綠化對(duì)居住區(qū)微氣候影響研究綜述

陸筱慧

(華南理工大學(xué)，廣東廣州 510640)

1 概述

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快、人口爆炸，全球的生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展正經(jīng)歷了巨大的風(fēng)險(xiǎn)和損失(《氣候變化綠皮書:應(yīng)對(duì)氣候變化報(bào)告(2015)》)。急劇加速的城鎮(zhèn)化帶來了熱島效應(yīng)等城市病，熱島效應(yīng)是一種由于城市化發(fā)展，下墊面性質(zhì)改變，地面硬質(zhì)鋪裝增多，城市中人為排放熱無法有效釋放，使得城市溫度顯著高于郊區(qū)的現(xiàn)象［1］。熱島效應(yīng)在增加城市能源消耗的同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致海平面上升［2］，對(duì)城市居民的生活帶來各種不利的影響，廣州地處亞熱帶濕熱地區(qū)，熱島效應(yīng)帶來的危害更為顯著，2017年5月7日，3 h的降雨量打破了全省歷史極值［3］。暴雨的突發(fā)性變強(qiáng)，高強(qiáng)度降水的時(shí)間延長(zhǎng)，對(duì)人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全都帶來了不可估量的損失。對(duì)此，人們積極尋求方式應(yīng)對(duì)熱環(huán)境惡化帶來的危害。綠化作為城市居住區(qū)環(huán)境重要的設(shè)計(jì)手段，引發(fā)了學(xué)者們的研究和探討。

2 國(guó)內(nèi)外研究

2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外于20世紀(jì)40年代～90年代末，便開始進(jìn)行綠化對(duì)環(huán)境的影響研究。Goodridge，Aya Hagishim等人通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的方式表明，植物的表面太陽(yáng)輻射溫度低于其他物體表面，綠樹地區(qū)有明顯的冷卻作用［4-6］。2001年，日本、英國(guó)、澳大利亞等通過調(diào)查問卷的方式，進(jìn)行有無綠化對(duì)人體熱舒適的影響研究，研究結(jié)果表明，綠化可對(duì)2 m高度下居民活動(dòng)場(chǎng)所內(nèi)的溫濕度、太陽(yáng)輻射、地面輻射等都有較明顯的改善作用。日本的河田佑二、下條正貴等人，對(duì)不同樹種的太陽(yáng)輻射削減效果進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè);研究發(fā)現(xiàn)，樹種的光學(xué)深度、葉面積指數(shù)、太陽(yáng)入射角等都對(duì)太陽(yáng)輻射量有所影響;此外，作者還對(duì)樹冠的光學(xué)深度、葉面積指數(shù)和消散系數(shù)進(jìn)行了推導(dǎo)研究［7］。

近年來，國(guó)外對(duì)于綠化對(duì)熱環(huán)境的研究，主要集中在利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、數(shù)值模擬、模型構(gòu)建等方式對(duì)人體熱舒適、植物葉面積指數(shù)、綠色屋頂?shù)葞讉€(gè)方面進(jìn)行研究。Silvia Coccolo等人［8］通過三維城市能源建模，提出一種動(dòng)態(tài)量化城市不同植物對(duì)戶外人體舒適度影響的新方法。R.U.Galagoda等人［9］通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，針對(duì)垂直綠化與墻體之間間隔的大小，對(duì)溫度、濕度、CO2等參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試，研究表明垂直綠化系統(tǒng)在1 100 h～1 500 h時(shí)區(qū)的外墻表面溫度降低方面非常有效。S.Collins［10］通過測(cè)試寒冷地區(qū)綠色屋頂對(duì)建筑能耗性能的影響，結(jié)果表明當(dāng)被霜滲透時(shí)，每層屋頂?shù)臒釋?dǎo)率降低;在積雪期間，雪作為絕緣體并降低了綠色屋頂實(shí)現(xiàn)的相對(duì)節(jié)能效益。Iryna Dronova，Sahar Sodoudi等都從植物的空間結(jié)構(gòu)著手，分析其熱力特征以及對(duì)熱舒適的影響［11，12］。

綜上研究，國(guó)外關(guān)于都主要集中在技術(shù)層面，更為重視植物與建筑之間的關(guān)系，針對(duì)植物對(duì)熱環(huán)境效益進(jìn)行綠化設(shè)計(jì)指導(dǎo)的研究還相對(duì)較少。

2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

近年來，國(guó)內(nèi)學(xué)者開始重視綠化對(duì)熱環(huán)境的影響作用，并把綠化效能與建筑能耗相結(jié)合。2004年，林波榮［13］為研究綠化對(duì)室外熱環(huán)境、提高人體熱舒適的作用，于深圳某小區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，實(shí)測(cè)結(jié)果表明，草坪和樹木對(duì)熱環(huán)境有不同的影響機(jī)理，且草坪對(duì)周圍溫濕度影響較小;并通過模擬研究，發(fā)現(xiàn)在有無建筑情況下，樹木對(duì)熱環(huán)境的改善效果都最佳，且不同的樹木配置形式，對(duì)熱環(huán)境改善效果皆不同。2010年，陳卓倫［14］為研究綠化、熱環(huán)境與建筑能耗三者之間的關(guān)系，對(duì)廣州地區(qū)典型住宅組團(tuán)進(jìn)行實(shí)測(cè)加模擬的分析研究，研究結(jié)果表明綠化率、綠化種類等都會(huì)對(duì)熱環(huán)境造成影響，并耦合得到綠化與熱環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)的回歸方程。

此外，還有學(xué)者從綠化規(guī)模、綠化布局、綠化配置等方面進(jìn)行研究。胡永紅、秦俊等人［15］通過TM地表溫度反演，得到居住區(qū)氣溫與綠化覆蓋率存在極顯著現(xiàn)行關(guān)系。宋培豪［16］通過對(duì)某大學(xué)宿舍現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，表明成片的綠地降溫作用高于分散綠地，成片綠地更容易形成“城市冷島”。李輝、郭偉等［17，18］均對(duì)綠化配置模式進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明，“喬木+灌木+草地”的綠化模式降溫效果最佳。晏海、王雪等人［19］通過實(shí)測(cè)對(duì)植物群落進(jìn)行定向研究，表明樹木的冠層特性(葉面積指數(shù)和冠層蓋度)對(duì)群落的微氣候因子和不舒適指數(shù)具有重要的調(diào)節(jié)作用。

綜上所述，國(guó)內(nèi)學(xué)者通過對(duì)綠地的整體性的研究，得到集中式綠地有利于改善夏季的熱環(huán)境，夏季降溫效果最好的群落類型為“喬木+灌木+草地”復(fù)層結(jié)構(gòu)的群落，且學(xué)者們皆發(fā)現(xiàn)喬木的降溫效果好于灌木和草本，植物的葉面積指數(shù)和覆蓋度是影響氣候因子和人體熱舒適的重要影響因素。研究大多停留在綠化對(duì)熱環(huán)境的緩解研究，對(duì)設(shè)計(jì)應(yīng)用等方面論述還相對(duì)較少。

3 結(jié)論與展望

生活水平的提高，居民對(duì)生活質(zhì)量的更高追求，導(dǎo)致住區(qū)的環(huán)境也得到前所未有的重視，國(guó)家更是為了規(guī)范和指導(dǎo)生態(tài)小區(qū)建設(shè)，頒布了《綠色生態(tài)住宅小區(qū)建設(shè)要點(diǎn)與技術(shù)導(dǎo)則》。目前，國(guó)內(nèi)外的綠化研究主要植物配置結(jié)構(gòu)、綠化三維量、植物冠層格局與降溫效應(yīng)的關(guān)系、綠化與建筑能耗之間的關(guān)系等方面。在研究中發(fā)現(xiàn)，居住區(qū)綠化偏向集中式為主，“喬木+灌木+草地”多層次的綠化配置模式有利于改善空氣溫度和濕度。構(gòu)建垂直綠化和屋頂綠化有利于降低建筑能耗，實(shí)現(xiàn)建筑的節(jié)能效益。

但綠化對(duì)熱環(huán)境的影響，仍存在需要研究的方向:

1)缺乏客觀的評(píng)價(jià)指標(biāo)來衡量綠化配置形式對(duì)室外熱環(huán)境的影響。

2)“喬灌草”復(fù)合綠化體系中各植物定量還有待研究。

3)綠化設(shè)計(jì)中，技術(shù)與設(shè)計(jì)之前的關(guān)系仍比較脫離，缺乏系統(tǒng)性研究，需要構(gòu)建起基于熱環(huán)境前提，切實(shí)可行的綠化設(shè)計(jì)模塊供設(shè)計(jì)人員直接使用。

綠化是住區(qū)環(huán)境中不可或缺的設(shè)計(jì)要素，如何通過合理配置，能對(duì)日益惡化住區(qū)熱環(huán)境有效改善是我們目前在景觀學(xué)科上、乃至生態(tài)學(xué)科上應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的問題。對(duì)此，作者研究生期間將進(jìn)行更深入研究，對(duì)上述問題進(jìn)行分析闡述。