城市环境质量会影响居民的生活质量与空间活力[1]。在各类城市空间中,户外活动空间的环境直接决定了使用者的舒适度[2,3]。其中,气流通过触觉感知影响使用者的风舒适度,而温度、湿度等热参数则通过调节人体热平衡来影响舒适度[4,5],这两者都是影响使用者舒适度的关键物理因素[6]。然而,随着城市化进程加快,建成区的日益密集导致风环境逐渐恶化,再加上城市热岛效应的影响,进一步降低了户外空间的可用性与吸引力[7]。在这种背景下,口袋公园分布在高密度城市区域,其有限的空间尺度使得使用者对风和热的感知更为明显。因此,研究口袋公园中的户外环境与使用者舒适度之间的关系,对于改善微气候风环境、提升用户体验以及促进公众健康具有重要意义[8]。
近期的一些研究探讨了户外风环境对使用者舒适度的影响,主要关注风的机械效应以及人们对热环境的感知。在机械效应方面,相关研究大多着眼于风在这种环境中的干扰作用,重点研究风速、活动类型与风速阈值之间的关系。关于风舒适度指南的研究也已取得成果,例如Davenport[9]侧重研究活动类型与风速的关系,Melbourne[10]则强调阵风特性;Isyumov等人[11]在其研究中引入“超越概率”作为评估标准。此外,Penwarden[12]、Murakami等人[13]、Soligo等人[14]、Willemsen等人[15]以及Lawson[16]的研究共同构成了风环境舒适度评估的基础,平均风速和阵风速度是其中的核心指标。近期的风环境研究仍在高密度城市地区或不同气候条件下展开,研究重点逐渐转向微观尺度空间的评估[[17], [18], [19]]。在风环境中的热感知方面,相关研究试图通过建立热舒适模型来量化人类的热感受。生理等效温度[PET][20]、预测平均投票值[PMV][21]、通用热气候指数[UTCI][22]以及户外标准等效温度[OUT_SET*][23]等热舒适模型被广泛应用于城市微气候研究。尽管热舒适模型中将风速作为一个变量,但大多数模型仅将其视为单一参数,未考虑其在不同温度环境下的特性差异。
上述研究为风舒适度评估奠定了基础,但不同指南得出的风速舒适阈值存在差异(见图1)。以“长时间静坐”为例,其舒适风速范围可从1.8米/秒(Lawson,1978年)到10米/秒(Melbourne,1978年)不等。出现这种差异的原因一方面在于研究方法与侧重点的不同,不同研究采用不同的评估指标,有的以平均风速为核心,有的则更注重阵风的影响[24];此外,各研究的评估标准也存在差异,有的关注可接受风速的阈值,有的则关注可容忍的最大风速阈值[17]。另一方面,研究环境的差异也会导致结果不同,现有研究大多集中在城市街道、大型广场等开放区域,采用数值模拟、风洞实验或理论计算等方法[8],为大规模空间确定的阈值无法直接应用于微观环境。因此,目前尚缺乏能够全面反映高密度城市地区口袋公园风环境机械效应与热效应的设计阈值。
目前针对高密度城市地区小型公共空间的研究,在空间规模和研究内容方面仍存在一定不足。在空间规模方面,现有研究多聚焦于城市街道峡谷[[25], [26], [27]]、大型广场[28,29]或建筑群之间的公共空间[18,30],缺乏专门针对口袋公园的实证研究与模拟研究。在研究方法方面,研究多以数值模拟或宏观统计为主,缺乏客观数据与主观数据的协同支撑[31,32]。在研究内容方面,现有研究往往只关注植被配置[33,34]或空间布局[35,36]等单一因素,通常将风环境与热环境的感知视为相对独立的优化目标,未能综合考虑风与热两种物理环境对人类舒适度的综合影响,也未阐明热环境随风速变化而产生的动态调节规律。
为弥补上述研究缺陷,本研究同时开展了微气候监测与主观用户问卷调查,旨在构建一个能够全面考虑风的环境机械效应与热效应的风舒适度评估框架。本研究共有三个主要目标:(1)量化风带来的机械舒适效应,基于主观风感受评分,确定不同活动场景下使用者可接受的临界风速阈值;(2)分析风的热调节效应,以PET为核心指标,确定过渡季节青岛当地人群的热中性温度及其范围;进而通过线性混合效应模型构建PET预测模型,量化风速、空气温度、相对湿度、平均辐射温度及其相互作用的影响,从而解释不同热环境下风速的差异化调节作用;(3)结合机械效应阈值与热效应阈值,以基本热条件与风速为坐标轴绘制风舒适度分区图,明确不同热感觉区域内的舒适风速范围,最终根据特定区域与季节特征以及口袋公园的微观空间设计,提出全面的风环境阈值建议。