安慶皖江公園不同下墊面類型對(duì)溫濕效應(yīng)的影響

楊 榮，姚華婷，范志強(qiáng)，葛文焱，偶 帆

(安慶師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院/皖西南生物多樣性研究與生態(tài)保護(hù)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 安慶 246011)

近年來，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城市化進(jìn)程不斷加快，經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的背后，環(huán)境相應(yīng)也發(fā)生了潛移默化的改變.其中，城市下墊面類型明顯改變，復(fù)雜多樣.高速城鎮(zhèn)化建設(shè)有力推動(dòng)著城市發(fā)展，人們逐漸將注意力轉(zhuǎn)移到自然生態(tài)環(huán)境的變化上來，想要綠色可持續(xù)發(fā)展，關(guān)注城市生態(tài)刻不容緩.首先，由于下墊面在近些年來的改變，帶來的熱容量和熱傳導(dǎo)率也發(fā)生顯著變化，由此帶來的相對(duì)溫濕度的變化，且人工開發(fā)程度越高的地方，差異性越大.達(dá)到一定程度，逐漸改變局部小氣候，最終作用到大氣環(huán)流，參與本地區(qū)氣候循環(huán)，因此成為當(dāng)下要求的綠色可持續(xù)發(fā)展重要因素之一.現(xiàn)有許多學(xué)者都對(duì)不同經(jīng)濟(jì)社會(huì)程度、經(jīng)緯度、環(huán)境差異較大的一個(gè)城市進(jìn)行了溫濕度的對(duì)比檢驗(yàn),同時(shí)也對(duì)一個(gè)城市的一個(gè)城區(qū)、郊區(qū)也分別進(jìn)行了對(duì)比和觀測(cè),可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)城區(qū)的氣溫遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過郊區(qū)的現(xiàn)象.如商茹[1]等人就研究了北京不同的城市綠地下一個(gè)墊子所帶來的環(huán)境微氣候的影響;王懷軍[2]等中國(guó)中小河流的氣候及下墊地表面與生產(chǎn)匯流過程之間的關(guān)系;吳思佳[3]研究了不同下墊面對(duì)溫濕效應(yīng)和人體舒適度的影響;羅鳳敏[4]研究了烏蘭布和沙漠東北部不同下墊面的小氣候變化特征;王小俊等[5]研究了城市綠地空間格局對(duì)熱島效應(yīng)的影響；周宏軒等[6]研究了綠量的城市熱環(huán)境效應(yīng)研究現(xiàn)狀與展望；李澎利[7]研究了北京朝陽區(qū)下墊面覆蓋類型變化對(duì)城市熱島的影響；王艷霞[8]等對(duì)城市綠地與城市熱島效應(yīng)的關(guān)系進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析.許多人都對(duì)城市熱島的形成與演變進(jìn)行了考察探究，在眾多的影響因素中下墊面無一例外是主要因素.

由于溫度濕度不同，綠地增濕降溫是多塊集成的結(jié)果，應(yīng)適當(dāng)分析不同季節(jié)的格林尼治和濕潤(rùn)現(xiàn)象的影響機(jī)制，只有這樣，才能改善自己在改善居住環(huán)境方面的作用.但是隨著城市化進(jìn)程的向前推進(jìn)，對(duì)城市小氣候的影響顯然已經(jīng)到達(dá)不容忽視的地步.

通過對(duì)冬春季的城市公園綠地，對(duì)多種下墊面溫濕特征進(jìn)行實(shí)地觀測(cè)，探討不同季節(jié)各下墊面的溫濕特征及其季節(jié)變化差異，旨在探究下墊面類型在不同季節(jié)對(duì)綠地溫濕效應(yīng)的影響，以便給城市綠地規(guī)劃提供參考依據(jù).

1 研究區(qū)域與研究辦法

1.1 研究區(qū)域概況

在安徽省安慶市皖江公園進(jìn)行溫濕度觀察.見圖1.其位于蓮湖和東湖之間,總建筑用地面積34.68×104m2,原名市民公園,區(qū)域性氣候類型為北亞熱帶干旱濕潤(rùn)大陸性氣候.太陽能輻射物質(zhì)總量466.2～495.6 kJ/cm2,氣候溫和，年平均溫度14.4～16.5 ℃，秋季略低于春季.年均降水在1 250～1 430 mm.一年四季分明，日照時(shí)間充足，有明顯的季風(fēng)氣候，降雨適中，較為寒冷的冬天持續(xù)時(shí)間少. 同時(shí)植物結(jié)構(gòu)豐富、種類極其多樣，植物的橫向、豎向分布合理，生態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有顯著的局部地區(qū)微氣候調(diào)節(jié)效益，對(duì)于改善城市熱環(huán)境以及提高城市宜居度具有重要的生態(tài)意義.公園基底環(huán)境均質(zhì)性高，內(nèi)部包含綠地、水體、建筑、道路等多種下墊面類型，試驗(yàn)樣地選擇具有可操作性.

樣地1-草;地樣地2-林地;樣地3-建筑;樣地4-水體;樣地5-鋪裝

1.2 研究方法

試驗(yàn)分別于冬季和春季兩個(gè)季節(jié)開始進(jìn)行,冬季在三月中旬,春季在四月下旬,天氣條件選擇時(shí),一律盡量選擇晴朗、無風(fēng)的天氣,便于有效地觀測(cè)其溫度、濕度等特征,使其滿足標(biāo)準(zhǔn).觀測(cè)主體為相對(duì)溫度、濕度.按照要求，定期合理測(cè)量,每日8:00～18:00,每 2 h 分別對(duì)5種下墊面的相對(duì)溫度、相對(duì)濕度等數(shù)據(jù)進(jìn)行了同步測(cè)量1次.所選的下墊面均采用了網(wǎng)格式的布點(diǎn),每種下墊面內(nèi)各自挑選20個(gè)觀察點(diǎn),在每處進(jìn)行一個(gè)建筑物的提取點(diǎn)時(shí)略有不同,選擇了建筑物的東面、南面、西面、北面四個(gè)方向,于每處分別設(shè)置5個(gè)觀察點(diǎn),在離地0.5 m處測(cè)定溫濕度，每一季節(jié)測(cè)定7 d.

1.3 數(shù)據(jù)處理

將各測(cè)試地所測(cè)的20個(gè)數(shù)據(jù)加以平均，得到各測(cè)試地的平均相對(duì)溫度值.以同種方法測(cè)量同一類型下墊面的相對(duì)濕度值.將冬季、春季兩個(gè)季節(jié)中七天不同時(shí)刻的相對(duì)溫度、相對(duì)濕度值加以平均，繪制折線圖，得到各季不同下墊面溫濕度的變化規(guī)律.

2 結(jié)果和分析

2.1 不同下墊面在冬季和春季對(duì)溫度的特征及影響

2.1.1 相對(duì)溫度的日間變化特征分析

在觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)，五種下墊面的氣溫在各季節(jié)的日間變化曲線均呈現(xiàn)先上升后下降的單峰型變化趨勢(shì)，在午后十四點(diǎn)達(dá)到全天最高溫度.本文所研究的冬春兩個(gè)季節(jié)，其各下墊面類型的各時(shí)間段空氣溫度在冬末、春初均表現(xiàn)為林地最低、建筑最高的特點(diǎn)，這是因?yàn)橹参飿涔跐饷埽哂姓趽踝饔?，并且可反射紅外光，吸收一部分可見光，且植物自身的蒸騰作用不斷實(shí)現(xiàn)內(nèi)部調(diào)節(jié)，使得樹冠下的空氣溫度處于較低的溫度，最終導(dǎo)致林地內(nèi)氣溫明顯低于其他下墊面氣溫.而建筑則是因?yàn)樽陨砩嵩揪捅容^慢，且由于建筑自身屬性：比熱容大，同時(shí)室內(nèi)周邊長(zhǎng)時(shí)間存在人流，或者機(jī)器運(yùn)行，熱量?jī)?chǔ)蓄，綜合各方面原因，導(dǎo)致其周圍氣溫較高.

2.1.2 春季不同下墊面溫度變化特征

溫濕度的變化能夠明顯改變局部地區(qū)的小氣候.春季時(shí)，各種下墊面的溫度最高值出現(xiàn)在午后，大概為下午兩點(diǎn).草地與水體的溫度差距很小，兩種下墊面的日最高溫度分別為24.9、24.8 ℃.下午14：00時(shí)，跟種下墊面溫度普遍處于頂峰，草地的最高溫度為24.7℃，而鋪裝為26.5℃，兩者相差1.8 ℃.從8:00開始，降溫效應(yīng)逐漸增強(qiáng)，時(shí)間不斷遞推，效果愈發(fā)明顯，水體和綠地的降溫效果隨著時(shí)間變化尤為突出，特別是在午間過后，在效果最明顯后，呈現(xiàn)下降趨勢(shì).鋪裝在各時(shí)間點(diǎn)的平均溫度比草地要高0.5～2.3 ℃，平均得出1.4 ℃.見圖2.

圖2 春季下墊面的空氣溫度日間變化特征Figure 2 Diurnal variation of air temperature on underlying surface in spring

由于處于春末，較為接近夏季，溫度普遍看來都不低.建筑物自身相比與其他下墊面，具有較為明顯的吸熱作用，使得熱空氣攀升，下面空氣逐漸減少，造成近地面空氣密度降低，從而溫度上升.綜合各時(shí)間段的溫度數(shù)據(jù)，草地的平均溫度要比建筑物低0.9～3 ℃.

不同下墊面之間溫度變化趨勢(shì)都存在或多或少的差異.首先，考慮到陽光的照射，是各類下墊面吸收熱量最主要的來源，因此對(duì)光的反射則是一個(gè)重要的考慮因素.具有綠色植物覆蓋的區(qū)域能夠吸收轉(zhuǎn)化熱量，同時(shí)植物不斷進(jìn)行蒸騰作用，消耗周圍熱量，使綠植覆蓋區(qū)溫度降低.此外，還存在其他各種影響因素，不同的下墊面之間升溫速率、導(dǎo)溫系數(shù)、以及熱容量各有個(gè)的不同之處，具備差異性較高的水分平衡、能量平衡，不同的湍流作用，綜合使得不同下墊面熱效應(yīng)具備顯著的差異.

相關(guān)研究表明，對(duì)各種下墊面進(jìn)行長(zhǎng)期研究觀測(cè)，不管每日最高溫、平均氣溫或者高溫連續(xù)時(shí)長(zhǎng)，未擁有園林綠化的區(qū)域要?dú)鉁厥冀K要高于綠化區(qū)域；未綠化區(qū)域平均氣溫要比城市公園高2.2 ℃，每日最高氣溫平均要高4.1 ℃.這種利用綠色化植物來進(jìn)行的降溫手段，天然環(huán)保，可利用率高，適用于各個(gè)地區(qū)，并且造成對(duì)環(huán)境的危害低；與“空調(diào)式的室內(nèi)降溫”是不一樣的，所謂“空調(diào)式的降溫”是單純的將熱量進(jìn)行位置的變換，從一個(gè)空間轉(zhuǎn)移到另一個(gè)空間，加劇了另一個(gè)空間的熱量增長(zhǎng)問題，屬于無效降溫，而這種利用植物的呼吸作用、光合作用等天然方式的降溫，是良性的，屬于有效降溫.

2.1.3 冬季不同下墊面溫度變化特征

在冬天晴朗的白天,空氣密度低,使得大氣對(duì)短波輻射降低削弱程度,所以感覺太陽大.夜晚時(shí),大氣中水和二氧化碳少,大氣對(duì)地面的逆輻射減弱,溫度就會(huì)較低.在冬季，大多是呈現(xiàn)晝短夜長(zhǎng)的現(xiàn)象，日間的很大一部分時(shí)間，水體的相對(duì)溫度都是林地、草地、鋪裝、建筑、水體這五種下墊面中最低的，具備降低溫度的作用.草地因?yàn)闊崃肯纳⑹鄬?duì)比較慢等一系列特點(diǎn)，具備保溫作用，溫度就會(huì)比水體要高上一些.像林地這種植物比較密集的下墊面，因?yàn)楣夂献饔?，葉面會(huì)吸收光和熱，葉面大也會(huì)降低光的反射，因反射光減少，周圍的溫度也會(huì)將降低，比簡(jiǎn)單的草地相對(duì)溫度依舊是要低的，但是總體來看，略微比水體要高上一些.建筑物和硬質(zhì)鋪磚的相對(duì)溫度依舊較高，人類和機(jī)器的運(yùn)作中起到熱量增加的效果，建筑物因?yàn)樽陨硭唷摻畹炔馁|(zhì)起到保溫蓄熱的作用，在五種下墊面中，建筑物相對(duì)溫度最高，鋪裝次之.見圖3.

圖3 冬季不同下墊面平均溫度隨時(shí)間的變化Figure 3 Variation of average temperature of different underlying surface with time in winter

以上結(jié)論與許多研究者探究得到的結(jié)論是基本一致的，也就是說城市公園綠地的局部小氣候與下墊面類型密切相關(guān).由城市公園為小區(qū)域類比，往大處擴(kuò)展，不管是在春末還是冬季，人工建造的一系列城市建筑設(shè)施都起到保溫、增溫的作用，水體則是起到了降溫的作用，植物在相應(yīng)的季節(jié)作用各不相同，調(diào)節(jié)性很強(qiáng)，春季時(shí)降溫，冬季時(shí)增溫，有天然的“調(diào)節(jié)氣候器”的功效.

2.2 不同下墊面在冬季和春季對(duì)濕度的特征及影響

2.2.1 相對(duì)濕度的日間變化特征分析

以下圖標(biāo)反映了各種不同下墊面類型在兩個(gè)季節(jié)中的相對(duì)濕度日間變化特征.冬季的相對(duì)濕度要顯著低于春季的相對(duì)濕度，并且春季的相對(duì)濕度呈現(xiàn)出先下降后上升的單谷型曲線，冬季則呈現(xiàn)出先下降后上升再略微下降的變化趨勢(shì).其中，冬季各個(gè)類型下墊面的相對(duì)濕度最低點(diǎn)都是在下午 14: 00前后，小范圍波動(dòng)，且在12: 00～14: 00之間存在較小幅度的回升趨勢(shì)；春季所有類型下墊面的最低點(diǎn)都是在下午 14: 00.在冬天時(shí)，林地下墊面的相對(duì)濕度較低，春季則是要略高，主要原因有以下幾點(diǎn)：首先，植物自身存在的蒸騰作用在春夏這種相對(duì)溫度比較高的季節(jié)，林地的蒸騰作用會(huì)加強(qiáng)，土壤具備蒸發(fā)作用，自然造成其他下墊面的的相對(duì)濕度沒有林地高；而在冬天時(shí)，植物蒸騰作用相對(duì)減弱，蒸發(fā)速率降低，使得蒸發(fā)量大幅度減少；并且處于冬季時(shí)，林地部分草葉掉落，植被密度降低，冠層對(duì)土壤蒸發(fā)作用的水分的保持作用減弱，導(dǎo)致相對(duì)濕度從而降低.

2.2.2 春季不同下墊面濕度變化特征

在一整天的濕度變化過程中，8:00～17:00時(shí)，水體的相對(duì)濕度是最高的，比林地高1.2%～3.0%，18：00比林地低1.5%.各個(gè)時(shí)間，建筑以及鋪裝相對(duì)濕度較低，且二者較為接近，鋪裝稍高于建筑.建筑的相對(duì)濕度比水體高2.2%～9.0%，平均為5.6%.在8:00時(shí)，水體比建筑高9.0%，在12:00時(shí)，小幅度降低，但依舊要比建筑高5.8%.林地的相對(duì)濕度則與草地比較相接近，僅僅高出了0.2%～1.1%.見圖4.

圖4 春季不同下墊面平均相對(duì)濕度隨時(shí)間的變化Figure 4 Variation of average relative humidity of different underlying surface with time in sping

從早上8：00開始，水體和草地這兩種下墊面造成的增濕效果就顯現(xiàn)出愈發(fā)增強(qiáng)的趨勢(shì)，中午過后，大概在下午14:00前后最明顯，在過了這個(gè)時(shí)間段之后逐漸減弱.總體來看，草地和林地的相對(duì)濕度要稍微低于水體，而其他的下墊面則是要比水體的相對(duì)濕度明顯低上一些.

因?yàn)榫G化植物覆蓋區(qū)對(duì)太陽輻射存在蒸發(fā)冷卻和反射作用，使得造成了一個(gè)降低溫度的效果，在這之中，冷卻蒸發(fā)是一個(gè)主要的影響因素.處于末尾的春天，較為溫暖，溫度并不低，草地的降溫降溫增濕效應(yīng)明顯，其中增濕效益更為突出.草地在一天之中，各時(shí)刻的相對(duì)濕度要比建筑高6.0～9.0%，建筑的相對(duì)溫度則要比草地高0.7～3.0℃.

2.2.3 冬季不同下墊面濕度變化特征

水體的相對(duì)濕度平均為2.6%，比林地要高1.5～3.7%，和春季一樣，依舊是相對(duì)濕度最高的.草地和林地因?yàn)槎际蔷G化植物覆蓋的下墊面，在各時(shí)間段的相對(duì)濕度仍然是較為接近的，相差很??；鋪裝和建筑的相對(duì)濕度都很低，建筑是二者中更低的，要比水體的相對(duì)濕度低3.0～7.5%，平均為5.2%.見圖5.

圖5 冬季不同下墊面平均相對(duì)濕度隨時(shí)間的變化Figure 5 Variation of average relative humidity of different underlying surface with time in winter

在林地中，存在大量樹冠，有遮蔽的作用，能夠降低太陽對(duì)地面的輻射量，因此有高大綠植覆蓋的區(qū)域要比沒有的區(qū)域太陽輻射量低4～13倍，降低了林地的溫度；不僅如此，植物依舊具有增濕效果，樹木消耗熱量以蒸騰作用從根部吸收水分、制造養(yǎng)分、調(diào)節(jié)氣溫的同時(shí)[9]，又增加了空氣濕度.公園綠地植物，在發(fā)揮增濕效益方面，效果顯著，是天然的“空氣增濕器”.

3 討 論

本研究通過對(duì)城市公園綠地內(nèi)的五種常見不同下墊面類型，分別在冬季和春季做的溫度、濕度氣候特征的實(shí)地觀測(cè)，研究得到微氣候在不同下墊面有明顯不同的區(qū)別，在春節(jié)和冬季依舊有各自的特點(diǎn)，差異性顯著.其中，就相對(duì)溫度而言，各種下墊面的相對(duì)溫度在兩個(gè)季節(jié)中均表現(xiàn)出了建筑最高、水體最低的特點(diǎn)；就相對(duì)濕度而言，干好相反，各種類型下墊面在兩個(gè)季節(jié)均表現(xiàn)出了水體最高、建筑最低的特點(diǎn).此項(xiàng)研究結(jié)果與其他下墊面對(duì)溫濕效應(yīng)的討論較為相似，加入了建筑這種下墊面進(jìn)行討論，是因?yàn)樵诔鞘懈母镞M(jìn)程中，建筑這種下墊面迅速增加，對(duì)局部微氣候起到了不可忽視的作用，特此探究建筑對(duì)溫濕效應(yīng)的影響.結(jié)果表明，不管是降溫效益，還是增濕效益都很低，甚至在春夏這種溫度開始回升的季節(jié)里，對(duì)降溫增濕產(chǎn)生了明顯的負(fù)效用.為此，在以后的城市建設(shè)中，應(yīng)該多注意硬質(zhì)建筑的不斷增設(shè)，可以考慮與園林綠植相結(jié)合，增加綠化面積，從天然的方式來改善人居環(huán)境.除此之外，城市的生態(tài)優(yōu)化應(yīng)從許多方面來考慮，不斷完善觀測(cè)條件.從定性定量的多角度去分析，考慮綠地構(gòu)成與硬質(zhì)建筑的比例，從相關(guān)性的角度進(jìn)行有關(guān)聯(lián)的看，一定能夠發(fā)掘跟多有價(jià)值的信息.

安慶城城鎮(zhèn)化進(jìn)展迅速，主城區(qū)域范圍也隨之在不斷擴(kuò)張，下墊面差異性顯著.人為地表不斷擴(kuò)張，與自然地表相比，各方面性能顯著降低.當(dāng)前，有一些公共建筑使用大面積的玻璃墻，產(chǎn)生許多危害，例如：光污染，墻體蓄熱量降低.安慶市由于自身經(jīng)濟(jì)發(fā)展等限制，在生態(tài)綠化這方面發(fā)展較為落后，投入力度不足，其綠化方式、鋪裝材料以及環(huán)境設(shè)計(jì)方面存在許多不利點(diǎn)，應(yīng)多注意保護(hù)自然土地，降低土壤粗糙度，減少地表熱量.

城市下墊面影響熱環(huán)境的因素有城市綠地的布局、內(nèi)部構(gòu)成、鋪裝的質(zhì)地、顏色，城市建筑的布局、高度、顏色、材質(zhì)、道路規(guī)劃布局等.改善熱環(huán)境最有效的方式是增加綠化面積，但在經(jīng)濟(jì)發(fā)展等多方面尚不能夠支撐大面積有效綠化覆蓋的安慶，這種方式相對(duì)來說比較不切實(shí)際.安慶市有許多建筑立面、屋頂?shù)?，許多閑置空余地方并沒有合理綠化，可以通過立體綠化，以小范圍逐漸改變，有得放失逐步擴(kuò)大，不失為增加綠化面積的有效良策.