趙 宇

（浙江農(nóng)林大學(xué) 風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江 杭州 310000）

自唐代以來，茶樓、茶館做為客商休息的場所，建筑形式和風(fēng)格隨著經(jīng)營方式而不斷演變，現(xiàn)代茶室建筑的設(shè)計受到地域文化和新技術(shù)的影響[1-2]，傳統(tǒng)材料運(yùn)用于當(dāng)代茶室建筑設(shè)計，建筑的形式與周邊環(huán)境的更為呼應(yīng)。

當(dāng)前，茶室建筑作為現(xiàn)代生活中休閑、品茗的文化娛樂場所，可以為市民提供放松心情的室內(nèi)外空間，而茶室建筑的熱環(huán)境品質(zhì)直接影響人們活動的舒適性和安全性。早期茶室建筑熱環(huán)境研究主要集中在室內(nèi)，慢慢的向室外空間進(jìn)行延伸。茶室的室外熱環(huán)境研究目的是尋找改善熱環(huán)境措施，而地面溫度等參數(shù)是反映室外熱環(huán)境的直接途徑，舒適的室外溫度吸引人們在品茶之余，增加人們的室外活動，減少室內(nèi)停留時間，也相應(yīng)地減少了暖通、照明的使用，有利于節(jié)能環(huán)保和減少碳排放。

1 研究對象與方法

地面溫度是室外下墊面熱特征的重要表征，草地和混凝土地面等下墊面作為影響建筑室外熱環(huán)境的重要因素[3-4]，在建筑外部環(huán)境要素中大量出現(xiàn)，并直接影響室外熱環(huán)境的品質(zhì)。在當(dāng)代茶室建筑設(shè)計中，關(guān)于室外熱環(huán)境的評價與研究相對較少，本文通過遙感技術(shù)手段直接獲取茶室建筑室外下墊面地溫，分析并評價夏季和冬季茶室室外熱環(huán)境的表現(xiàn)。

1.1 研究對象

本文以田螺山茶室為例，茶室位于寧波東錢湖鎮(zhèn)的田螺山景點，處于東錢湖湖畔，室外草地、林地和水體等下墊面特征明顯，茶室外立面采用交錯的木材來塑造建筑表皮，建筑形態(tài)呈現(xiàn)“U”型起伏錯落，與周圍的坡地環(huán)境相呼應(yīng)，如圖1所示。

圖1 田螺山茶室

1.2 數(shù)據(jù)獲取與地溫反演

茶室所在的東錢湖鎮(zhèn)影像數(shù)據(jù)是從美國地質(zhì)勘探局（USGS）網(wǎng)站獲取的2020年2月21號和同年9月16號的Landsat 8衛(wèi)星遙感影像，兩組數(shù)據(jù)的衛(wèi)星影像質(zhì)量較好，云量在5%以下。Landsat 8遙感影像的可見光波段分辨率為30 m，熱紅外波段分辨率為100m，本文用研究區(qū)的矢量邊界對影像圖進(jìn)行裁剪處理，方便后期數(shù)據(jù)處理。

本研究對Landsat 8衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行反演分析，依據(jù)美國宇航局NASA的數(shù)據(jù)使用手冊（landsat.usgs.gov/documents），進(jìn)行遙感影像的輻射定標(biāo)和大氣校正。然后，利用ArcGIS軟件計算歸一化植被指數(shù)（normalized difference vegetation index,NDVI）和植被覆蓋度，并采用覃志豪等[5]提出的單窗算法反演出夏季、冬季東錢湖鎮(zhèn)的地表溫度。

為了將東錢湖鎮(zhèn)地溫在同一水平進(jìn)行科學(xué)的比較，本文采用杰克斯自然斷點法將東錢湖鎮(zhèn)地溫圖劃分為7個地表溫度區(qū)塊，夏季的東錢湖鎮(zhèn)地溫范圍在23.39℃與35.18℃之間，東錢湖的溫度區(qū)塊為23.39℃至24.64℃，茶室所在的位置靠近東錢湖，茶室建筑所在的地溫在27℃左右；冬季的東錢湖鎮(zhèn)地溫范圍在7.30℃與21.29℃之間，東錢湖的溫度區(qū)塊為圖中7.30℃至9.11℃，茶室建筑所在的地溫在11℃左右。兩組數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，代表冬季和夏季東錢湖鎮(zhèn)地溫情況，地溫反演圖如圖2所示。

圖2 寧波東錢湖鎮(zhèn)夏季、冬季地溫圖

2 結(jié)果與分析

2.1 夏季茶室室外熱環(huán)境分析

本文通過夏季的影像裁剪對茶室所處位置進(jìn)一步提取，在縮小范圍后將該比例尺下地溫圖劃分為5個地溫區(qū)塊，如圖3所示，田螺山茶室位于圖中“a”處，夏季茶室所處的地面溫度范圍在27.68℃至29.05℃，熱舒適性較好；茶室冬面為東錢湖，東錢湖水體在溫度區(qū)塊中表現(xiàn)為溫度最低的區(qū)塊；茶室西南面“b”處為居民小區(qū)，小區(qū)整體地面溫度普遍偏高，最高地溫達(dá)31.33℃；茶室西面為丘陵山區(qū)，林地所處的溫度范圍在25.03℃至26.57℃。

圖3 夏季田螺山天地圖與地溫圖圖片來源：自繪

為進(jìn)一步分析茶室建筑室外熱環(huán)境情況，本文對茶室周邊的室外環(huán)境進(jìn)行目視解譯。如圖3和圖4所示，茶室所在的溫度區(qū)間在27.68℃至29.05℃，與室外草地地溫區(qū)間26.58℃至27.67℃不同，這是因為茶室屋頂材料為混凝土，由于混凝土屋面和草地的熱傳導(dǎo)性能和熱容量等熱學(xué)性質(zhì)的不同，且室外草地伴有良好的風(fēng)廊降溫效應(yīng)和蒸騰散熱作用，造成茶室與周邊草地較大的表面溫度差異。東錢湖水體的溫度區(qū)間23.55℃至25.02℃，在地溫圖中均表現(xiàn)為最低的溫度區(qū)塊。在茶室西南處的居民區(qū)呈現(xiàn)較高的溫度區(qū)塊，主要溫度區(qū)間在27.68℃至31.33℃，居民區(qū)密集處出現(xiàn)最高溫31.33℃，與田螺山茶室單一建筑不同，居民區(qū)隨著聚集程度的提高而導(dǎo)致熱量聚集。丘陵區(qū)的林地溫度區(qū)間在25.03℃至26.57℃，寧波處于亞熱帶常綠闊葉林分布區(qū)，在夏季闊葉林的降溫效果較好，在地溫圖中表現(xiàn)較好的熱環(huán)境品質(zhì)。

圖4 田螺山茶室（a）與居民區(qū)（b）

2.2 冬季茶室室外熱環(huán)境分析

本文對冬季影像進(jìn)一步提取，同樣在縮小范圍后將該比例尺下地溫圖劃分為5個地溫區(qū)塊，如圖5、圖6所示，田螺山茶室位于圖中“c”處，該日茶室所處的地面溫度范圍在12.85℃至15.06℃，熱舒適性較好；在影像東側(cè)，冬季東錢湖水體在溫度區(qū)塊中表現(xiàn)為溫度最低的區(qū)塊，溫度范圍在7.62℃至8.52℃，；茶室西南面的居民小區(qū)圖中“d”處，地面溫度變化較小，小區(qū)與茶室建筑地面溫度范圍同樣處于12.85℃至15.06℃；茶室西面的丘陵山區(qū)，林地所處的溫度范圍在9.84℃至12.84℃，橫跨兩個溫度區(qū)間。

圖5 冬季田螺山天地圖與地溫圖

通過目視解譯，如圖5和圖6所示，在冬季，茶室、室外草地與茶室西南面的居民小區(qū)所在的溫度區(qū)間在12.85℃至15.06℃，與夏季三地地溫表現(xiàn)明顯差異不同，這是因為冬季遙感影像中草地呈現(xiàn)裸地狀態(tài)，林地地溫與茶室和居民區(qū)地溫表現(xiàn)一致。冬季東錢湖水體的溫度區(qū)間在7.62℃至9.84℃，水體的溫度區(qū)間橫跨最低溫和次低溫區(qū)間，水體越靠近陸地處受到的升溫現(xiàn)象明顯。丘陵區(qū)的林地溫度區(qū)間在9.84℃至12.84℃，冬季闊葉林的降溫效果不明顯，林地較高地溫溫區(qū)出現(xiàn)在茶室和居民區(qū)附近，林地和水體對茶室和居民區(qū)起到一定的冷島降溫效果。

圖6 田螺山茶室（c）與居民區(qū)（d）

3 結(jié)語

在長三角地區(qū)，依山傍水設(shè)計的園林式茶室有著良好的室內(nèi)外熱環(huán)境品質(zhì)。本文從地表溫度的角度探究田螺山茶室室外熱環(huán)境受不同下墊面林地、草地和水體的影響，以田螺山茶室為例，通過夏季和冬季的遙感影像分析并做出以下總結(jié)：

（1）在夏季遙感影像的目視解譯中，田螺山茶室室外熱環(huán)境受到茶室周邊下墊面的影響，相較于東錢湖鎮(zhèn)高溫區(qū)塊密集的北部，茶室西面東錢湖的水體為該區(qū)域提供冷島效應(yīng)，對茶室熱環(huán)境有著良好的降溫基礎(chǔ)；室外草地的蒸騰、增濕效應(yīng)導(dǎo)致與對茶室產(chǎn)生一定的溫度差，緩解了茶室的散熱問題，避免茶室室外出現(xiàn)居民區(qū)最高地溫的情況；丘陵區(qū)的林地同樣表現(xiàn)為較低地溫，對茶室室外熱環(huán)境有一定緩解作用。（2）在冬季遙感影像的目視解譯中，田螺山茶室室外地溫與居民區(qū)表現(xiàn)一致，茶室西面東錢湖的水體處于7.62℃至9.84℃，對茶室12.85℃至15.06℃的溫度區(qū)間產(chǎn)生更加明顯的溫度差，冬季茶室室外熱環(huán)境受到水體冷島效應(yīng)的的影響強(qiáng)于夏季；而冬季茶室室外草地表現(xiàn)為裸地狀態(tài)，冬季草地對茶室室外熱環(huán)境的影響明顯弱于夏季；冬季丘陵區(qū)的林地地溫與茶室室外地溫接近，而夏季丘陵區(qū)的林地地溫與茶室室外地溫相差兩個溫度區(qū)間，說明冬季林地對茶室室外熱環(huán)境的影響弱于夏季。（3）茶室建筑通過形態(tài)設(shè)計與坡地呼應(yīng)平面形制整體呈現(xiàn)“U”，建筑主體結(jié)構(gòu)灰色的混凝土墻體，在隔熱上起到作用，也為茶室建筑室外熱環(huán)境提供散熱基礎(chǔ)。通過茶室室外環(huán)境與居民區(qū)的比較，寬敞的室外綠地空間加快熱量傳遞，為茶室建筑的散熱提供良好基礎(chǔ)。