廣州部分公園的冷島效應(yīng)及影響因子的初步研究

朱純　熊詠梅

摘要：結(jié)合植被種類和群落結(jié)構(gòu)調(diào)查，在廣州選擇四個城市公園，對公園綠地的溫濕度進行自動監(jiān)測，每1小時監(jiān)測一次，連續(xù)監(jiān)測30天。采用PCA排序法分析廣州市公園的“冷島”效應(yīng)與植被、公園面積等因子之間的相關(guān)性。分析表明：白天公園氣溫降低值和相對濕度增加值大小排序一致，黑夜的排序則與之相反。白天的月氣溫降低與公園面積、水體面積和喬木平均胸徑呈正相關(guān)；月氣溫降低與喬木密度呈正相關(guān)；月、白天、黑夜相對濕度增加與喬木平均樹高、喬木平均胸徑、水體面積呈正相關(guān)。最終得出結(jié)論，廣州市的城市公園具有顯著的降溫增濕效應(yīng)，且日間降溫增濕的幅度大于夜間。

關(guān)鍵詞：城市公園；綠地；冷島效應(yīng)；溫濕度；廣州

收稿日期：2011-11-15

修回日期：2012-05-29

前言

城市空間熱環(huán)境在全球增溫過程中扮演重要角色，對城市小氣候、空氣質(zhì)量以及公眾健康等產(chǎn)生深遠影響[1]，因此熱島效應(yīng)已成為科學(xué)界、管理者以至民眾廣泛關(guān)注的焦點。改革開放以來，以廣州為中心的珠江三角洲地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展迅猛，形成了一個珠三角城市群，隨著城市化進程加快的同時，珠三角的熱島效應(yīng)將日益突出[2]。研究表明[3～7]城市綠地是緩解城市熱島效應(yīng)的有效因素，而公園綠地是緩解城市熱島效應(yīng)的主力軍，可稱為城市熱島中的“冷島”。劉萬軍[8]在沈陽大氣容量研究基礎(chǔ)上，提出了城市“冷島”效應(yīng)的概念。楊柯和謝玲[9]闡述了公園“冷島”效應(yīng)的成因，以及國內(nèi)外研究“冷島效應(yīng)在”的現(xiàn)狀及方法。

現(xiàn)有研究或者通過城市和郊區(qū)的多年氣象資料來分析城市熱環(huán)境動態(tài)，如史欣等[10]對廣州郊區(qū)帽峰山森林公園的“冷島”效應(yīng)進行比較研究，或通過遙感航片分析熱島分布格局，或通過人工定點觀測比較城區(qū)和郊區(qū)的溫濕度差異。針對市區(qū)以人工建設(shè)為主的公園進行“冷島”效應(yīng)的研究有鮑淳松等[11]對杭州市植物園“冷島效應(yīng)”的研究。本文以廣州市區(qū)以人為建設(shè)為主的公園為研究對象，通過定點連續(xù)記錄公園溫濕度與周邊的差異性闡明“冷島”效應(yīng)及影響公園“冷島”效應(yīng)的因子，以期為今后定量研究城市綠地的“冷島”效應(yīng)提供參考。

1 研究樣地概況

廣州市位于北緯22°26′～23°56′、東經(jīng)112°57′～114°03′，東接惠州市博羅、龍門兩縣，西鄰佛山市的三水、南海和順德市，北枕清遠市和佛岡縣及韶關(guān)市的新豐縣，南連東莞市和中山市，屬亞熱帶海洋季風(fēng)氣候，年均氣溫21.4℃～21.9℃，最高溫（7月）可達38.7℃，最低溫（1月）曾為-2.6℃（1963年）。年降雨量1612～1909 mm， 4～9月的降雨量占全年降雨量的85%左右。

本研究選擇了位于廣州市西部的雕塑公園、流花湖公園和位于廣州市東部的天河公園和珠江公園作為樣地進行研究。雕塑公園占地46.3 hm2，水體面積0.4 hm2，植被覆蓋率95.0%，鄰近白云山自然風(fēng)景區(qū)。流花湖公園占地54.4 hm2，水體面積32.7 hm2，植被覆蓋率88.0%。天河公園占地70.7 hm2，水體面積10.0 hm2，植被覆蓋率85.0%。珠江公園，毗鄰珠江，占地28.0 hm2，水體面積0.7 hm2，植被覆蓋率93.2%。

2 儀器和研究方法

利用美國Oneset計算機公司生產(chǎn)的HOBO Pro系列溫濕度記錄儀（溫度測量精度±0.2℃，濕度精度±3%），在每個公園的中心點和四周分別設(shè)置5個離地面1.3 m 的監(jiān)測點、每個公園外圍空曠的硬質(zhì)水泥地設(shè)置空白對照點，每1 h整點記錄一次數(shù)據(jù)溫濕度（記錄測量時間從2008年9月1號08：00點至9月30號23：00點）。其中，△T（℃）=空白對照點溫度-5個公園樣點平均溫度；△RH（%）=5個公園樣點平均相對濕度-空白對照點相對濕度。

對選擇樣地每個公園喬木密度、喬木平均樹高、喬木平均胸徑數(shù)據(jù)為實地設(shè)置樣方調(diào)查所獲得，調(diào)查方法參照朱純等[12]。

實驗數(shù)據(jù)以平均值±標準差表示，相關(guān)分析與主成分分析在STATISTICA 10.0統(tǒng)計軟件中完成。

3 試驗結(jié)果

3.1 公園“冷島”效應(yīng)

圖1所示為4個公園的冷島效應(yīng)。相對于各自空白對照的水泥地，雕塑公園平均氣溫降低4.38±2.76℃，天河公園降低4.41±2.68℃，流花湖公園降低4.45±2.16℃，珠江公園降低4.80±2.98℃；雕塑公園平均相對濕度比之升高4.82±22.88%，天河公園升高26.17±13.39%，流花湖公園升高30.23±11.95%，珠江公園升高30.82±16.07%。可見在9月，相對于硬質(zhì)水泥地，四個公園氣溫降低均值為4.38～4.80℃，除雕塑公園外，相對空氣濕度增加較多，每個公園綠地的“冷島”效應(yīng)都較為明顯。

3.2 公園“冷島”效應(yīng)日夜特征

為探討公園“冷島”效應(yīng)的日夜特征，本文選擇日間（11：00-15：00）和夜間（21：00-1：00）數(shù)據(jù)進行分析。其中，流花湖公園日間的“冷島”效應(yīng)最為明顯，降低氣溫均值為10.32±2.13℃，增加相對濕度均值為41.82±11.58%，而其夜間的“冷島”效應(yīng)最不明顯，降低氣溫均值為1.56±1.85℃，增加相對濕度均值為18.89±14.81%；天河公園日間降低氣溫均值為9.46±2.47℃，增加相對濕度均值為36.11±12.52%，夜間降低氣溫均值為1.86±2.13℃，增加相對濕度均值為12.5±14.81%；雕塑公園日間降低氣溫均值為8.94±2.49℃，增加相對濕度為1.56±17.69%，夜間降低氣溫均值為2.38±1.68℃，增加相對濕度為9.29±23.98%；珠江公園白天降低氣溫均值為8.60±2.95℃，增加相對濕度為35.34±17.66%，夜間降低氣溫均值為2.92±1.55℃，增加相對濕度為26.06±11.65%。結(jié)合圖1、2、3結(jié)果可見，水體面積最大的流花湖公園日間降溫增濕的效果最大，水體面積最小的雕塑公園和珠江公園日間降溫增濕的效果最小，夜間則相反。不同公園整個九月的降溫增濕雖然沒有顯著性差異，但是珠江公園降溫增濕的效果最大，流花湖次之，雕塑公園最小。不同公園月、日間、夜間降溫增濕大小規(guī)律的不一致說明影響公園“冷島”效應(yīng)的因子較復(fù)雜。

3.3 公園“冷島”效應(yīng)的相關(guān)因子

公園月、日間、夜間降低氣溫均值和增加相對濕度均值與公園面積、水體面積、喬木密度、喬木平均樹高、喬木平均胸徑的相關(guān)性如表1所示。除日間降低氣溫均值與水體面積呈顯著相關(guān)（p<0.05），夜間增加相對濕度均值與喬木平均樹高呈顯著相關(guān)（p<0.05），月降低氣溫均值與喬木密度呈極顯著相關(guān)（p<0.01）外，其他因子之間不存在顯著的相關(guān)性，但兩者之間的相關(guān)系數(shù)較大（如日間降低氣溫均值與喬木平均胸徑的相關(guān)系數(shù)為0.906），為進一步探討公園“冷島”效應(yīng)與一些環(huán)境因子之間的相關(guān)性，本研究采用多元統(tǒng)計方法分析公園“冷島”效應(yīng)與環(huán)境因子的真實關(guān)系。

3.4 公園“冷島”效應(yīng)主成分分析

公園月、日間、夜間降低氣溫均值和增加相對濕度均值與公園面積、水體面積、喬木密度、喬木平均樹高、喬木平均胸徑等11個因子進行主成分分析，其結(jié)果如圖4所示。其中第一主成分和第二主成分軸分別解釋了48.51%、44.88%的變量，累積貢獻率達93.39%，可以反映了絕大部分的信息，結(jié)果理想。其中，日間降低氣溫均值與公園面積、水體面積和喬木平均胸徑呈正相關(guān)；月降低氣溫均值與喬木密度呈正相關(guān)；月、日間、夜間增加相對濕度與喬木平均樹高、喬木平均胸徑、水體面積呈正相關(guān)。

4 結(jié)論與討論

4.1 四個公園的“冷島”效應(yīng)明顯

研究結(jié)果顯示，公園降溫增濕的效果較為明顯，呈“冷島”效應(yīng)。日間，公園降低氣溫均值呈現(xiàn)流花湖公園（10.32±2.13℃）>天河公園（9.46±2.47℃）>雕塑公園（8.94±2.49℃）>珠江公園（8.60±2.95℃），而其降低氣溫值與公園面積、水體面積和喬木平均胸徑呈正相關(guān)；夜間則相反。此研究結(jié)果與Saaroni等“在城市熱島的空間分布和小尺度的特征”一文中的結(jié)論[4]相同。公園綠地應(yīng)該盡量滿足城市居民在生活功能上對公園綠地的需求，本研究較為精確的量化數(shù)據(jù)可為城市公園的分布規(guī)劃、公園內(nèi)部綠地系統(tǒng)的布局和喬木種植規(guī)劃提供參考。但是，在特定范圍的城市化環(huán)境條件下，具體配套公園的用地布局、綠地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面還需要進一步深入研究。

4.2公園水體對“冷島”效應(yīng)的真實影響

選擇樣地研究的結(jié)果顯示日間公園的降溫值與公園面積、水體面積和喬木平均胸徑呈正相關(guān)，夜間則相反，這跟公園的水體布局和面積有關(guān)。一般而言，公園水體夜間起保溫作用，日間則為降溫作用，從而使得水體面積最少的珠江公園和雕塑公園日間的降溫值顯著小于流花湖公園和天河公園，但夜間時則降溫值大于后者，珠江公園（4.80±2.98℃）整個九月的降溫均值大于流花湖公園（4.45±2.16℃）。此研究結(jié)論類似于鮑淳松等[11]認為“西湖具有一定的氣溫調(diào)節(jié)功能，增強了杭州植物園白天的冷島效應(yīng)”。水體面積大的公園雖然在白天呈現(xiàn)的“冷島”效應(yīng)顯著，但夜間釋放熱量，水體的“冷島”作用不甚明顯。隨著城市空間發(fā)展和人口密度等因子的變化，如何規(guī)劃城市公園水體面積，使公園的“冷島”效益達到最大可以作為進一步研究的課題。

4.3公園“冷島”效應(yīng)比較結(jié)果

將東西部的2個公園單獨比較得出，綠地面積大的公園日間降溫增濕效果比較明顯，東部的天河公園日間降溫均值為9.46℃、增濕均值為36.11%，明顯高于面積小的珠江公園；西部的流花湖公園日間降溫均值為10.32℃、增濕均值為41.82%，也明顯高于面積小的雕塑公園。完全符合“綠化覆蓋率高的地區(qū)，溫度比周圍低”的“冷島”效應(yīng)常規(guī)定義。從4個公園的“冷島效應(yīng)”看，天河公園面積最大，為綠化覆蓋率最高的區(qū)域，似乎其“冷島”效應(yīng)應(yīng)該最明顯，但研究顯示其白天氣溫降低均值為9.46℃、增濕均值為36.11%，位于面積第二的流花湖公園之后。而流花湖公園的水體面積最大，表明“冷島”效應(yīng)的形成不但與綠地面積相聯(lián)系，還與水體大小等因素有關(guān)。

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