節(jié)約型植物樹群的溫度影響因素及其熱能效應(yīng)評估方法

摘要：研究了蘇州城市綠地系統(tǒng)中的3種節(jié)約型植物樹群類型的6個研究樣本的溫度變化影響因素及其熱能效應(yīng)評估方法。結(jié)果表明，2月、8月3種類型樹群的外環(huán)境溫度對其樹群內(nèi)環(huán)境溫度影響的相關(guān)系數(shù)（r）和回歸系數(shù)（t）都達到顯著或極顯著水平，二者存在顯著或極顯著正相關(guān)和直線回歸關(guān)系；不同月樹群內(nèi)外環(huán)境的光照度對樹群內(nèi)環(huán)境溫度影響的相關(guān)系數(shù)和回歸系數(shù)明顯不同，說明樹群外環(huán)境溫度、樹群內(nèi)外環(huán)境光照度對3種類型樹群的內(nèi)環(huán)境溫度影響不同。研究樣本樹群8月和2月的降溫?zé)崮苄?yīng)折算凈總電量為13 749.975 kW·h；樹群平均單位面積降溫?zé)崮苄?yīng)折算凈總電量為1.854 kW·h/m2。蘇州市古城區(qū)面積約926 005.718 4 m2的城市綠地系統(tǒng)中的節(jié)約型樹群，8月和2月降溫?zé)崮苄?yīng)折算凈總電量為430 704.373 kW·h。

關(guān)鍵詞：節(jié)約型樹群；溫度影響因素；溫度熱能效應(yīng)；評估方法

中圖分類號：Q948.112+.2；X173 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）19-4927-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.19.007

Temperature Factor of Tree Community of Oriented Conservation and Its Assessment Method of the Thermal Energy Effects

MAO Xiao-wei1，CHEN Ying-hua1，WANG Li-jun1，CEHN Hua1，WEI Sheng-lin2，JIANG Min-hong2

（1.Landscape Garden Society of Suzhou City，Suzhou 215001，Jiangsu，China；

2.School of Architecture，Soochow University，Suzhou 215123，Jiangsu，China）

Abstract： The temperature variation factor of six samples were investigated， within the green space system in the city of Suzhou，collected from three types of tree communities of oriented conservation， and the assessment method of its thermal energy effect. The results showed that in either August or February，the external environment temperature and internal environment temperature of the three types of tree communities had the correlation coefficient（r） and regression coefficient （t） reaching the significance of 0.05 or 0.01，with significant or highly significant positive correlation and simple linear regression relationship. The light intensity in external and internal environment of tree communities and internal environment temperature have prominently different coefficients r and t in different months. These results suggest the effects of external environment temperature and light intensity in external and internal environment on the internal environment temperature of the three types of tree communities are different. The sample tree communities express a net temperature-lowering thermal energy of 13 749.975 kW·h（converted to electricity） in August and February，with the unit area express an average value of 1.854 kW·h/m2. The tree communities of oriented conservation within the green space system with an area of approximately 926 005.718 4 m2，located within the ancient city district，express a net temperature-lowering thermal energy of 43 0704.373 kW·h.

Key words： tree community of oriented conservation；temperature factor；thermal energy effect；assessment method

隨著城市土地利用的集約化，節(jié)約型植物樹群群落將成為中國城市綠地系統(tǒng)的主要樹群基本形式。由于對節(jié)約型樹群群落的生態(tài)效應(yīng)及其評估方法研究相對較少，針對城市綠地系統(tǒng)中的節(jié)約型樹群群落在城市生態(tài)中發(fā)揮的生態(tài)效應(yīng)及其評估方法的研究也鮮見報道，如節(jié)約型樹群內(nèi)環(huán)境溫度與其周邊外環(huán)境溫度及其樹群內(nèi)外環(huán)境光照度的關(guān)系，節(jié)約型植物樹群群落在年度不同月的溫度熱能效應(yīng)的變化，樹群空間的溫度熱能效應(yīng)折算成經(jīng)濟效益（如電量）的換算方法，城市某一定區(qū)域內(nèi)的節(jié)約型植物樹群的溫度熱能效應(yīng)折算為經(jīng)濟效益的評估方法等。本研究以江蘇省蘇州市環(huán)高架線區(qū)域內(nèi)的3種節(jié)約型植物樹群、6個樣本為研究對象，研究節(jié)約型樹群群落的溫度影響因素和溫度熱能效應(yīng)的評估方法，旨在為研究節(jié)約型樹群群落發(fā)揮生態(tài)效應(yīng)的量化研究和城市綠地系統(tǒng)發(fā)揮經(jīng)濟效益評估提供可行方法和參考路徑。

1 材料與方法

1.1 研究樣本的基本特征

試驗共有6個節(jié)約型植物樹群群落研究樣本，其中3個研究樣本分布于蘇州市環(huán)高架沿線，另3個研究樣本分布于蘇州市古城區(qū)的公園內(nèi)。研究樣本的樹種構(gòu)成分3種類型，即以常綠樹種為主、落葉樹種為主、鄉(xiāng)土樹種為主的樹群，每種樹群各2個。研究樣本樹群的類型、樹種構(gòu)成、樹群面積、樹群體積見表1。

1.2 指標(biāo)測試與換算方法

1.2.1 樹群面積和體積 應(yīng)用Leica DISTOTM D5型手持式激光測距儀（Leica Geosystems）測量研究樣本樹群的種植平面圖形數(shù)據(jù)，根據(jù)樹群平面圖形計算出研究樣本的面積。樹群高度為樹群樹種的算術(shù)平均高度。樹群體積（m3）=樹群面積（m2）×樹群高度（m）。

1.2.2 樹群內(nèi)外環(huán)境的溫度 應(yīng)用便攜式交直流數(shù)字式溫度測定儀SWS-A2型（武漢市天聯(lián)科教儀器發(fā)展有限公司）測量6處節(jié)約型植物樹群，研究樣本內(nèi)外環(huán)境的溫度。

1.2.3 樹群內(nèi)外環(huán)境的光照度 使用TES-1339R型記憶式數(shù)字式照度計（泰仕電子工業(yè)股份有限公司），采用20個點平均值功能，測量6處節(jié)約型植物樹群內(nèi)外環(huán)境的光照度。

1.2.4 溫度與光照度 2014年8月樹群內(nèi)外環(huán)境溫度和光照度測試時間為8：00-10：00、10：00- 12：00、12：00-14：00、14：00-16：00、16：00-18：00；2015年2月的樹群內(nèi)外環(huán)境溫度和光照度測試時間為9：00-10：30、10：30-12：00、12：00-13：30、 13：30-15：00、15：00-16：30。每個研究樣本樹群測定1 d，測定當(dāng)日為晴天。

1.2.5 樹群的降溫和溫度熱能效應(yīng)換算方法 根據(jù)熱量公式Q（J）=4 187ρ×V×Cp×Δt，其中ρ（空氣密度）=1.29 kg/m3、V為樹群體積（m3）、Cp（空氣定壓比熱容）=1 004.88 J/（kg·℃）、Δt為樹群內(nèi)外環(huán)境的溫度變化值（℃）。1 kW·h=3 599 999.348 J。從以人為本的環(huán)境節(jié)能角度考慮，由于8月環(huán)境溫度較高，樹群群落內(nèi)環(huán)境與對照外環(huán)境相比溫度降低熱能為正效應(yīng)；由于2月環(huán)境溫度較低，樹群內(nèi)環(huán)境與對照外環(huán)境相比溫度降低熱能為負效應(yīng)。所以，樹群群落內(nèi)環(huán)境的降溫?zé)崮苄?yīng)折換凈總電量=降溫?zé)崮苄?yīng)8月折換總電量-降溫?zé)崮苄?yīng)2月折換總電量。

1.2.6 日照時間 根據(jù)氣象資料對蘇州市1951-1985年的月平均日照時間進行統(tǒng)計，8月的日照時間為240.0 h，2月的日照時間為119.1 h。

1.2.7 植物樹群面積 城市一定區(qū)域節(jié)約型植物樹群面積統(tǒng)計方法：應(yīng)用百度地圖的衛(wèi)星圖（最大精度為20 m），將百度地圖放大到最大精度（能辨別出節(jié)約型樹群群落的基本特征），截取多張城市某區(qū)域的衛(wèi)星圖（百度地圖附有線段式比例尺），用Photoshop軟件將其拼合，最終得到城市某一定區(qū)域衛(wèi)星圖。將該區(qū)域衛(wèi)星圖置入CAD軟件，按照圖片上的線段式比例尺的大小將圖片放大到實際大小，再將該衛(wèi)星圖區(qū)域內(nèi)的節(jié)約型樹群用云線描出，利用CAD軟件自帶面積統(tǒng)計工具獲得云線所示的節(jié)約型樹群總面積。

2 結(jié)果與分析

2.1 節(jié)約型植物樹群內(nèi)外環(huán)境的溫度和光照度

2.1.1 節(jié)約型植物樹群8月內(nèi)外環(huán)境溫度和光照度的相關(guān)與回歸分析 節(jié)約型植物樹群8月內(nèi)外環(huán)境的溫度和光照度測定結(jié)果如表2所示。8月節(jié)約型植物樹群外環(huán)境溫度及其內(nèi)外環(huán)境光照度對節(jié)約型植物樹群內(nèi)環(huán)境溫度的影響分析如表3所示。樹群外環(huán)境溫度、樹群內(nèi)外環(huán)境的光照度對樹群內(nèi)環(huán)境溫度的影響因樹群類型不同而不同，但其相關(guān)系數(shù)均為正值，說明樹群內(nèi)環(huán)境溫度與樹群外環(huán)境溫度、樹群內(nèi)環(huán)境光照度及樹群外環(huán)境光照度呈正相關(guān)，但鄉(xiāng)土樹種為主樹群類型的樹群內(nèi)外環(huán)境光照度對樹群內(nèi)環(huán)境溫度的影響均未達到顯著水平。由t測驗看出，落葉樹種為主樹群類型的樹群外環(huán)境溫度、樹群內(nèi)外環(huán)境的光照度對樹群內(nèi)環(huán)境溫度的回歸系數(shù)測驗的t值均達到顯著水平，說明這些影響因素間存在直線回歸關(guān)系；以常綠樹種為主樹群類型，僅樹群外環(huán)境溫度、樹群內(nèi)環(huán)境光照度對樹群內(nèi)環(huán)境溫度的回歸系數(shù)達極顯著水平，存在直線回歸關(guān)系；以鄉(xiāng)土樹種為主的樹群類型，僅樹群外溫度對樹群內(nèi)溫度的t值達顯著水平，存在直線回歸關(guān)系。而以常綠樹種為主樹群類型的樹群外環(huán)境光照度和鄉(xiāng)土樹種為主樹群類型的樹群內(nèi)外環(huán)境光照度對樹群內(nèi)環(huán)境溫度間不存在直線回歸關(guān)系。

2.1.2 節(jié)約型植物樹群2月內(nèi)外環(huán)境溫度和光照度的相關(guān)與回歸分析 節(jié)約型植物樹群2月內(nèi)外環(huán)境溫度和光照度測定結(jié)果如表4所示。2月的節(jié)約型植物樹群外環(huán)境溫度及其內(nèi)外環(huán)境光照度對節(jié)約型植物樹群內(nèi)環(huán)境溫度的影響分析如表5所示。2月樹群外環(huán)境溫度、樹群內(nèi)外環(huán)境的光照度對樹群內(nèi)環(huán)境溫度的影響比較復(fù)雜。3種類型樹群中，樹群外環(huán)境溫度對樹群內(nèi)環(huán)境溫度的相關(guān)系數(shù)為正值，且達到顯著或極顯著水平；而樹群內(nèi)外環(huán)境的光照度對樹群內(nèi)環(huán)境溫度的相關(guān)系數(shù)為負值或未達到顯著水平。從回歸系數(shù)測驗的t值也可以看出，3種類型樹群僅樹群外環(huán)境溫度對樹群內(nèi)環(huán)境溫度的回歸系數(shù)t值達到顯著或極顯著水平，表明兩者間存在直線回歸關(guān)系；而樹群內(nèi)外環(huán)境光照度對樹群內(nèi)環(huán)境溫度間不存在直線回歸關(guān)系。

2.2 節(jié)約型植物樹群的溫度熱能效應(yīng)評估

2月、8月樹群溫度變化的熱能效應(yīng)如表6所示。6個研究樣本樹群內(nèi)環(huán)境的8月降溫?zé)崮苄?yīng)折換算為總電量是16 725.013 kW·h，其2月降溫?zé)崮苄?yīng)折換算為總電量是2 975.038 kW·h。

依據(jù)政府機關(guān)以及寫字樓等辦公場所的空調(diào)溫度設(shè)定要求：夏季室內(nèi)空調(diào)溫度設(shè)置不得低于26 ℃；冬季室內(nèi)空調(diào)溫度設(shè)置不得高于20 ℃。樹群內(nèi)環(huán)境的日測試平均溫度>26 ℃，為節(jié)能正效應(yīng)；樹群內(nèi)環(huán)境的日測試平均溫度<20 ℃，為節(jié)能負效應(yīng)；20 ℃≤樹群內(nèi)環(huán)境的日測試平均溫度≤26 ℃，為節(jié)能零效應(yīng)。所以6個研究樣本樹群內(nèi)環(huán)境8月和2月的降溫?zé)崮苄?yīng)折換算成凈總電量為13 749.975 kW·h。

2.3 城市一定區(qū)域節(jié)約型樹群溫度熱能效應(yīng)的評估

圖1是蘇州市古城區(qū)內(nèi)的某評估區(qū)域（東和北方向由護城河、西由齊門路、北由東北街圍合成）綠地系統(tǒng)百度衛(wèi)星圖，該區(qū)域（紅線范圍內(nèi)）總面積約926 005.718 4 m2，節(jié)約型樹群面積約232 310.881 m2。6個研究樣本樹群總面積7 417.596 m2，樹群內(nèi)環(huán)境的降溫?zé)崮苄?yīng)折換凈總電量為13 749.975 kW·h，單位面積降溫?zé)崮苄?yīng)折算凈電量1.854 （kW·h）/m2，該區(qū)域8月和2月，節(jié)約型植物樹群內(nèi)環(huán)境的溫度降低熱能效應(yīng)折換算凈總電量為430 704.373 kW·h。

3 小結(jié)與討論

雖然風(fēng)力、風(fēng)向、空氣相對濕度等也是影響樹群內(nèi)環(huán)境溫度的環(huán)境因素，但樹群外環(huán)境溫度、樹群內(nèi)外環(huán)境光照度可能是影響樹群內(nèi)環(huán)境溫度變化和熱能效應(yīng)更直接的環(huán)境因素。通過對樹群外環(huán)境溫度、樹群內(nèi)外環(huán)境光照度對樹群內(nèi)環(huán)境溫度影響的相關(guān)和直線回歸分析得知，無論是在年度中最熱的8月還是最寒冷的2月，樹群外環(huán)境溫度對樹群內(nèi)環(huán)境溫度影響的相關(guān)系數(shù)和回歸系數(shù)測試都達到顯著或極顯著水平，這表明樹群外環(huán)境溫度是對樹群內(nèi)環(huán)境溫度影響的主要因素，且兩者之間存在顯著或極顯著性正相關(guān)和直線回歸關(guān)系；而樹群內(nèi)外環(huán)境的光照度對樹群內(nèi)環(huán)境溫度影響的相關(guān)系數(shù)和回歸系數(shù)測試，在8月和2月有明顯不同，2月樹群內(nèi)外環(huán)境的光照度對樹群內(nèi)環(huán)境溫度的影響表現(xiàn)為負相關(guān)，且不存在直線回歸關(guān)系。這些說明樹群外環(huán)境溫度、樹群內(nèi)外環(huán)境光照度對不同類型樹群的內(nèi)環(huán)境溫度影響不同，而且在不同月還表現(xiàn)出較大差異。

城市綠地系統(tǒng)在改善城市生態(tài)環(huán)境中發(fā)揮的作用越來越受到人們關(guān)注，因此這一領(lǐng)域的研究將會受到更多重視[1-3]。近年來，這一領(lǐng)域的研究多屬于定性方面的研究，定量和評估方法方面的研究鮮見報道。已有針對特定樹木種類發(fā)揮生態(tài)效應(yīng)的研究報道[4，5]。本試驗著重研究了節(jié)約型樹群內(nèi)環(huán)境溫度與其周邊外環(huán)境溫度及其樹群內(nèi)外環(huán)境光照度的影響，節(jié)約型植物樹群群落在年度不同月的溫度熱能效應(yīng)，樹群內(nèi)環(huán)境溫度熱能效應(yīng)折換算成經(jīng)濟效益的電量換算方式，城市某一定區(qū)域內(nèi)的節(jié)約型植物樹群的溫度熱能效應(yīng)折換算成電量的評估。這些研究結(jié)果為城市綠地系統(tǒng)中的不同樹群群落類型發(fā)揮生態(tài)效應(yīng)的評估與發(fā)揮經(jīng)濟效益的量化研究提供參考和借鑒。

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