城市綠地降溫增濕效益研究進展

龍　珊，蘇　欣，王亞楠，陳韓文，閆殊以，周蘊薇

(東北林業(yè)大學 園林學院，哈爾濱 150040)

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城市綠地降溫增濕效益研究進展

龍珊，蘇欣，王亞楠，陳韓文，閆殊以，周蘊薇*

(東北林業(yè)大學 園林學院，哈爾濱 150040)

摘要：本文在對大量國內外文獻資料研究的基礎上，針對城市化進程中愈演愈烈的城市熱島效應等現(xiàn)狀，對城市綠地緩解熱島效應、改善城市生態(tài)環(huán)境的生態(tài)效益的理論基礎和技術方法進行了綜述。目前國內外對城市綠地降溫增濕效益的研究較多，主要集中于研究城市綠地降溫增濕能力及其影響因子等；分析前人的研究成果，主要介紹了城市綠地不同植物種類和不同植物群落結構的降溫增濕效益的差異；總結了其時空變化規(guī)律；分析了不同主客觀因素對城市綠地增濕降溫這一生態(tài)效益的影響。在此基礎上探討了對今后城市綠地降溫增濕效益相關研究的幾點建議，以期為今后相關研究及實際城市綠化原理運用提供參考。

關鍵詞：城市綠地；熱島效應；降溫增濕

引文格式：龍珊，蘇欣，王亞楠，等.城市綠地降溫增濕效益研究進展[J].森林工程，2016，32(1)：21-24.

0引言

近年來城市化進程加快，經濟快速發(fā)展，城市內的生態(tài)環(huán)境遭到嚴重破壞。城市硬質鋪裝覆蓋率高，硬質鋪裝比郊區(qū)的土壤、植被具有更大的熱容量和吸熱率，從而使城市地區(qū)儲存了較多的熱量，同時向四周和大氣中大量輻射，造成了同一時間城區(qū)氣溫普遍高于周圍的郊區(qū)氣溫的生態(tài)現(xiàn)象，形成城市熱島效應。城市熱島效應已逐漸成為嚴重影響城市人居環(huán)境和居民健康的重要因素[1]。城市綠地通過蒸騰作用將水分從活的植物體表面(主要是葉子)的氣孔以水蒸汽狀態(tài)散失到大氣中，降低溫度、增大空氣濕度，改善城市生態(tài)環(huán)境。綠地的降溫增濕效應與高溫同步，有效的緩解了城市高溫，尤其是城市熱島效應對城市居民帶來的不適，城市綠地在改善城市人居環(huán)境中起著不可替代的作用[2]。許多學者研究城市綠地不同植物種類降溫增濕效益，為城市規(guī)劃者與管理者制定政策提供依據[3]。研究不同群落結構降溫增濕效益方面的學者也很多，而大部分學者對于綠地降溫增濕范圍的研究尚處于初級階段[4]。該文總結了國內外研究城市綠地降溫增濕效益的現(xiàn)狀及成果，主要分析了城市綠地不同植物種類、不同群落結構降溫增濕效益、其時空變化規(guī)律及影響因素，探討了研究中可以進一步完善處理的問題，為今后相關研究提供參考依據。

1城市綠地不同植物種類和不同群落結構降溫增濕效益

1.1不同城市綠地植物種類降溫增濕效益

許多學者研究城市環(huán)境中主要園林綠化樹種的降溫增濕效益，發(fā)現(xiàn)不同樹種之間降溫增濕效益存在差異，其降溫增濕效益的影響范圍也有所不同，如張艷麗[5]等對成都市主要園林綠化樹種的降溫效益進行了研究，發(fā)現(xiàn)日降溫增濕效果由強到弱為垂柳、山杜英、水杉、天竺桂、黃葛樹、香樟、銀杏和桂花。蒸騰最強的垂柳與最弱的桂花使周圍1000m3空氣降溫幅度相差約為1倍，說明植物蒸騰作用強弱不同使其周圍空氣降溫程度不同。究其原因，主要是樹木單株單位葉面積日降溫增濕量及單株單位土地面積的降溫增濕量不同。陳少鵬[6]等對長春市30種園林樹木溫濕效益進行了研究，結果發(fā)現(xiàn)30種園林樹木單位葉面積日降溫量為0.40~1.22℃，單株單位土地面積的日降溫量為2.42～10.76℃。說明單株單位土地面積更能準確地反映出樹木的降溫增濕能力。30種園林樹木單位葉面積的增濕量為2.08～6.32 kg/(m2.d)，單株單位土地面積的增濕量為12.52～55.74 kg/(m2.d)。不同樹種之間在增濕量方面存在一定的差異，但不同樹種之間單位葉面積的增濕量變化較小，單株單位土地面積上的日增濕量變化較大。另外，喬木類與灌木類樹種的降溫增濕也有所不同。喬木類與灌木類之間的平均單位葉面積的增濕降溫量差異不大，而在單位土地面積的日均增濕降溫量比較中，喬木類是灌木類的1.3倍。陳少鵬[6]等的研究結果中降溫增濕量最小的樹種為旱柳，最大的為梓樹，二者相差2.04倍。測定的30種園林樹木中，不同樹種間的降溫增濕量差異是較為明顯的。鄭鵬[7]、秦仲[8]、林木龍[9]、李想[10]、譚慶[11]、栗輝[12]等分別對武漢市、北京市、洋浦經濟開發(fā)區(qū)、青島市、武漢市野生植物、黑龍江省森林植物園等做了類似研究，并得出各地區(qū)不同樹種降溫增濕能力的具體結論。除了樹種存在差異外，藤本植物降溫增濕效益也存在差異。韓慶典[13]等對藤本植物降溫增濕效益的研究中發(fā)現(xiàn)，金銀花降溫0.37℃、扶芳藤降溫0.35℃、爬山虎降溫僅為0.18℃，對周圍空氣的相對濕度的增加量順序也一致，分別為0.58%、0.55%、0.28%，可以分析出金銀花與扶芳藤降溫增濕能力相近，而爬山虎則較二者低。各研究學者對不同城市園林常用綠化植物降溫增濕能力研究分析出的結果，對當地的城市植物景觀配置有一定的指導作用。

1.2不同城市綠地植物群落結構降溫增濕效益

國內外學者的相關研究都表明城市綠地降溫增濕效果顯著，Bernatzky[14]研究發(fā)現(xiàn)一小塊城市綠地的降溫效果可以達到3~3.5℃。張彪[3]等研究發(fā)現(xiàn)北京建成區(qū)6.1萬hm2綠地夏季可蒸騰吸熱4.61×1 015J，平均每公頃綠地每天吸熱8.4億J，相當于10臺1000W空調的降溫作用。不同群落結構的綠地蒸騰能力不同、降溫增濕值不同，喬灌木結合的林蔭道比廣場低1.3～2.76℃，喬灌草結構綠地降溫增濕效益最大，灌草結構綠地次之，草坪結構綠地最小。這與張文豹[15]等研究結果相一致，喬灌草群落增濕效應最明顯，其次是灌草群落，草坪地雖具有一定的增濕效應，但是效果較差。不同城市綠地植物群落結構降溫增濕效益不同，喬灌草>灌草>草地，與陳朱[16]、紀鵬[17]、徐高福[18]等的研究結果相一致。

2城市綠地降溫增濕效益的時空變化規(guī)律

2.1城市綠地降溫增濕效益時間變化規(guī)律

城市綠地植物的生態(tài)功能之一是降溫增濕。植物一方面能直接阻擋陽光，減少到達地面的輻射熱量；另一方面能通過蒸騰作用吸收周圍環(huán)境中的熱量降低空氣溫度，同時向環(huán)境中釋放水分增加空氣濕度，從而能降溫增濕而調節(jié)局部小氣候[15]，其調節(jié)溫濕度具有一定的日變化規(guī)律，張文豹[15]等對城市綠地空間3種配置模式增濕效應研究發(fā)現(xiàn)，3種綠化配置類型在不同測點上濕度的日變化曲線均呈“U”型，在最干燥的10：00-14：00時段，喬灌草群落、灌草群落、草坪地空氣濕度增濕率分別為14.4%、8.9%、3.7%，三者呈現(xiàn)出較明顯的差異，喬灌草群落增濕效應最明顯，其次是灌草群落，草坪地雖具有一定的增濕效應，但是效果較差。秦仲[19]等研究的日變化規(guī)律也支持這一結論。不同的季節(jié)對植物群落的溫濕效益也會產生影響，吳菲[20]等研究植物群落季節(jié)的相對濕度發(fā)現(xiàn)，不同類型植物群落春季、夏季、冬季的相對濕度高低趨勢一致，均為喬灌草>灌草>草坪，秋季為灌草>喬灌草>草坪。在秋季，灌木的增濕作用最強。分析主要原因為秋季一些喬木的葉片已經開始變黃、脫落，故其蒸騰作用開始減弱，其增濕作用開始下降。張艷麗[5]等對成都市主要園林綠化樹種的降溫效益進行研究，發(fā)現(xiàn)整個生長季節(jié)同類植物各季節(jié)的單位面積降溫增濕能力表現(xiàn)出夏季>秋季>春季。

2.2城市綠地降溫增濕效益空間變化規(guī)律

Spronken-Smith和Oke[21-22]用遙感數據和氣溫觀測數據，研究兩個處于不同氣候帶城市的“公園冷島效應”，并通過景觀模擬確定熱量傳輸過程對城市公園夜間降溫的相對貢獻及地表溫度的時空變化特征。國內學者郝興宇[23]等研究也發(fā)現(xiàn)不同綠地周邊都存在明顯的熱力效應，森林有明顯的熱力效應，灌叢和草坪的冷熱源效應較森林明顯減弱，影響的高度和距離也明顯減小。在國內外對城市植物群落的小氣候效應和緩解城市熱島效應的研究中[24]可以發(fā)現(xiàn)，目前對城市這些方面的研究還需進一步細化，如需要進一步量化研究城市植物群落在時空變化的小氣候效應。黃和平[25]等研究城市不同植物群落在小尺度范圍內增濕效應的空間變化，結果表明喬木林、灌木叢和草坪的增濕效應隨距離的增大而減少，相對濕度差值在水平和垂直方向上的變化趨勢基本一致。在水平和垂直方向上，綠地面積、綠量與綠地降溫增濕效應均顯著正相關，綠地面積越大，綠量越大，其對周邊環(huán)境小氣候的改善作用越明顯。因此要注重提高城市綠化覆蓋率、建設和保護大面積的綠地，豐富綠地植被層次，提高綠量，以充分發(fā)揮綠地改善城市生態(tài)環(huán)境的效益[26]。

3城市綠地降溫增濕效益的影響因素

城市綠地降溫增濕效益的影響因素很多，主要有林冠面積、總面積、綠量和葉面積指數等。劉嬌妹[27]等提出立體溫度效應，即水平溫度效應和垂直溫度效應，主要跟樹冠遮擋太陽輻射的面積、樹冠疏密度相關。不同類型的綠地公園綠地、附屬綠地夏季蒸騰吸熱量較大，防護綠地、道路綠地次之，生產綠地最小，主要是因為綠地綠量不同，另外喬灌草面積比例也是原因之一，城市綠地的三維綠量越大、喬木和灌木的比例越大則綠地的降溫增濕效益越好。這與李英漢[28]等的研究結論相一致。陳朱[16]等研究面積對城市公園氣溫的影響，發(fā)現(xiàn)并非公園面積越大降溫效果越好。在市區(qū)，公園的降溫效果與公園面積呈現(xiàn)負相關，小公園降溫效果甚至優(yōu)于大公園。這與前人的研究結論存在差異，分析原因可能有：取樣數量不同；公園取樣的位置區(qū)分不同；觀測時間不同；觀測的地理位置和氣候條件不同等。朱春陽[29]等研究了帶狀綠地寬度與溫濕效益的關系，表明城市綠地寬度要達到34 m左右(綠化覆蓋率為80%)才能明顯發(fā)揮溫濕效益，此時綠地表現(xiàn)出較佳的溫濕效益；而綠地寬度達到42 m左右(綠化覆蓋率為80%)，才能夠穩(wěn)定自身內部空間的溫濕條件，并對周圍環(huán)境做出貢獻。劉嬌妹[27]等在夏季對北京公園綠地的溫濕效益進行研究，結果表明綠地的溫度隨覆蓋率的增加而降低，當覆蓋率達到或高于60%時，其綠地才具有明顯的降溫增濕效果。除了綠量、覆蓋率等之外，植物群落的冠層結構參數也有一定影響。郁閉度低于31%時有一定的溫濕效應但不顯著，當郁閉度超過67%，綠地降溫增濕效應才顯著且趨于顯著[30]。欒樹群落的郁閉度與葉面積指數及平均葉傾角呈顯著相關[19]。秦仲[8]和張明麗[31]分別對北京市和上海市不同植物群落的降溫增濕效應研究都表明，郁閉度與降溫效果呈極顯著正相關；平均冠幅與降溫效果呈正相關；葉面積指數對降溫效果起到一定影響。除了植物本身條件因素外，外界環(huán)境因素也是需要考慮到的問題。植物的光合作用受內部生理因子及外部環(huán)境因素共同影響，短時間內其生理因子相對穩(wěn)定，環(huán)境因素成為主要影響光合蒸騰作用的因素[32]。國內外研究發(fā)現(xiàn)夏季高溫條件下，植物氣孔關閉，光合作用減弱[33-34]等規(guī)律支持了這一觀點。而目前環(huán)境因素對城市綠地降溫增濕效益影響的研究并不很多，值得深入全面研究。

城市綠地降溫增濕效益的客觀影響因素是一方面，另一方面主觀的評價方法也是影響其效益評定的因素。郭太君[35]等將樹冠分4個部位，以最外部5cm為表層、內部三等分依次為外層、中層和內層，分別測定其降溫增濕數值，用偏離程度和離散系數與平均值比較發(fā)現(xiàn)外層和中層與各測定部位偏離程度接近，且外層離散系數最低，故外層的葉片作為取樣部位來評價園林樹木降溫增濕效益更為合理。值得探討的是，以9種樹木為例所做實驗，并一定能代表所有樹木均符合此規(guī)律，另外也還有可能與氣候、季相等相關，這些都是今后學者可以進一步研究的地方。

4城市綠地降溫增濕效益的研究展望

綜述以上研究成果，發(fā)現(xiàn)國內外對城市綠地降溫增濕效益的研究主要集中在研究其降溫增濕效益能力及其影響因素(綠地面積、植物群落結構、郁閉度和樹種等)。各學者在城市綠地不同植物群落結構的降溫增濕效益、影響因素等方面研究較多較為深入，其時空變化規(guī)律、機理性研究方面則相對較少，垂直綠化和綠屋頂降溫增濕效益和城市綠地降溫增濕效益的評價方法等相關研究更是剛剛起步，這些方面都值得在今后進行更加深入的研究。

目前相關研究中尚存在待改進的問題，如實地測定數據時受人力物力等的限制，存在誤差，且氣候環(huán)境因素考慮得少；實驗大多針對部分綠地或部分樹種進行，不能完全準確的代表全部綠地等。今后相關實驗研究中先進技術(如定位遙感測定數據)等進一步推廣，減少人工實地測定誤差和氣象影響因素，并且測定范圍能更廣而不是測定一部分綠地或部分樹種。另外，城市綠地降溫增濕效益的相關研究應長期進行，得出更加準確而全面的結果。

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Research Progress in Cooling and HumidifyingEfficiency of Urban Green Spaces

Long Shan，Su Xin，Wang Yanan，Chen Hanwen，Yan Shuyi，Zhou Yunwei*

(College of Landscape Architecture，Northeast Forestry University，Harbin 150040)

Abstract：Based on the review of a large number of domestic and foreign literatures，in this paper the theoretical basis and methods of urban green space to ease the heat island effect and improve the ecological benefits of urban green space were summarized.At present，there are many studies associated with the cooling and humidification of urban green space，which mainly focuses on the research of the urban green space cooling and moisture capacity and its influencing factors.The study results of previous scholars were analyzed and the differences of cooling and humidification efficiency of different plant species and plant community were introduced.The spatio-temporal variation rules were summarized and impacts of different subjective and objective factors on the efficiency of cooling and humidification were analyzed.On the basis of the above analysis，several suggestions on the related research of urban green space cooling and humidification were put forward，which has provided references for the future study and the application of actual urban greening.

Keywords：urban green spaces；urban heat island effect；cooling and humidifying

*通信作者：周蘊薇,博士，教授。研究方向：園林植物應用。E-mail: dlzhyw@126.com

作者簡介：第一龍珊，本科生。研究方向：園林。

基金項目：林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201404202)；大學生科研訓練項目(KY2014049)；中央高校基本科研業(yè)務費專項資金資助(2572015EY03)

收稿日期：2015-07-07

中圖分類號：S 714.8

文獻標識碼：A

文章編號：1001-005X(2016)01-0021-04