校园微环境因素对不同条件下人群户外热感知的影响:解锁舒适环境的密码

【字体: 时间:2025年04月11日 来源:Scientific Reports 3.8

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  为解决人们对物理环境主观热响应研究不足的问题,研究人员开展了校园微环境因素对人户外热感知影响的研究。通过实地测量和问卷调查,得出绵阳不同季节的中性温度(NTs),发现热感觉投票(TSV)与植被、地表反射率等因素相关,该研究为环境设计提供指导。

  在城市生活中,人们的日常活动很大一部分在户外进行,户外热环境的舒适度直接影响着人们的生活质量。以往的户外热舒适(OTC)研究虽取得了不少成果,但仍存在局限。一方面,研究中考虑主体的部分,将人类对气象的感觉和改善方法分开研究,导致研究结果在实际应用中效果受限;另一方面,很少有研究将人类感知与物理环境的统计相关性进行深入探究,而这种相关性对环境设计和规划至关重要。此外,不同环境因素的热效应会因时间、天气等背景因素而变化,这进一步影响了它们对主观热感知的作用,可此前针对这一复杂关系的研究较少。基于此,为了更深入地了解人们对物理环境的热响应,西南科技大学的研究人员开展了一项关于校园微环境因素及其对人们不同条件下户外热感知影响的研究,该研究成果发表在《Scientific Reports》上。
研究人员采用了实地测量与问卷调查相结合的技术方法。他们选取了位于四川绵阳的西南科技大学校园作为研究地点,绵阳属于 Cfa 气候区,夏季炎热、冬季寒冷且全年湿度较高,这种气候条件下人们的户外热舒适问题较为突出。在校园内的中央湖周边选取了 18 个测量点,这些点涵盖了草坪、步道和小广场等不同类型的场地,且在植被覆盖(用叶面积指数 LAI 衡量)、距湖距离(DFL)和地表反射率(albedo)等物理属性上存在差异 。研究时间跨度为 2022 年 7 月至 2023 年 3 月,通过传感器(Testo 480)收集气象参数,同时邀请志愿者填写问卷,用热感觉投票(TSV,从 -3 到 3,数值越大表示热应激越高)来评估他们的主观热感知,并用生理等效温度(PET)作为热舒适指标 。此外,研究人员运用多元线性回归(MLR)分析方法,探究 TSV 与环境因素之间的关系。

研究结果如下:

  • 数据描述:18 个测量点的气温()、风速()和相对湿度(RH)在测量期间波动明显。部分点气温较高,如 C3 和 A5,最高可达 39℃和 41℃;部分点则较凉爽,像 A4 和 C6,全天气温在 23 - 30℃之间。风速普遍较小,多数点风速低于 1.5m/s,C3 点风速变化较大,有时可达 2m/s 以上。相对湿度较为稳定,平均值约为 50%。
  • 中性温度:通过线性回归分析 TSV 与 PET 的关系,得出绵阳夏季、冬季和全年的中性温度分别为 28.41℃、12.37℃和 18.92℃。其中,2022 年绵阳夏季的中性温度高于早期研究结果,可能是人们对当年夏季极端炎热天气产生了热适应;冬季中性温度则低于早期研究,这或许与测量期间的极端天气有关。
  • 数据分析 - 时间维度:夏季时,部分微环境参数与 TSV 显著相关,且影响程度在一天中不同时间有所差异。LAI 在 9:00 - 12:00、15:00 和 17:00 与 TSV 显著相关,通常呈负相关,LAI 每增加 1,TSV 最多降低 0.171(10:00,);albedo 在 9:00、12:00 - 14:00 和 17:00 显著影响 TSV,在中午影响最为显著();DFL 与 TSV 也有显著相关性,DFL 每增加 1,TSV 最多升高 0.076(9:00,)。而冬季时,物理因素与热感知的统计相关性较差,行人对物理因素不太敏感。
  • 数据分析 - PET 维度:在不同气象条件下,多数模型中 TSV 与微环境因素的相关性不佳,但在较温暖的条件下,部分模型的相关性更显著。例如,在夏季,PET 在 50 - 55℃和 55 - 100℃时,模型的值分别达到 0.289()和 0.392() 。此外,人们在接近中性温度的范围内对物理环境不太敏感,在夏季 PET 约 25℃、冬季 PET 在 10 - 15℃时,相关性最差。

研究结论和讨论部分指出,该研究揭示了不同背景下人们对物理环境的主观热响应。绵阳当地居民的中性温度存在季节差异,且行人对环境因素在夏季更为敏感。植被和水体等自然冷却元素在调节气象方面发挥着重要作用,如植被通过阻挡太阳辐射和蒸腾作用降低温度,水体则因其高比热容调节周边气温。然而,研究也存在一定局限性,如部分模型的值较低,可能是监测数据误差或个体对物理因素的热敏感性差异导致,未来研究可从增加测量点数、采用新模型评估热感知等方面加以改进。总体而言,该研究为未来城市建设中调整气象环境、提升行人热舒适提供了重要的实践指导,强调了在城市设计(包括植被与景观规划)中考虑行人偏好对提高热舒适的重要性。
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