寒地城市公園春季休閑體力活動水平與微氣候熱舒適關(guān)聯(lián)研究

2019-05-16 05:55:20趙曉龍

中國園林 2019年4期

趙曉龍

卞晴

侯韞婧

張波

體力活動缺乏的現(xiàn)代生活方式導(dǎo)致慢性疾病率迅速增長。城市公園是服務(wù)公共健康的重要綠色基礎(chǔ)設(shè)施。隨著極端氣候條件對城市公園休閑體力活動水平的沖擊，如何營造熱舒適的微氣候環(huán)境、激發(fā)市民休閑體力活動意愿、增強(qiáng)活動水平，成為提高城市公園公共健康效能的首要問題。現(xiàn)有研究集中在微氣候因子、熱舒適與休閑體力活動關(guān)聯(lián)兩方面。張博[1]、Watanabe[2]、Elnabawi[3]等分別在城市街道、公園等空間類型下證明，太陽輻射、風(fēng)速、黑球溫度與活動人次顯著相關(guān)；陳睿智[4]、王德順[5]等人在熱舒適層面指出，舒適度指數(shù)(Comfort Index)、風(fēng)效指數(shù)(Wind Effect Index)和濕球溫度(WBGT)是影響人流量的重要指標(biāo)；劉濱誼[6-8]進(jìn)一步探討了微氣候因子、活動人次以及空間要素三者的關(guān)聯(lián)關(guān)系。然而，現(xiàn)有相關(guān)研究多以濕熱環(huán)境為背景[4，6，9]，寒地休閑體力活動水平與微氣候熱舒適的關(guān)聯(lián)研究相對薄弱。其次，現(xiàn)有活動水平評價測度以活動人次為主且較為單一，活動時長、強(qiáng)度類型的細(xì)化及其代謝量與微氣候熱舒適的關(guān)聯(lián)有待建立。

因此，本研究針對寒地城市長期受不利氣候影響帶來的城市公園日利用率下降等問題，以增強(qiáng)城市公園休閑體力活動水平為目標(biāo)，以期解決以下研究問題。

問題1：休閑體力活動水平與微氣候熱舒適是否存在關(guān)聯(lián)性？關(guān)聯(lián)特征如何？

問題2：哪些微氣候因子對休閑體力活動水平起主導(dǎo)作用？適宜值如何？

1 研究內(nèi)容及方法

1.1 研究時間選擇

哈爾濱四季分明、冬季漫長寒冷，寒地氣候特征顯著。長達(dá)5個月之久的嚴(yán)寒氣候條件促使在乍暖還寒的春季，城市公園自發(fā)性休閑體力活動頻發(fā)。研究于寒地早春季節(jié)4—5月，隨機(jī)選取10d無云晴好天氣。每日6：00—17：00連續(xù)觀測，并依據(jù)氣象預(yù)報時間概念及特征劃分觀測時段，以便準(zhǔn)確定位休閑體力活動水平與微氣候熱舒適關(guān)聯(lián)的具體時段及關(guān)聯(lián)特征(表1)。

圖1 微氣候熱舒適日變化趨勢

1.2 數(shù)據(jù)采集方法

研究以哈爾濱休閑體力活動頻發(fā)的市級公園——兆麟公園為研究區(qū)域。該公園(N45°46'26.4", E126°36'56.16")位于哈爾濱商務(wù)核心區(qū)域，占地面積8.4hm2。交通便捷，免費(fèi)入園，植被覆蓋率高達(dá)62%。通過預(yù)調(diào)研篩選出園內(nèi)6個高聚集休閑體力活動場地作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集點，進(jìn)行全日段觀測(表2)。

1.2.1 微氣候因子數(shù)據(jù)采集及熱舒適度擬合

依據(jù)微氣候數(shù)據(jù)地面采集方法，距地1.5m處利用Testo-435多功能測量儀(空氣溫度：±0.3℃、相對濕度：2%～98%RH、風(fēng)速：0.03m/s+4%測量值)和建通JTR05太陽輻射儀(0～2 000W/m2)，每分鐘自動采集數(shù)據(jù)。并通過Rayman模型擬合生理等效溫度(PET)作為微氣候熱舒適評價指標(biāo)。城市背景點微氣候數(shù)據(jù)由中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)獲得。

1.2.2 休閑體力活動水平采集

實地采集各觀測點休閑體力活動水平(表3)。研究共計有效樣本2 284人次，Cronbach's α系數(shù)0.75信度良好。其中，由于觀測人數(shù)較多、流動性較強(qiáng)，難以逐一對活動者的代謝量進(jìn)行實時監(jiān)測。因此，研究選取體力活動能量消耗編碼表[10](Compendium of Physical Activities)這一低成本、方便快捷的體力活動評估工具，作為本研究代謝量取值及強(qiáng)度劃分的重要參考依據(jù)[11-13]。該表廣泛應(yīng)用于公共健康領(lǐng)域，以代謝量METs表示休閑體力活動消耗水平[13]。休閑體力活動水平與微氣候數(shù)據(jù)同步采集，記錄間隔為30min，逐時段疊加。

2 休閑體力活動水平與微氣候熱舒適關(guān)聯(lián)

寒地城市公園春季熱舒適總體呈現(xiàn)出上升速度緩慢、下降速度快且變化幅度大的單峰曲線狀趨勢(圖1)。峰值出現(xiàn)在13：00—13：30，城市背景點最高熱舒適為22.3℃；觀測點最高值為21.8℃。以生理等效溫度理論指標(biāo)衡量顯示：各觀測點均僅于高溫時段達(dá)到熱舒適標(biāo)準(zhǔn)。其余觀測時段內(nèi)，各點熱舒適集中在8～18℃。近14℃的熱舒適差值體現(xiàn)出顯著的寒地地域春季微氣候特征。

借此，研究針對寒地城市公園春季微氣候熱舒適大幅變化影響下，休閑體力活動水平是否隨之改變？兩者存在何種關(guān)聯(lián)特征？展開以下探討。

2.1 休閑體力活動水平與微氣候熱舒適關(guān)聯(lián)性

分別以微氣候熱舒適為自變量、各休閑體力活動水平測度為因變量進(jìn)行秩相關(guān)分析。結(jié)果表明：活動水平測度與熱舒適相關(guān)且時段性差異顯著(表4)。積溫、高溫時段，活動人次、時長、代謝量與熱舒適呈顯著正相關(guān)；降溫時段，與熱舒適呈顯著負(fù)相關(guān)。高溫時段，低、中等強(qiáng)度活動與熱舒適呈正相關(guān)；降溫時段，與熱舒適呈負(fù)相關(guān)。中等以上強(qiáng)度活動于積溫、高溫時段與熱舒適呈正相關(guān)。

2.2 休閑體力活動水平與微氣候熱舒適關(guān)聯(lián)特征

研究進(jìn)一步利用復(fù)式折線圖對各休閑體力活動水平測度與微氣候熱舒適的日變化趨勢進(jìn)行關(guān)聯(lián)擬合，揭示關(guān)聯(lián)特征。

2.2.1 活動時長、代謝量與熱舒適呈線性關(guān)聯(lián)

活動時長、代謝量與熱舒適呈梯段式線性關(guān)聯(lián)特征(圖2、3)。初溫時段，各觀測點熱舒適介于8.6～10.5℃。非舒適的環(huán)境下，晨練活動平均時長維持在30～60min；代謝量均值保持在50～100METs。隨著熱舒適升高至18.4～21℃，各觀測點平均活動時長均達(dá)到≥60min，代謝量最高可達(dá)149.6METs。降溫時段，隨著熱舒適的下降，各觀測點平均活動時長減少至30min。除觀測點3、5受植被及建筑物產(chǎn)生遮蔽效應(yīng)影響其代謝量驟然下滑外，其余觀測點活動代謝量均可與初溫時段持平。

熱舒適對人體熱能的不斷刺激引發(fā)了活動主體的選擇、調(diào)試和應(yīng)變能力。自適應(yīng)、熱適應(yīng)的生理調(diào)節(jié)過程，促使活動主體隨著熱舒適的改變而不斷增減活動時長、調(diào)整活動代謝量。熱舒適的微氣候環(huán)境作為滿足人體生理需求的基礎(chǔ)因素，成為有效提高休閑體力活動時長與代謝量的重要先決條件。

2.2.2 活動人次與熱舒適呈時段性、滯后性關(guān)聯(lián)

活動人次呈現(xiàn)追隨熱舒適最大化的關(guān)聯(lián)趨勢，且時段性、滯后性特征顯著(圖4)。初溫時段，各觀測點以太極拳、操舞等晨練活動為主，伴有較強(qiáng)的團(tuán)體性、社交性特征。非舒適的微氣候環(huán)境下，主觀意愿及社交需求緩解了活動主體熱感知，提高了7.5℃的熱舒適對抗強(qiáng)度。隨著熱舒適的升高，活動人次逐漸達(dá)到峰值。其中，受寒地市民午休習(xí)性影響，高溫時段內(nèi)活動主體由中壯年群體、老年群體向周邊青年務(wù)工群體轉(zhuǎn)變，各觀測點活動人次小幅度下降后高度回彈。不同活動主體的自發(fā)性休閑體力活動追隨熱舒適的變化而發(fā)生，是一系列具有思考性的反應(yīng)過程。該過程使得活動人次的變化較熱舒適具有一定的滯后性及延遲性，滯后時間約30min。

活動人次的變化同時受制于熱環(huán)境的刺激以及活動主體的主觀意愿，兩者相互作用、互為依存。主觀意愿在并不舒適的微氣候環(huán)境下，大大提高了活動主體的微氣候?qū)箯?qiáng)度，對吸引活動人次、有效增強(qiáng)休閑體力活動水平起能動作用。

2.2.3 活動強(qiáng)度類型與熱舒適呈非線性關(guān)聯(lián)

活動強(qiáng)度類型與熱舒適呈非線性關(guān)聯(lián)特征(圖5)。其中，育兒、棋牌、太極拳、操舞等低、中等強(qiáng)度活動人次隨熱舒適的升高而增加，并以高溫時段尤為顯著。中等以上強(qiáng)度活動一定程度上受廊亭座椅、乒乓球臺、健身器械等人工活動設(shè)施影響，使得其熱舒適關(guān)聯(lián)特征并不顯著。

自發(fā)性休閑體力活動不僅依賴于熱舒適的物理環(huán)境，同時取決于活動場地的景觀條件及活動設(shè)施配置。作為誘發(fā)休閑體力活動強(qiáng)度、有效增強(qiáng)活動水平的基礎(chǔ)物質(zhì)條件，促使微氣候熱環(huán)境與休閑體力活動的互動關(guān)系更為緊密。

表1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)觀測時段劃分及其微氣候特征

表2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集點及活動類型所占百分比

3 休閑體力活動水平與微氣候因子關(guān)聯(lián)機(jī)理

上述研究結(jié)果表明，初溫時段休閑體力活動水平無熱舒適關(guān)聯(lián)特征，其余時段活動水平與熱舒適存在顯著關(guān)聯(lián)。因此，研究進(jìn)一步利用線性回歸、單因素方差挖掘積溫、高溫、降溫時段下，活動水平與各微氣候因子的內(nèi)在關(guān)聯(lián)機(jī)理，并利用散點圖尋找微氣候因子的適宜值區(qū)間。

表3 休閑體力活動水平采集方法

3.1 活動人次與太陽輻射、溫度、風(fēng)速關(guān)聯(lián)機(jī)理

活動人次與太陽輻射、溫度呈顯著正相關(guān)，與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)。其關(guān)聯(lián)強(qiáng)度依次為：太陽輻射＞溫度＞風(fēng)速(表5)。太陽輻射對活動人次的控制能力最強(qiáng)且較為規(guī)律，尤其體現(xiàn)在高溫階段(R2=0.600 3)(圖6)?；顒尤舜尉导谐霈F(xiàn)在太陽輻射量400～600W/m2、溫度16～18℃。當(dāng)太陽輻射量大于600W/m2、溫度上升至18℃時活動人次顯著增加。受地域特征影響，風(fēng)速較大且離散性較強(qiáng)。降溫時段，風(fēng)速對活動人次的控制作用明顯高于太陽輻射(R2=0.536 2)。

表4 休閑體力活動水平與微氣候熱舒適相關(guān)性關(guān)系

3.2 活動時長與太陽輻射、風(fēng)速、溫度關(guān)聯(lián)機(jī)理

不同活動時長與微氣候因子的關(guān)聯(lián)機(jī)理具有顯著差異。短時活動與溫度、太陽輻射呈正相關(guān)；中長時活動與溫度、太陽輻射呈顯著正相關(guān)，與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)。隨著活動時間的延長，風(fēng)速增大加快了人體表面散熱，導(dǎo)致人體耐熱性下降。長時活動與溫度、太陽輻射呈顯著正相關(guān)，與風(fēng)速呈顯著負(fù)相關(guān)(表6)。從散點圖離散性來看，微氣候因子對活動時長的控制能力及規(guī)律性明顯強(qiáng)于活動人次(圖7)。太陽輻射500～720 W/m2、風(fēng)速0.2～0.75m/s、溫度16～20℃時，活動時長顯著延長。

3.3 活動代謝量與微氣候全因子關(guān)聯(lián)機(jī)理

活動代謝量與溫度、太陽輻射呈顯著正相關(guān)，與風(fēng)速呈正相關(guān)，與濕度呈負(fù)相關(guān)。其關(guān)聯(lián)強(qiáng)度依次為：溫度＞太陽輻射＞濕度＞風(fēng)速(表7)。隨著活動代謝量的增強(qiáng)，活動主體耐濕耐風(fēng)性降低。同時，由于活動類型的選擇受活動意愿、個人體力及社交需求等因素影響，其代謝量樣本較為離散。社會性影響因素對活動代謝量的控制能力高于微氣候影響。微氣候因子對活動代謝量的控制影響僅于降溫階段較強(qiáng)，以風(fēng)速(R2=0.276 6)及溫度(R2=0.345 3)影響最為顯著(圖8)。

3.4 活動強(qiáng)度類型微氣候特征偏好

圖2 活動時長與熱舒適關(guān)聯(lián)特征

圖3 活動代謝量與熱舒適關(guān)聯(lián)特征

圖5 活動強(qiáng)度類型與熱舒適關(guān)聯(lián)特征

不同強(qiáng)度活動主體的微氣候偏好具有顯著差異。隨著活動強(qiáng)度的增加，主體對活動場地溫濕需求也越強(qiáng)(表8)。低、中等強(qiáng)度活動的微氣候差異偏好趨同，呈現(xiàn)出較強(qiáng)耐風(fēng)(0.441～0.514 m/s)耐濕性(5.611～6.997%)。該強(qiáng)度活動主體對場地的選擇具有陰涼通風(fēng)的微氣候特征偏好。以毽球、健身器械為主的中等以上強(qiáng)度活動所在場地太陽輻射量需求明顯高于低強(qiáng)度活動(194.266～208.834W/m2)。中等以上強(qiáng)度活動具有溫暖干燥的微氣候需求。高濕及風(fēng)速對體表散熱的阻礙作用使得低風(fēng)、低濕、高日照的微氣候環(huán)境有利于誘發(fā)中等以上活動強(qiáng)度增加。

圖6 活動人次與微氣候因子關(guān)聯(lián)機(jī)理

圖7 活動時長與微氣候因子關(guān)聯(lián)機(jī)理

4 結(jié)語

熱舒適的微氣候環(huán)境是有效提高休閑體力活動水平的重要基礎(chǔ)因素。休閑體力活動水平與微氣候熱舒適并非相對獨(dú)立的存在，而是活動個體主觀意愿與所在活動空間微氣候條件相互依存與能動的結(jié)果。提高寒地城市公園日利用率需要共同滿足微氣候環(huán)境熱舒適、生理需求安全、物質(zhì)環(huán)境良好、社交需求偏好等綜合條件。

本文受限于理論基礎(chǔ)與實驗條件，仍存在一定局限。如實驗區(qū)域缺少公園類型的橫向?qū)Ρ?，景觀特征、活動主體主觀認(rèn)識偏好等對實驗結(jié)果的影響有待探討，秋冬季節(jié)休閑體力活動水平與微氣候熱舒適相關(guān)問題有待展開等，以逐步完善寒地城市公園休閑體力活動水平與微氣候熱舒適關(guān)聯(lián)研究實證理論體系的建立。