二者相差7.9%。其中明显低于园内相对湿度平均值
　　 的测点有P2、G7、P15、P6、A9、G1、P10、P18，結合各测点位置及周边环境可以发现，虽然园内整体湿度较高，但是不同相对湿度的测点在园内的分布比较均匀，说明水面较大的小型古典园林在春季时园内水体对湿度的调节作用在不同生境差别不明显。统计得出各测点相对湿度变化趋势较为一致，随着时间变化逐渐降低，然后缓慢回升，升幅和降幅较小，且没有明显峰值。其中，在8：30–11：30时间段内，各测点相对湿度处于较高水平，最大值出现在P16，数值为63.4%;在13：00–15：00时间段内，各测点相对湿度处于较低水平，最小值出现在P15，数值为26.4%，二者相差37%。
　　 2.5 风速和风向
　　 春季园内风速范围为0～1.7m/s。比较园内测点平均风速和气象站风速（图9），可以看出，园内风速明显小于气象站风速，且在气象站风速较大时园内风速较小。将各点测得的风速进行统计（图10），园内平均风速为0.30m/s，高于0.30m/s的测点为G17、A12、P14、P18、P11、P15、G16，主要分布在园子靠近东部近西湖一侧，其风量占全园总风量的78.8%。
　　 统计园内测点风向，其中无风测点比重最大约为48%，有风测点中比重较大是东风和东北风，两者各占13%。3个实测日中每个测点的风向测试为54次，其中有风频率在一半以上的测点有G17、P18、P14、G16、A12、P11、P15。比较这7个测点的风向（图11），其中G17、P15的主导风向为东南风，P14、P11、P18、A12的主导风向为东北风，均来自于西湖方向。
　　 2.6 相关性分析
　　 利用SPAS软件对各气象因子的相关性进行分析，结果显示：空气温度与太阳辐射的变化呈正相关关系，其Pearson相关性系数为0.863（sig.=0.000），在0.01级别（双侧）上极强相关;地表温度与太阳辐射的变化呈正相关关系，其Pearson相关性系数为0.715（sig.=0.001），在0.01水平（双侧）上强相关;空气温度与相对湿度的变化呈负相关关系，其Pearson相关性系数为-0.609（sig.=0.007），在0.01水平（双侧）上强相关;地表温度与相对湿度的变化呈负相关关系，其Pearson相关性系数为-0.657（sig.=0.003），在0.01水平（双侧）上强相关;空气温度与地表温度的变化呈正相关关系，其Pearson相关性系数为0.543（sig.=0.020），在0.05水平（双侧）上中等程度相关。进一步证实太阳辐射显著地影响着各项气象因子。
　　 4 结论与探讨
　　 综合分析现场实测所得数据，可得出以下结论：
　　 1）在水体、植物、建筑等园林要素及其空间布局的共同作用下，园内小气候得到显著调节，使得园内气温在清晨及上午高于园外、下午低于园外，相对于园外气温变化幅度更小，在白天时更为宜人，同时园内相对湿度较园外更高。
　　 2）遮阴可以有效削弱太阳辐射，对局部空间的热环境、湿环境都有显著的影响效果，合理利用植物、建筑遮阴可以有效调节园林空间小气候，而相较于植物，建筑遮阴对太阳辐射的削弱作用更为显著。
　　 3）地表温度主要受到达地面的太阳辐射水平影响，辐射越强温度越高，而环境温度对其影响不明显。
　　 4）有关研究表明，浅水域在春季小气候效应或不明显，或可增温0.2°C～0.3°C[11]，在本研究中水体所占面积比例较大，且不同水体距离较近，水体对园中各处的小气候调节作用较为均匀，各测点并未因周边水体情况在温湿度上表现出较明显差异，对于局部空间来说太阳辐射对温湿度的影响比周边水体情况的影响更为显著。
　　 5）西湖的风岛效应[12]对园内有明显影响，园内临近西湖一侧总体风速、风量显著高于另一侧，而风向也多为来自西湖的方向。
　　 通过对郭庄春季小气候的实测研究可以发现，各种园林要素及其组合可以对所在区域的小气候有显著的调节作用，对于更小的几米范围内的小型空间太阳辐射水平对其温湿度的影响最为显著。因此合理安排设计各园林要素所占比例及其形式、组合方式、空间布局对营造适宜的小气候环境有重要作用，对于小尺度的活动空间则应根据空间功能，设计适当的遮荫以控制太阳辐射水平，调节局部温湿度，为人们提供舒适宜人的活动场所。
　　 实测研究没有进行全天定点观测，未能完整详实反应杭州郭庄小气候因子变化状况，同时由于室外空间中的各个园林要素难以精确把控变量，只能在总体上把握，从发展趋势中得出结论，与理论指导风景园林实际操作还有一定的距离。
　　 致谢：感谢杭州郭庄给予支持与帮助。感谢浙江农林大学李胜男、楼宇青、黄龙妹、张丽同学参与场地实测和相关研究工作;感谢浙江农林大学庄晓林、段玉侠、杨小乐、彭海峰同学在研究过程中给予的帮助。
　　 注：图1依据参考文献[10]改绘，其余图表均为作者研究团队绘制。
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