引言近年来，城市化进程的不断发展，城市居住区建筑数量逐年剧增，导致城市人群密度呈指数上升。住宅区的人为排热、原有的不透水下垫面等因素，使得城市空间中的热量积聚速度加快，产生严重的“城市热岛”效应，导致城市住宅区室外人居环境面临巨大挑战。下垫面的材质对室外热环境产生了较大的影响，下垫面的特性决定了其对太阳辐射的隔离作用，对室外热环境有一定改善[1-2]，因此研究住宅区下垫面对室外热环境的改善作用具有重要意义。杨燕[3]、赵令宽[4]等、王琳[5]等、覃福雨[6]等都对不同材质下垫面和热环境之间的关系进行了相关研究。在对下垫面模拟研究方面，国内学者提出采用不同下垫面组合来改善城市的风热环境[7-9]。选取桂林市七星区冠城华郡小区的6种住宅区常见下垫面（嵌草砖、鹅卵石、沥青混凝土、大理石、草地、橡胶）为研究对象，对室外微环境物理量进行现场测试，对比分析6种不同下垫面材质对周边热环境的影响，为桂林市建设舒适的住宅区提供科学根据。1夏季热环境现场实测方案1.1测试地点选取测试的地点为桂林市七星区冠城华郡小区。桂林市地处中国华南、广西壮族自治区东北部，位于南岭山系西南部、湘桂走廊南端，东经109°36′50″~111°29′30″，北纬24°15′23″~26°23′30″。桂林市地处低纬，全年呈湿热多雨气候，属亚热带季风气候区，年平均空气温度为19.3 ℃，最高空气温度39.3 ℃，最低空气温度5.8 ℃，全年平均降雨日166 d，平均降雨量1 887.6 mm，平均相对湿度76%，全年风向以偏北风为主，平均风速2.2~2.7 m/s，夏季时间较长，气候条件较湿热，冬天气候时间较短，气候条件以干冷为主。选取住宅区内的嵌草砖、鹅卵石、沥青混凝土、大理石、草地、橡胶等6种住宅区常见的下垫面为测试对象，测试地点周边均为复层绿化（灌木+乔木）。6种下垫面如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.005.F001图16种下垫面分布1.2测试仪器及测试方法现场实测使用的所有测试仪器，在使用前均按测试精度完成调试，保证仪器无故障。本研究测试在2021年7月11日、12日进行，测试时间为7：00~20：00，共计13 h。为获得住宅小区微气候环境参数，对住宅区室外环境进行连续监测，采集高度均为1.5 m，选取典型测点进行采集。住宅小区室外空气温度、空气相对湿度使用HOBO UX100-003进行连续自动监测采集，每10 min记录一次环境参数；空气流速使用风速风量计进行测试，每小时人工记录一次风速仪的值；黑球温度使用WBGT-8778热力指数计进行测试，每小时人工记录一次黑球温度；太阳辐射强度使用JTBQ-2C太阳辐射仪进行测试，每小时人工记录一次太阳辐射强度；住宅小区道路下垫面温度和绿地下垫面温度使用FLUKE-59手持式红外温度计进行测试，每小时人工记录一次下垫面温度。测试仪器的型号与参数如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.005.T001表1所用仪器型号与参数仪器名称型号采集方式测试内容数量温湿度记录仪HOBO UX100-003自动采集空气温度、相对湿度6个PROVA风速风量计AVM-05手动采集空气流速2台热力指数计WBGT-8778手动采集黑球温度6个太阳辐射仪JTBQ-2C手动采集太阳辐射强度2台手持式红外温度计FLUKE-59手动采集下垫面温度2台便携式三脚架H=1.5 m固定安置固定仪器6台观测中，天气情况变化较剧烈。7月11日全天天气晴朗，7月12日上午天气以晴朗为主，中午天气晴转多云，下午云量逐渐增加，对太阳有一定的遮挡作用，持续到测试结束。2夏季热环境测试结果及分析研究在绿化种类相同条件下，不同下垫面材质的测点空气温度、相对湿度、地面温度以及空气流速等参数特性，对比人车分流测试住宅区7月11日、7月12日室外微气候参数。7月12日天气多云导致当日空气温度无规律性变化，在此不进行研究。测点1~测点6的绿化种类统一为复层绿化（灌木+乔木），测点1位于小区西南方，周边绿植为复层形式，测点前为行人道路，后边有建筑物，下垫面类型为嵌草砖材质。测点2位于小区西北角小型歇息区，周边绿植为复层形式，下垫面类型为鹅卵石材质。测点3位于小区内8#与10#楼之间，周边为绿植为复层形式，下垫面类型为透水性沥青混凝土材质。测点4位于小区西北角单元通道边，周边为绿植为复层形式，下垫面类型为大理石材质。测点5位于小区中心活动场地旁，周边为绿植为复层形式，下垫面类型为草地材质。测点6位于小区中心活动场地，周边无建筑遮挡物，道路环绕型绿植为复层形式，下垫面类型为橡胶材质。2.1不同下垫面对空气温度的影响不同材质下垫面空气温度场如图2、表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.005.F002图2各测点空气温度值比较10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.005.T002表2住宅区空气温度日变化极值、平均值统计住宅小区测点最大值最小值平均值测点137.630.234.6测点235.529.933.1测点338.329.834.3测点437.030.034.1测点535.829.833.4测点640.130.035.0℃（1）6个测点的空气温度最高峰值出现在14：00~15：00时间段，测点1、测点5在14：00时空气温度达到最大值，测点2、测点3、测点4、测点6在15：00时空气温度达到最大值。因为测点1、测点5下垫面材质为嵌草砖、草地材质，地面有绿植存在，会进行光合作用，而其他4个测点均是无绿植地面材质，对太阳辐射进行了自身最大限度吸收和反射，导致有绿植的地面和无绿植的地面，最高时间段相差1 h。（2）通过数据分析可以看出，在6种不同下垫面材质中，橡胶地面的空气温度走向趋势图整体占据最上端位置，说明橡胶材质的下垫面对太阳的反射效果最差。橡胶在太阳直射下，自身的材质也会发生化学反应变化，引起周围温度升高，最高空气温度可达40.1 ℃。其次为透水性沥青混凝土下垫面，最高空气温度可达38.3 ℃，嵌草砖下垫面最高空气温度37.6 ℃，大理石下垫面最高空气温度可达37 ℃，草地下垫面最高空气温度35.8 ℃，鹅卵石下垫面最高空气温度35.5 ℃。由此可得出在空气温度场中，空气温度由低到高的下垫面依次为鹅卵石草地大理石嵌草砖透水性沥青混凝土橡胶，说明不同下垫面材质和空气温度之间存在相关性。2.2不同下垫面对空气相对湿度的影响（1）6种下垫面材质的空气相对湿度变化曲线的最大值均出现在8：00，最低值出现在15：00，因为8：00太阳刚升起，对地面的太阳辐射不强，15：00空气温度达到最大值，导致地面水蒸气在太阳强烈的辐射下蒸发，空气相对湿度达到最低。（2）草地下垫面相对湿度趋势在6种下垫面材质中占据最上端位置，因为草地属于绿植，可进行光合作用，对周边环境的湿度影响最大。下垫面为橡胶类型的空气相对湿度在6种下垫面材质中占据最下端位置，湿度由大到小为草地鹅卵石大理石透水性沥青混凝土嵌草砖橡胶。相同绿化种类、不同下垫面材质的空气相对湿度现场实测结果分析如图3、表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.005.F003图3各测点相对湿度值比较10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.005.T003表3住宅区相对湿度日变化极值、平均值统计住宅小区测点最大值最小值平均值测点162.838.445.8测点261.841.448.1测点366.739.148.7测点466.737.248.6测点568.842.752.8测点665.135.542.9%由图2、图3可知，空气相对湿度和空气温度两者之间呈现负相关，说明不同下垫面材质和空气相对湿度之间存在相关性。2.3不同下垫面对地面温度的影响不同下垫面材质的地面温度实测结果如图4、表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.005.F004图4各测点地面温度值比较10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.005.T004表4住宅区地面温度日变化极值、平均值统计住宅小区测点最大值最小值平均值测点150.7（14：00）30.839.9测点235.2（15：00）30.232.7测点358.6（14：00）32.641.6测点447.8（13：00）32.039.1测点543.6（12：00）29.435.1测点657.2（13：00）30.840.7℃（1）6种不同下垫面材质的地面温度变化曲线较相似，可以推断出每日地面温度为正弦曲线。（2）最高地面温度为13：00~14：00时间段，其中嵌草砖材质的测点4和透水性沥青材质的测点6最高温出现在14：00，因为2种下垫面都属于透水性材质，透水性较好，水分受到太阳照射蒸发，下垫面易通过水分蒸发与空气之间进行换热。大理石材质的测点7和橡胶材质的测点9最高温度出现在13：00，因为2种下垫面材质透水性差，对太阳辐射的吸收率高，反射率不高，太阳光照直射到其表面后，热量被自身大量吸收，升温较快。草地材质下垫面的最高温出现在中午12：00，比其他材质下垫面最高温时间提前1 h，因为太阳光照照射到草地地面后，草地经过有氧呼吸挥发剩余热量，被其他的灌木、乔木绿植吸收，达到对流换热。随着时间的增长和太阳转角的变化，太阳辐射被周边的建筑物、乔木的灌层遮挡，导致草地下垫面温度提前达到最高峰值，测试点13：00后没有被太阳直射，温度开始降低。（3）最高温度时间段不同，选择13：00条件下的地面温度作为对比，下垫面材质选择顺序为鹅卵石草地大理石嵌草砖透水性沥青橡胶，说明不同下垫面材质和地面温度之间存在相关性。2.4不同下垫面对空气流速的影响住宅区空气流速实测结果如图5、表5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.005.F005图5各测点空气流速值比较10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.005.T005表5住宅区空气流速日变化极值、平均值统计住宅小区测点最大值最小值平均值测点40.620.100.39测点51.480.671.04测点62.320.321.35测点72.410.721.64测点81.320.510.92测点91.240.340.79m/s（1）各测点的近地面的瞬时空气流速场与下垫面材质无明显的变化规律。（2）下垫面材质为大理石的测点7整体空气流速大，其次为透水性沥青混凝土材质的测点6，嵌草砖材质的测点4空气流速最小，不同下垫面材质与空气温度呈正相关，与相对湿度呈负相关，与地面温度无关，说明空气流速是导致空气温度升高和降低的重要因素之一。3结语（1）不同材质下垫面对太阳辐射的反射率不同，太阳辐射直接影响室外微环境的变化参数，因此不同材质下垫面室外微气候受材质影响最大。（2）不同类型下垫面的空气温度、地面温度与相对湿度呈明显负相关，在空气温度场中，空气温度由低到高为鹅卵石草地大理石嵌草砖透水性沥青混凝土橡胶，在相对湿度场中，湿度由大到小为草地鹅卵石大理石透水性沥青混凝土嵌草砖橡胶。地面温度场中，下垫面材质选择顺序为鹅卵石草地大理石嵌草砖透水性沥青橡胶。（3）橡胶材质下垫面空气温度、地面温度最高，而鹅卵石下垫面的空气温度、地面温度最低，因为不同下垫面对太阳辐射的吸收率和反射率不同，橡胶材质对太阳辐射吸收率高且反射率低。因此，应尽量减少使用对太阳辐射吸收率高和反射率低的下垫面材质，改善住宅区内室外热环境参数，创造良好的室外热舒适性空间。（4）不同下垫面对空气流速的影响不同，空气流速对室外的微环境场产生的影响较大，对人体在室外的体温有直接调节作用。因此在对室外环境进行规划设计时，应考虑不同材质下垫面对室外空气流速的影响作用，为处于室外空间的人们提供一个良好的室外热环境空间。（5）14：00~15：00，不同材质下垫面的空气温度、地面温度均达到最高。太阳辐射对测点周边的微环境进行光照，测点空气中的水蒸气蒸发，湿度降低，空气温度和地面温度相继升高，人体与空气对流换热时得到的热量比其他时间段多，降低了人体的热舒适性，人们应尽量避免在此时刻段内外出进行室外活动。