城市綠化對城市氣候環(huán)境的影響

雷曉英

(藍田縣氣象局，陜西藍田 710500)

在城市化高速發(fā)展的時代背景下，城市人口增多，城區(qū)面積擴展，建筑物密度加大成為城市發(fā)展的普遍現(xiàn)狀[1]。原先被植被覆蓋的地表逐漸變?yōu)榛炷粱驗r青,下墊面的比熱容減小，保蓄水能力下降，反射能力增強，使城市熱島強度不斷加強，城市環(huán)境的日益惡化，造成了大氣 、水、 土壤 、噪聲等環(huán)境污染，導(dǎo)致“城市病”日益加劇 ，給人們的健康生活造成了嚴重的影響[2]。西安作為西北經(jīng)濟高速發(fā)展的大城市，同樣受此困擾。金麗娜[3]的研究表明，西安市1951—2013年63年間溫度明顯升高，降水緩慢波動下降。通過對西安氣象觀測站1967—2017年氣候資料的分析，發(fā)現(xiàn)西安市近50年中，年平均氣溫為14.1 ℃，年際變化呈明顯升高趨勢，氣候傾向率為0.531 ℃/10 a；平均年降水量為559 mm，年降水量呈明顯波動變化，但下降不明顯；年平均相對濕度為67.45%，呈顯著的下降趨勢，氣候傾向率為-0.28%/10 a，其中20世紀90年代末—21世紀初，相對濕度下降幅度較大，人體舒適度變差。城市綠化在調(diào)節(jié)城市氣候，緩解環(huán)境壓力、改善城市問題等方面發(fā)揮著較大作用。城市綠地指以自然植被和人工植被為主要存在形態(tài)的城市用地，是城市綠化的重要組成部分，包括公園綠地、生產(chǎn)綠地、防護綠地等[4]。利用西安站、涇河站、藍田站的氣象觀測資料簡要說明城市綠化在調(diào)節(jié)城市氣候方面的作用。

1 城市綠化可以減緩城市熱島效應(yīng)

由于城市化的推進，城市建筑群密集，自然下墊面減少，導(dǎo)致城市地面吸熱快而熱容量小，同一時間下城區(qū)氣溫高于周圍的郊區(qū)氣溫，如同孤島，這一現(xiàn)象被稱為“熱島效應(yīng)”。隨著城市的發(fā)展，熱島效應(yīng)目前已成為城市氣候中最明顯的特征。

西安市位于渭河流域中部關(guān)中盆地，作為河谷盆地城市，城市上空的大氣氣溶膠濃度相對較高，阻擋城市熱量的擴散，且由于城市化的發(fā)展和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，城市下墊面發(fā)生改變，大量電氣設(shè)備和化石燃料的使用和人類活動，使城市散熱量大為增加。因此西安市的熱島效應(yīng)尤為顯著。

通過對西安站、涇河站兩個自動氣象站氣象資料分析顯示，2005—2006年兩年中，西安市區(qū)年平均氣溫比郊區(qū)偏高0.6 ℃，年平均最高氣溫比郊區(qū)高0.5 ℃；郊區(qū)全年各月空氣相對濕度均高于市區(qū)3%～7%[5]。

對于熱島效應(yīng)，主要有三條減緩?fù)緩剑阂皇窃黾幼匀幌聣|面，二是治理大氣污染，三是減少熱源。通過增加城市綠地來增加自然下墊面是最便捷也是最行之有效的方法[6]。

據(jù)調(diào)查，每公頃綠地平均每天可吸收81.8 MJ熱量，1.8 t二氧化碳，可大大削弱溫室效應(yīng)。數(shù)據(jù)顯示，當綠地覆蓋率大于30%，城市的熱島效應(yīng)便會得到一定的削弱，覆蓋率大于50%時削減作用則極其明顯，60%以上時，溫度基本上與自然下墊面的郊區(qū)相當[7]。

增加城市綠地的覆蓋面積，是改善城市熱島效應(yīng)的重要途徑。從2008年10月開始，西安市就在全市范圍內(nèi)開展“三年大植綠，萬棵大樹進古城”的活動，據(jù)悉，三年植綠大行動以后，西安城區(qū)共栽植大規(guī)格喬木10.13萬株，花冠木471.7萬株，灌木2 246萬株，完成投資20.14億元；新增城市綠地面積1 666萬m2，相當于32個興慶宮公園的面積[8]。至2015年，西安市城區(qū)綠地率為33.9%，森林覆蓋率為45%左右。

2 城市綠化可以增加空氣濕度

隨著城市化發(fā)展，城區(qū)面積的不斷擴大，近些年城市“干島效應(yīng)”和“濕島效應(yīng)”的問題日益突出，形成夏季白天炎熱干燥，夜晚悶熱無風(fēng)的城市氣候，嚴重降低了人們生活的舒適度。影響城市空氣濕度的原因主要是城市下墊面的不透水性，使降水到達地面后迅速變成徑流流失，以及城市綠地面積不斷減少，使植物通過蒸發(fā)和蒸騰作用增加空氣濕度的作用大大減弱。城市綠化可以通過利用綠地良好的保蓄水功能和植物枝葉的蒸騰作用來增加空氣濕度。

大面積植被的存在會顯著影響城市地表能量平衡過程，導(dǎo)致凈輻射和感熱通量下降、潛熱通量增加并導(dǎo)致環(huán)境濕度升高，且在中午氣溫最高、水汽蒸發(fā)最旺盛時，濕度的增加也最明顯。城市植被可以有效的緩解城市居民的體感熱壓力，且樹木的效果明顯優(yōu)于草地，一般情況下，樹林里的空氣相對濕度要比城市高30%左右。

經(jīng)過多年堅持綠化運動，建設(shè)森林城市，從2013—2017年的5年里，西安市空氣相對濕度提高了10%?？梢?，綠化對于增加城市空氣濕度可起到一定作用。

3 城市綠化可以降低地表溫度

植被覆蓋對溫度變化表現(xiàn)敏感的區(qū)域主要分布在高海拔及高緯度地區(qū)，而對人類活動響應(yīng)明顯的區(qū)域主要分布在城市附近區(qū)域[8]。太陽光的照射是城市熱量的主要來源，城市氣溫的變化直接受受光面性質(zhì)的影響。由于人工下墊面的吸熱和貯熱能力較強，當太陽輻射至較多人工下墊面的城市中心區(qū)時，下墊面表面溫度增高較多，日落時放出熱量也較郊區(qū)明顯偏多。而郊區(qū)的自然下墊面雖也增溫，但由于綠地率較高，通過植物的蒸騰作用吸收地表熱量，增溫幅度較小[9]。

綠地對溫度的影響主要是由于植物對陽光的反照率較高，葉片僅吸收很小一部分的熱量，同時在蒸騰過程中，植物大量吸收周圍空氣中的熱量用以將其內(nèi)部的水分以水蒸氣的狀態(tài)散失到大氣中，既降低了周圍環(huán)境溫度，又增加了空氣濕度。

雖然封閉型林蔭空間的熱輻射作用機制是由于林蔭空間對太陽輻射的攔截使得冠下空間升溫緩慢，造成了降溫的錯覺[10]，但是必須承認大型喬木作為行道樹對于城市溫度的降低起著重要作用。

2017年夏季，西安屢次登上全國高溫榜首。據(jù)西安市涇河氣象站監(jiān)測資料顯示，涇河站7月平均氣溫30.6 ℃，35 ℃以上高溫日數(shù)22 d；月平均地溫36.6 ℃，月最高地溫72.6 ℃(超過了吐魯番的63.3 ℃，成為全國之最)，月最低地溫25.2℃；市氣象臺發(fā)布了11次高溫紅色預(yù)警。而位于西安市涇河氣象站東南56 km處的藍田縣氣象站，7月平均氣溫29.3 ℃，35 ℃以上高溫日數(shù)19 d；月平均地溫34.5 ℃，月最高地溫70.5 ℃，月最低地溫22.8 ℃；藍田氣象臺共發(fā)布了9次高溫紅色預(yù)警。對比發(fā)現(xiàn)， 2017年7月，西安涇河站比藍田氣象站月平均氣溫、月平均地溫、月最高地溫和月最低地溫分別高1.3 ℃、2.1 ℃、2.1 ℃、2.4 ℃，西安、藍田森林覆蓋率分別為45%和63%，說明城市綠化對降低溫度，尤其是地表溫度效果較為明顯。

4 城市綠化可以調(diào)節(jié)城市風(fēng)

城市風(fēng)環(huán)境的形成是由于地球自然風(fēng)與城市內(nèi)部建(構(gòu))筑物以及其他各種組成物體的相互作用，對城市室外空間環(huán)境舒適度有很大的影響，近年來得到越來越多的重視。

城市綠地對氣流有一定的影響，可以降低風(fēng)速，成為城市的防風(fēng)屏障。當氣流穿過綠地時，樹木的枝葉通過阻礙和過篩將氣流分為許多小的渦流，彼此消減，使強氣流逐漸減弱為微風(fēng)[11]。資料表明，在夏秋季節(jié)森林覆蓋率高的地區(qū)可最高降低風(fēng)速50%～80%，綠地里平靜無風(fēng)的日子比無綠地區(qū)長2.5～5倍。

合理的城市綠地布局模式不僅可以形成守衛(wèi)城市的防風(fēng)林，還可以通過與城市道路、河流的聯(lián)系，形成城市綠帶，作為城市通風(fēng)換氣的引風(fēng)林。綠帶可加快城市中空氣的流速，將郊區(qū)的清新空氣引入市中，優(yōu)化市中心空氣質(zhì)量，為市中心居民提供良好的生活環(huán)境。

除此之外，城市中綠地還可以通過與周圍建筑及鋪裝場地的溫差形成局部的空氣流動，可以產(chǎn)生1 m/s的風(fēng)速，環(huán)流進入城市建筑及人流密集區(qū)，產(chǎn)生局部微風(fēng)，緩解熱島效應(yīng)。

5 城市綠化可以減輕霧霾

2013年，我國數(shù)十個城市冬季彌漫的嚴重霧霾，把城市公共空間的風(fēng)環(huán)境問題推進了公眾視野。

霧霾是霧和霾兩種天氣現(xiàn)象的統(tǒng)稱。霧霾天氣的出現(xiàn)會使能見度降低，空氣中的灰塵顆粒以及碳氫化合物等增多，使天空瞬間變得陰沉灰暗，漂浮在空氣中的小顆粒也對人們的健康生活造成嚴重影響[12]。

在同霧霾的抗爭過程中，“開源”和“節(jié)流”被認為是最有效的兩個緩解霧霾的措施?！伴_源”，即增加能夠吸附、降低空氣中污染物含量的植物數(shù)量；“節(jié)流”，即減少空氣中污染物的排放[13]。兩個方面必須同時進行，刻不容緩。

植物對于“開源”的作用不容小覷，有研究表明，1 m2草坪每年可吸收二氧化碳146 kg，放出氧氣105.85 kg，吸收二氧化硫0.003 1 kg，滯塵0.01 kg，還可涵養(yǎng)水源 27 kg[14]。層次豐富的喬灌木群落對于空氣的改善作用較草坪更甚。由此可見，城市綠地對于空氣中有害氣體的吸附和滯塵作用是十分明顯的，增加綠地率是減輕霧霾的有效途徑。2013—2017年的5年里，西安市空氣二級以上優(yōu)良天數(shù)從288 d提高到301 d，除污染減排作用外，綠化也起到了較大作用。

6 結(jié)語

目前，我國的城市化進程仍然處在高速發(fā)展的階段，西安市作為新一線城市，城市的擴張和人口增長帶來的“城市病”成為不可避免的城市問題。增加城市綠地率，科學(xué)進行城市綠地系統(tǒng)的規(guī)劃布局對于改善西安市的生態(tài)氣候環(huán)境具有重要作用。近十年來，西安的道路綠化迅速發(fā)展，自2011年全市建成可綠化帶里程3 960 km以來，道路綠化工作不斷深入。2017年，綠化的重點更從提高綠量轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)化道路景觀，在鞏固“五路”路側(cè)綠化率的基礎(chǔ)上，提出了“一路一景”的概念，在努力實現(xiàn)國家森林城市的目標上更近了一步。