校園常見綠化植被對夏季高溫的調(diào)節(jié)作用研究
——以山東建筑大學為例

徐艷芳，郝彥哲

（山東建筑大學，山東 濟南 250101）

1 研究方法

濟南市地處中緯度地帶，屬溫帶季風性氣候，年平均氣溫13.8℃，最熱月份為7—8 月，平均氣溫27.1℃；極端氣溫最高42.5℃（1955 年7 月24 日），最低19.7℃（1953 年1 月17 日）[1]。山東建筑大學新校區(qū)地處濟南市歷城區(qū)，周邊為城市居民用地，校園南側(cè)緊鄰雪山，植被覆蓋率90%以上。優(yōu)勢種喬木層為側(cè)柏（Biota orientalis），灌木層為荊條（Vitex negundo），草本層為五葉地錦（Parthenocissus quinquefolia）。校園綠化喬木主要有杜仲（Eucommia ulmoides Oliver）、國槐（Sophora japonica）、元寶楓（Acer truncatum Bunge）等，灌木有大葉黃楊（Buxus megistophylla）、紫葉小檗（Berberis thunbergii var.atropurpurea Chenault）等，以及校園綠化草地牛筋草（Eleusine indica（L.）Gaertn）、麥冬（Ophiopogon japonicus（Linn.f.）Ker-Gawl）等。校園內(nèi)有映雪湖、情人坡等植被綠化群落，因此，選擇山東建筑大學新校區(qū)作為校園熱環(huán)境監(jiān)測區(qū)，監(jiān)測時段為6 月中旬-7 月初。

于2020 年6 月16—6 月23 日，6 月24—6 月26 日，在山東建筑大學新校區(qū)內(nèi)采用TES1310 紅外測溫儀進行試驗，測量精確度：±1.5℃；溫度分辨率：0.1℃；測量物距比12∶1。試驗將校園主要劃分為運動區(qū)、教學區(qū)、生活區(qū)和游園區(qū)4 個監(jiān)測區(qū)，瀝青地面作為溫度對比參照區(qū)，監(jiān)測區(qū)及監(jiān)測點位置如圖1。教學區(qū)、運動區(qū)和生活區(qū)分別布置綠化草地和行道樹各3 個監(jiān)測點，校園游玩和瀝青地面區(qū)域分別設3 個監(jiān)測點。6 月21—6月27 日采取連續(xù)測量的方式，獲取以天為單位的測量數(shù)據(jù)。在6 月24—6 月26 日期間，采取每隔1h 監(jiān)測1次的方法，獲取各時段數(shù)據(jù)，溫度監(jiān)測的內(nèi)容為空氣溫度（距地面1.5m）和地面溫度。

圖1 監(jiān)測區(qū)域位置圖

2 結(jié)果特征分析

為了檢驗不同區(qū)域草地和行道樹的空氣溫度是否受監(jiān)測區(qū)域的直接影響，選取生活區(qū)、運動區(qū)、教學區(qū)3個監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的3 個監(jiān)測點所有監(jiān)測日期中的中午（12∶00-13∶00）氣溫值進行方差分析。由表1 可知，選取不同區(qū)域，對草地和行道樹的降溫效果影響不大，因此，測量的溫度可忽略不同區(qū)域之間的影響。

表1 3 個監(jiān)測點行道樹和綠化草地的空氣溫度方差分析

2.1 夏季校園溫度日變化規(guī)律特征

通過實地溫度監(jiān)測可知，夏季校園內(nèi)不同下墊面類型的空氣溫度差異性較大。通過對2020 年6 月21-27 日的3 個監(jiān)測時段（7：00～8：00；13：00～14：00；17：30～18：30）和6 月18—6 月20 日5 個監(jiān)測時段（7：00～8：00；9：30～10：30；12：30～13：30；13：30～14：30；17：00～18：00）內(nèi)的監(jiān)測點溫度進行分時段分組，共8 組。進行顯著性分析，由表4 可知，在校園夏季不同時間段內(nèi)各下墊面類型的空氣溫度差異性顯著。

表2 各監(jiān)測時段下墊面溫度方差分析

根據(jù)2020 年6 月18—6 月20 日的5 個監(jiān)測時段的結(jié)果，可以反映出校園內(nèi)不同下墊面的夏季溫度日變化規(guī)律特征。由圖2 可知，上午7：00～8：00 各下墊面類型的溫度處于接近水平，從9：30 開始，各下墊面類型處于持續(xù)升溫狀態(tài)（特殊天氣除外），其中瀝青路面升溫最快。13：00～14：00 4 種下墊面類型達到1 天中的氣溫最高值，17：00～18：00 4 種下墊面類型開始降溫，其中草地的降溫效果最明顯[2]。從17：00 開始，由于空氣溫度開始自然降低，而瀝青路面由于白天處于持續(xù)高溫狀態(tài)，與已經(jīng)開始降低的空氣溫度形成高低局部氣溫對流，熱空氣不能迅速從地面?zhèn)鞯娇諝庵?，因此，瀝青地面的降溫要持續(xù)到23：00 前后。

圖2 不同下墊面溫度日變化圖

3 校園綠化植被對夏季高溫的調(diào)節(jié)作用

3.1 綠化植被對夏季高溫的日調(diào)節(jié)作用

由圖3 可知，一天中草地與行道樹距地面1.5m 的空氣溫度整體差別不大，但一天不同時間段內(nèi)草地與行道樹附近的空氣溫度有差別。從7：00 開始，隨著太陽輻射強度不斷增強，此時草地附近的空氣溫度略低于行道樹附近。隨著太陽輻射強度不斷增強，當13：00～14：00 太陽輻射強度達到一天中最大值時，草地附近的空氣溫度與行道樹附近存在較明顯的差異[3]。

由圖3 的日調(diào)節(jié)對比作用可知，校園草地的自身完整程度不同，經(jīng)常受到學生和游客踩踏的影響，草地覆蓋情況并不理想，裸露的草地表層有增加和吸收熱量的作用，而草地自身對太陽輻射的吸收和反射能力遠不及高大喬木。草地自身雖有一定的蒸騰作用，但由于草地根系較淺，不像高大喬木可通過自身發(fā)達的根系不斷吸取土層較深處的水分散發(fā)到空氣中[4]。當一天的空氣溫度達到最高值時，植物自身蒸騰作用最為活躍。而草地不能及時吸取土層深處的水分，這種高強度的蒸騰作用反而使草地自身的含水量越來越少。

圖3 綠化植被對夏季高溫的日調(diào)節(jié)作用對比

3.2 綠化植被對夏季高溫的周調(diào)節(jié)作用

由圖2 可知，在6 月18—6 月20 日的3 個監(jiān)測時段內(nèi)，中午時段的不同下墊面類型附近的空氣溫度差異最顯著。因此，在考慮數(shù)據(jù)樣本時，采用中午時段的氣溫監(jiān)測數(shù)據(jù)更具有代表性，所以同樣采用中午時段的氣溫監(jiān)測數(shù)據(jù)作為綠化植被對夏季高溫調(diào)節(jié)作用的數(shù)據(jù)。

由表4 可知，在6 月21—6 月27 日的1 周內(nèi)，除6月23 日1 天內(nèi)行道樹的降溫效果比草地明顯，不受外界干擾的條件下，行道樹的降溫效果要優(yōu)于草地。草地和行道樹的降溫效果日變化與周變化特征幾乎一致。1周內(nèi)草地和行道樹的降溫平均溫差為2.7℃。因此，不論是在氣溫的日變化和周變化規(guī)律特征中，行道樹對近地面的降溫效果都要優(yōu)于草地。再一次說明，受客觀條件影響最小的前提下，太陽輻射強弱是影響近地面空氣溫度的根本原因。

圖4 綠化植被降溫效果周變化

4 校園綠化植被對夏季溫度的調(diào)節(jié)作用

4.1 校園不同綠化植被降溫效果對比

通過圖3 的分析可知，在13：00～14：00 這一時段，各下墊面類型的空氣溫度差異最為明顯。這一現(xiàn)象主要是由于瀝青地面對太陽輻射的吸收率大而散射率過少，瀝青地面在經(jīng)過長時間的太陽輻射后，形成47℃以上的高溫，使其地表溫度比地面溫度高出約10℃。校園內(nèi)大量綠化植被的蒸騰作用及遮陰效果使其地面溫度比瀝青地面溫度低很多。

4.2 校園不同下墊面類型的垂直溫度

表3 橫向比較校內(nèi)草地、行道樹、游園（映雪湖）和瀝青路面的垂直溫度，采用6 月21—6 月27 日各下墊面類型的13：00～14：00 氣溫最高時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)。由表3 可知，從降溫效果來看，校園行道樹和公園的植物組合是夏季校園內(nèi)降溫效果最明顯的植物，有行道樹的地面溫度比空氣溫度平均低1.3℃。公園范圍內(nèi)的空氣溫度略高于地面的空氣溫度，由于公園內(nèi)高大密集的植物群落組合雖然阻擋了太陽的強輻射，但阻礙了公園內(nèi)部與外部的空氣循環(huán)。無論是地面溫度還是空氣溫度，在各下墊面類型中瀝青路面溫度最高。

表3 不同下墊面類型的溫度

4.3 不同綠化植被降溫效果的閾值范圍

閾值是指一個效應能夠產(chǎn)生的最高值或最低值，表4 反應的是綠化植被降溫效果的閾值范圍，本次研究通過計算得出全部檢測點內(nèi)草地、行道樹、公園（映雪湖）的空氣溫度與瀝青地面的空氣溫度之間的差值（即與水泥地面溫差較大時，氣象站所檢測的溫度），通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，草地、行道樹、公園降溫效果最為顯著。

由表4 可知，當空氣溫度達到32.5℃時，各類型綠化植被的降溫效果均達到了最佳效果，草地降溫0.1～4.8℃，平均降溫2.3℃；行道樹降溫2.2～5.4℃，平均降溫3.7℃；公園的降溫效果最為顯著，達到5.6～6.1℃，平均降溫5.8℃。在空氣溫度從28.5～32.5℃的升溫過程中，草地、行道樹、公園的降溫效果也越來越明顯。當溫度在32.5～33℃時，這3 種類型的降溫效果均有不同程度的下降。在此變化中，校園內(nèi)公園（映雪湖）的降溫效果要優(yōu)于行道樹的降溫效果，行道樹的降溫效果也更優(yōu)于草地的降溫效果。任何一種植物都不能離開環(huán)境而單獨生存，因此，在受到不同程度的外界條件干擾之下，各種溫度對植被的作用效果也不同。在植物適應的生長環(huán)境范圍內(nèi)，植物發(fā)育快且長勢較好；伴隨著外部條件的改變，例如氣溫的忽高忽低超過了植物自身最適合的溫度范圍，反而對植被的生長發(fā)育起到一定的反作用[5]。通過溫度變化的閾值范圍可知，當校園溫度在31.5～32.5℃時，植被的降溫作用更為明顯，其它溫度條件下的降溫效果都會受到不同程度的影響。

表4 綠化植被降溫效果閾值范圍（單位：℃）

5 結(jié)語

空調(diào)的發(fā)明緩解了夏季室內(nèi)溫度過高的情況，但由于人們不論在家、辦公室和教室，夏季長期處于空調(diào)環(huán)境內(nèi)，一旦從有空調(diào)的環(huán)境中換到夏季高溫的室外，容易引發(fā)各種不適，人們反而更懼怕高溫，正是這些植被的存在，起到了另外一種“天然空調(diào)”的作用，為人們提供了遮陰、降溫、避暑的功能，同時有效緩解了城市熱島效應。

（1）綠化植被對校園夏季高溫具有一定的調(diào)節(jié)作用，通過比較不同下墊面類型一天中氣溫最高時段的氣溫，得出植物圍合程度高的校園小游園內(nèi)，在一天中植物的降溫效果最好。（2）在一定的閾值范圍內(nèi)，校園綠化植被的降溫效果最為顯著。本次研究的監(jiān)測區(qū)域的選擇并沒有覆蓋校園的全部區(qū)域，只覆蓋了校園內(nèi)幾個重要的教學和生活區(qū)域，研究效果不是十分理想。（3）實際溫度的監(jiān)測過程中，部分時間內(nèi)會受到外部因素的制約，如噴泉灌溉后的草地和陰天的影響，個別的測量數(shù)據(jù)會有一定的誤差。