喬木對室外熱環(huán)境改善機制的研究進展

王可

摘? 要：伴隨我國城市化快速發(fā)展，熱島效應等微氣候問題愈發(fā)嚴重，極大影響了城市居民戶外生活的舒適感，對此各學科對改善室外熱環(huán)境的研究日趨增加。喬木對室外微氣候的改善有著極大作用，本文整理分析了喬木對室外熱環(huán)境改善的相關研究文獻，發(fā)現(xiàn)國內起步較晚，近五年發(fā)展迅速，但存在區(qū)域化研究少、氣象參數(shù)單一、缺乏喬木各形態(tài)因子對熱環(huán)境調節(jié)的系統(tǒng)研究、人體熱舒適指標體系不清等研究短板。

關鍵詞：喬木;室外熱環(huán)境;人體熱舒適度;研究進展

1 引言

我國正處于城市化穩(wěn)速發(fā)展的階段，城市化已引發(fā)了一系列城市微氣候問題如熱島效應、PM2.5等顆粒物污染。眾多研究證實全球氣候變化帶來的熱脅迫強度是影響城市居民戶外生活質量的重要因素。此形式下，室外熱舒適性已成為當下人居類學科研究熱點。各項研究表明綠色植物對室外熱環(huán)境的改善有著極大作用，其主要從風速、相對濕度、入射太陽輻射、下墊面反射的地表輻射等四個方面來改善，相比灌木與草本，喬木在這四個方面的生態(tài)效益更為突出[1-3]。熱環(huán)境研究1994年開始在我國萌芽，2002年研究成果數(shù)量開始呈上升趨勢，尤其在近5年增長速度明顯，研究內容主要集中在喬木降溫增濕機制、與人體舒適度結合研究兩方面。然而目前國內針對喬木遮蔭對熱舒適性的改善研究結構體系不清，亟需對其進行階段性的梳理與發(fā)展回顧，以期了解該方向的研究現(xiàn)狀與存在的不足，為我國今后室外熱環(huán)境的改善研究指出方向。

2 喬木降溫增濕機制的研究

就目前看，國內針對綠化降溫增濕機制的研究量最多。丁飛[4]建立16個指標的評價體系研究了四種典型植物配置模式的綜合效益，發(fā)現(xiàn)喬灌草模式的生態(tài)效益最高，灌木模式次之，草坪最差。鄭鈺旦等人[5]測量空氣溫度、相對濕度、光照強度亦證實了該觀點。石少昆等人[6]量化研究了5種常綠園林植物單位面積植被的降溫能力，發(fā)現(xiàn)降溫增濕能力從大到小依次為：大葉女貞>香樟>大葉黃楊>小葉黃楊>法國冬青。高凱等人[7]總結發(fā)現(xiàn)紙質葉片結構的植物蒸騰降溫能力較強，綠地斑塊中喬木蓋度決定了降溫效果，大喬木降溫效果比草坪高2.2℃，降溫效果與喬木面積比、綠化覆蓋率、綠化最大斑塊面積、綠化空間聚集度正相關。田婷等人[8]實測蘇州花卉植物園中不同喬木林的溫濕度，發(fā)現(xiàn)園內不同樣地的增濕幅度0～11.7%，香樟林、槐樹林、復合林在白天的增濕效果十分明顯。岳甲等人[9]以街谷綠化為研究對象，比較懸鈴木、香樟樹蔭下的太陽輻射強度、空氣溫濕度等參數(shù)，發(fā)現(xiàn)懸鈴木改善熱環(huán)境的能力優(yōu)于香樟。周雯等人[10]通過Landsat-8 TIRS熱紅外數(shù)據(jù)反演地表溫度，同期Spot6遙感影像數(shù)據(jù)獲取綠地類型，對比研究后發(fā)現(xiàn)增加喬木面積比、邊界復雜程度可以有效地降低區(qū)域溫度。孫喆[11]則認為綠地斑塊面積越大、整體形狀越簡單、分布越緊湊，降溫能力越強，否則反之。薛雪等人[12]測量分析了上海6種典型植物的四季光合、蒸騰等生理指標以及葉面積等形態(tài)指標，認為夏季是每個樹種的降溫增濕能力的最高季節(jié)，秋季次之;樹種降溫能力排序為香樟>冬青>桂花>廣玉蘭>蚊母>柳杉。

3 與人體舒適度結合研究

近幾年我國開始引入人體熱舒適度指標作為后期數(shù)學模擬分析手段，成果與先前研究吻合度較高，但人體熱舒適指標多樣，適用及準確性也有待進一步研究。鄭敬剛等人[13]認為影響人體舒適度的主要因素是氣溫、相對濕度、風速三個指標，并依據(jù)它們建立了函數(shù)方程求得不同類型綠地的人體舒適度，得出喬木為主的公園舒適度最好的結論;姜宗香[14]運用溫濕指數(shù)THI（TheimalHunmidity Index）探討了重慶市公園植物群落對游人舒適度的影響機制，發(fā)現(xiàn)混交林和純林的降溫效果并無明顯差別;同時肯定了郁閉度是影響人體舒適度的關鍵因子，認為60～70%是郁閉度對人體舒適度影響的轉折點，超過該值后人體舒適度增幅會逐漸減少;還提出小型喬木對人體舒適度改善能力比大中型喬木高。沈蕾[15]研究了嶺南地區(qū)的郊野公園的喬木遮蔭效果，將樹冠形態(tài)、冠幅尺寸、葉面積指數(shù)作為變量參數(shù)，在實測基礎上采用OUT_SET*對植物遮蔭效果進行熱舒適評價，并結合Envi-met軟件模擬得出LAI與太陽輻射透射比SRT的擬合公式，發(fā)現(xiàn)LAI是喬木遮蔭效果的決定因子。許敏等人[16]運用通用熱氣候指數(shù)（Universal Thermal Climate Index，UTCI）結合檢測行道樹下的空氣溫度、相對濕度、風速、黑球溫度等氣象參數(shù)以及行道樹的葉表面溫度，研究了常見的行道樹對行人熱舒適的改善效果，為行道樹設計給出了一定的量化指導。

4 討論與展望

綜上，喬木樹蔭空間對熱環(huán)境的調節(jié)機制影響方面的研究成果數(shù)量雖然不多但總體質量較高，研究潛力較大。現(xiàn)有模擬軟件還無法全面地加入植物的樹形、樹冠等參數(shù)變量，因此研究前期多靠實測獲數(shù)據(jù)，后期則結合數(shù)學模擬軟件分析。稍早的研究主要針對植物在空氣溫度方面的減緩作用，較片面且研究成果難以直接運用于城市及園林設計中。因此近幾年相關設計研究學者將人體熱舒適評價指數(shù)引入，為樹蔭調節(jié)微氣候效果提供了又一衡量標尺，同時將研究成果更直觀地為設計所運用。目前看我國該領域研究主要存在以下問題：

（1）區(qū)域化研究少，結論普適性差

我國各地樹種類型差別大，不同樹種熱環(huán)境改善的地域化研究很有必要，國內該方面的研究數(shù)量相對較多，但地域上多以北京、上海、重慶、西安等直轄市及北方城市為主，植物種類則多以常用的幾種行道樹種為主，總體看缺乏區(qū)域化的普及性，不利于緩解熱環(huán)境植物庫的組建。

（2）氣象參數(shù)單一，存在片面性

國內更多的研究主要實測溫濕度兩個氣候參數(shù)以及植物的綠量及形態(tài)指標，并將不同指標之間進行回歸分析;對太陽輻射、風速等幾項氣候參數(shù)考慮不多，存在較強的片面性。

（3）缺乏喬木各形態(tài)因子對熱環(huán)境調節(jié)的系統(tǒng)研究

目前國內學者基本認同喬木樹蔭對熱環(huán)境調節(jié)能力，但對于LAI、樹蔭面積、冠幅、葉片、株高等因子對空氣溫度、相對濕度、太陽輻射溫度、風速等氣象參數(shù)的影響機制以及分別對熱環(huán)境和人體熱舒適影響作用的研究還缺乏系統(tǒng)性。

（4）人體熱舒適指標體系不清，仍處于嘗試階段

不同人體熱舒適指標有各自的特點及目標，國內針對樹蔭空間及不同氣候區(qū)域所適用的人體熱舒適指標的梳理還未清晰;目前使用較多的THI、DI等指標考慮因子全面性不夠，WBGT、SET、OUT_SET、PET等指標則處于嘗試中。

參考文獻

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