基于微氣候改善的江南古典園林空間形態的研究

熊 瑤，王亞杰，趙 鋮，陳 晨，時亞偉

（南京林業大學 藝術設計學院，江蘇 南京210037）

近年來，世界氣候大會將公眾的目光不斷引向全球氣候變化以及環境保護問題，在高密度、多人口、高能耗的城市，氣候和環境問題的解決更是迫在眉睫［1］。而江南地區的城市環境設計普遍缺乏對微氣候、整體能耗的考慮，加之人類的居住與經濟行為對城市微氣候所產生的種種沖擊，使得城市風、熱環境問題日益嚴重。如何通過有效的城市環境設計策略，建立人與自然的和諧機制，充分利用現有自然資源和氣候條件來改善和優化城市微氣候環境，成為城市可持續發展的重要前提之一。

在江南古典園林中，通過筑山理水、栽植、建筑營造等造園手法，創造出了疏密相間、虛實有致、跌宕起伏、蜿蜒曲折、高低錯落和阻暢交織等形式的空間［4］，其中對微氣候環境的考慮也是無微不至。本研究從傳統私家園林中微氣候環境優化這個角度出發，探究江南古典園林的空間形態和微氣候之間的關系，并對其中改善微氣候的造園手法進行分析、歸納與總結，進而對現代城市小尺度開放空間的設計形成一定的指導意義。

2 場地實測

本研究于2013年12月29日、2014年7月22日對典型的江南古典園林蘇州拙政園、留園的微氣候進行現場實測，通過測試空氣溫度、相對濕度、空氣流通等微氣候因子，分析其變化的總體規律，探討園林環境與微氣候之間的關系。

2.1 測試場地簡介

本研究選取了典型的江南古典園林——拙政園和留園，測試場地為拙政園及留園的中部區域。

拙政園的中部區域由山石景的封閉小空間、水景為主的半開敞小空間、山水主景的開敞大空間、水鄉風貌的封閉小空間、建筑與山水主景的開敞大空間、花木景的封閉小空間組成［5］，是全園的核心部分。留園水體主庭居中，其他各庭院繞其周邊布置，并沿四周呈平面展開［6］，其中部是全園的精華，以山水見長，水空間處于中央位置，是空間的主體，全區山體、建筑圍繞水空間展開［7］。

2.2 測試內容

本測試主要以定點觀測為主，在留園荷花池周圍、拙政園中部等位置設置溫濕度計以手動記錄距地1.5m高度的空氣溫度、相對濕度；與此同時，采用流動觀測的方法，每隔1h觀測不同測試點的空氣流通情況。測試時間10：00-17：00。

2.3 測試點設置

在拙政園的中部和留園內共布置測點9個，主要考察山石、水體、植物、建筑對微氣候因子的影響，各測試點的位置等情況及測試參數見表1、表2。

表1 留園測試點設置情況Table 1 Information of the measurement points inside the Lingering Garden

表2 拙政園測試點設置情況Table 2 Information of the measurement points inside the Humble Administrator＇s Garden

2.4 測試儀器

采用溫濕度計測量空氣溫度、相對濕度，采用電子風速計觀測不同測試點的風速。再手動記錄制表。各儀器具體參數見表3。

油脂在高溫有氧的條件下會發生一系列化學反應，反應所生成的揮發性產物和非揮發性產物對油脂的風味和品質有著重要影響。油脂的品質，如酸值、過氧化值、脂肪酸組成以及抗氧化性都與其烘烤程度有著密切聯系。本實驗以豬油為對照，研究不同的烘焙溫度和循環加熱次數條件對黃油的理化特性及營養成分變化，為天然乳脂部分以及全部替代烘焙食品中的人造奶油、起酥油以及棕櫚油提供理論依據。

表3 測試儀器主要參數Table 3 Main parameters of the measurement instruments

2.5 城市氣象參數

為了更好地比較與研究古典園林各種空間形態對微氣候的影響，根據蘇州市氣象臺的預報［8］，記錄了2013年12月29日以及2014年7月22日蘇州天氣情況（表4）。

表4 觀測日蘇州市氣象參數Table 4 Meteorological parameters on the measurement dates of Suzhou

3 測試結果與評析

3.1 空氣溫度

對實測的空氣溫度進行分析，得到各個測試點在不同時刻點的空氣溫度與氣象站觀測溫度的差異（圖1～圖4），通過比較可以發現，冬季，周圍水體較多的測試點（坐落于水中的小蓬萊、三面環水的見山樓）溫度優化效果較為明顯且穩定，在15：30之前，溫度均遠高于氣象溫度，且在大部分時間段溫度都處于最高的狀態。硬質鋪裝較多且空間較為開放的測試點（涵碧山房、遠香堂）溫度在一天中的大部分時間段都處于最低的狀態，且低于氣象溫度。

夏季，周圍植物較多，所處位置較高（聞木樨香軒、雪香云蔚亭）以及周圍水體較多的測試點（小蓬萊、見山樓）溫度優化效果最為明顯，均低于氣象溫度，且在一天中溫度一直處于較低的狀態。硬質鋪裝較多的測試點（涵碧山房、遠香堂、玲瓏館）溫度始終較高，且空間較小的玲瓏館的溫度始終高于氣象溫度。

圖1 2013年12月29日留園測試點時刻溫度Fig.1 Temperature of the measurement points inside the Lingering Garden on December 29，2013

圖2 2013年12月29日拙政園測試點時刻溫度Fig.2 Temperature of the measurement points inside the Humble Administrator＇s Garden on December 29，2013

圖3 2014年7月22日留園測試點時刻溫度Fig.3 Temperature of the measurement points inside the Lingering Garden on July 22，2014

圖4 2014年7月22日拙政園測試點時刻溫度Fig.4 Temperature of the measurement points inside the Humble Administrator＇s Garden on July 22，2014

3.2 相對濕度

對實測的空氣濕度進行分析，得到各個測試點在不同時刻點的相對濕度與氣象站觀測相對濕度的差異（表5、表6，圖5、圖6），通過比較可以發現，冬季，人流量較少，植物凋零，溫度較低，濕度較低且處于相對穩定的狀態，在12：00后優化效果明顯，園林中的濕度明顯高于氣象濕度。

表5 2013年12月29日留園測試點時刻相對濕度Table 5 Relative humidity of the measurement points inside the Lingering Garden on December 29，2013 %

表6 2013年12月29日拙政園測試點時刻相對濕度Table 6 Relative humidity of the measurement points inside the Humble Administrator＇s Garden on December 29，2013 %

圖5 2014年7月22日留園測試點時刻相對濕度Fig.5 Relative humidity of the measurement points inside the Lingering Garden on July 22，2014

圖6 2014年7月22日拙政園測試點時刻相對濕度Fig.6 Relative humidity of the measurement points inside the Humble Administrator＇s Garden on July 22，2014

在夏季，園林的濕度優化效果11：30后較為明顯，周圍植物較多的測試點（聞木樨香軒、雪香云蔚亭）濕度高于植物較少的測試點（涵碧山房、遠香堂）［9］，周圍水體較多的測試點（小蓬萊、見山樓）的濕度優化效果最為明顯。

3.3 風力

對實測的風速進行分析，得到各個測試點的時刻瞬時風速與氣象站觀測所得數據的差異（圖7～圖10），通過比較可以發現，冬季，園林內部對風力的優化效果明顯，對風力的優化最多可達到5m·s-1；周圍植物、山石較多，所處環境密閉的測試點（聞木樨香軒、玲瓏館）風速優化較為明顯且穩定，而所處位置較高且建筑形式通透的測試點（可亭）風速始終最高。

夏季，在留園中，所處位置較高的測試點（可亭）風速始終最高，在拙政園中，周圍水體較多的測試點（見山樓）風速始終最高；而所處環境較為密閉的測試點（玲瓏館）風速始終最低，幾乎無風；建筑形式較為通透的測試點（小蓬萊、荷風四面亭、雪香云蔚亭）風速高于建筑形式密閉的測試點（涵碧山房、遠香堂）。

圖7 2013年12月29日留園測試點時刻風速Fig.7 Wind velocity of the measurement points inside the Lingering Garden on December 29.2013

圖8 2013年12月29日拙政園測試點時刻風速Fig.8 Windind velocity of the measurement points inside the Humble Administrator＇s Garden on December 29，2013

圖9 2014年7月22日留園測試點時刻風速Fig.9 Windind velocity of the measurement points inside the Lingering Garden on July 22，2014

圖10 2014年7月22日拙政園測試點時刻風速Fig.10 Windind velocity of the measurement points inside the Humble Administrator＇s Garden on July 22，2014

4 空間分析

通過實測，現場主觀熱舒適性感受以及對測試結果的分析，從中選取了2個較為典型的測試點，對其空間進行分析探究。

4.1 見山樓的空間分析

拙政園中的見山樓，三面環水，兩側傍山，建筑體量較大，西部有高大喬木。其所處環境舒適宜人，冬季溫度高，風速低，夏季溫度低，風速高。以下為對其所處環境的空間形態與微氣候之間的分析（圖11）。

1）見山樓建筑體量大，高度高，且密閉，西部還有高大喬木，在冬季，對風有一定的遮擋作用；而在夏季高大的建筑、茂密的樹木，以及建筑的重檐卷棚，避免了場地被太陽直射［10］，從而使得場地溫度較低。

2）見山樓坐落于水中，三面環水，與水緊密相連，在冬季，平靜的水面反射太陽輻射較強，在陽光較強的時間段，尤其是12：00-15：00，水面反射陽光照射使周圍溫度升高；而夏季，池中長滿荷花，荷花臨于水面之上，保證了水體的清涼，風從水面經過時候，由于水面空氣溫度較低，氣流經過水體時便得到冷卻［11］，從而降低場地的溫度，另外，荷花的蒸騰作用，可以降低周圍空氣溫度，形成涼爽的氣流。

3）見山樓周圍水體較多，夏季水體蒸發，有較強的降溫增濕作用［12-13］，提升場地的舒適性。

圖11 拙政園見山樓分析Fig.11 Analysis of Jianshan Bldg in Humble Administrator＇s Garden

4.2 涵碧山房的空間分析

涵碧山房為留園中部的主要建筑，建筑前方有開闊的場地，全為硬質鋪裝，前臨荷花池，周圍植物較少。其所處環境，舒適度較低，以下為對其所處環境的空間形態與微氣候之間的分析（圖12）。

圖12 留園涵碧山房分析Fig.12 Analysis of Hanbi Mountain Villa in Lingering Garden

1）坐南朝北，建筑體量較大，通透性不高，易形成陰影，在冬季，納陽不多，使得溫度較低；而在夏季，高大的建筑，同時西側還有墻壁遮擋，使得風在其所處環境中的流動性不強，場地較為悶熱，溫度較高。

2）前方為開闊的平臺，周圍山石植物較少，受到的遮擋較少，鋪裝全為硬質鋪裝，冬季不保溫，造成熱量流失，場地溫度較低，夏季反射大量的太陽輻射，升溫較快，場地溫度較高［14］。

5 結論

5.1 園林中水體的布置對微氣候的影響

冬季，水面反射太陽輻射可使場地溫度升高。以留園中小蓬萊及拙政園中見山樓為例，與氣象溫度相比，小蓬萊的平均溫度優化為1.1℃，而周圍水體面積更大的見山樓的平均溫度優化則更高，達1.4℃；在太陽輻射較高的時間段，如12：00，小蓬萊的溫度優化為2.5℃，而見山樓的溫度優化達到了3.8℃。

夏季，水體蒸發具有降溫作用。與氣象溫度相比，小蓬萊的平均溫度優化為0.8℃，而見山樓的平均溫度優化則更高，達到1.7℃；其原因除了見山樓周圍的水體面積較大，還有見山樓周圍水體中荷花的栽植要比小蓬萊周圍水體中荷花的栽植要多，荷花覆蓋了水面，保證了水體的清涼，當風吹過的時候，風便得到了冷卻，使得場地溫度降低。

夏季，水體對場地的增濕效果明顯。在拙政園的測試點中，見山樓是周圍水體最多的測試點，其濕度優化效果也最為明顯，在一天的大部分時間段，其濕度都處于最高的狀態，平均相對濕度比氣象相對濕度高3.2%RH。這一效果在留園中的小蓬萊測試點也得到了同樣的體現。

5.2 園林中植物配置對微氣候的影響

冬季，場地中植物對風的遮擋導致風速降低。以留園中的聞木樨香軒為例，其周圍多為常綠喬灌木，即使在冬季，其所處環境也較為密閉，在一天中的大部分時間段都將風完全遮擋，與氣象風速相比，其平均風速優化達到4m·s-1。

夏季，場地中植物的蒸騰作用使得場地濕度增高。在夏季，拙政園中的雪香云蔚亭周圍植物生長茂盛，其所處環境的濕度優化最為明顯，與氣象相對濕度相比，其平均相對濕度優化達到2.6%RH。同樣具有較大面積硬質鋪裝的測試點遠香堂和玲瓏館，玲瓏館周圍的植物遠多于遠香堂周圍的植物，其濕度也遠高于遠香堂，相差達6.3%RH。

5.3 園林中建筑形式對微氣候的影響

冬季，建筑形式較為通透的測試點溫度高于建筑形式密閉的測試點。其原因為，冬季遮擋較少的場地可以接納更多的陽光，溫度便高于遮擋較多的地方［15］。如留園中的小蓬萊，冬季，其溫度優化效果明顯，在陽光較為充足的時間段，如12：00，其優化效果更為顯著，溫度優化可達2.5℃。

建筑形式較為通透的測試點風速高于建筑形式密閉的測試點，如拙政園中的荷風四面亭與見山樓，前者的建筑形式更為通透，因而其風速也更高，在冬季，其所處環境平均風速比見山樓高1.3m·s-1。

5.4 園林中地勢的高低對微氣候的影響

地勢的高低對微氣候的優化主要體現在風速上，地勢較高的場地風速較高。以留園中的可亭為例，在所有測試點中，其所處位置最高，風速最大，始終處于最高的狀態，其平均風速比地勢較低的測試點高可達1.4m·s-1，同樣，此現象在拙政園中的雪香云蔚亭測試點也得到了體現，主要是因為，高地勢使得風在通過的時候受到較少的遮擋，因而風速較高。

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