城市不同綠地結構夏季小氣候特征研究

林 蔭，魯小珍，張 靜，郭益力

（1. 南京林業大學森林資源與環境學院，江蘇 南京 210037；2. 浙江省林業科學研究院，浙江 杭州 310023；3. 南京市中山陵園管理局，江蘇 南京 210014）

城市不同綠地結構夏季小氣候特征研究

林 蔭1,2，魯小珍1*，張 靜1，郭益力3

（1. 南京林業大學森林資源與環境學院，江蘇 南京 210037；2. 浙江省林業科學研究院，浙江 杭州 310023；3. 南京市中山陵園管理局，江蘇 南京 210014）

以南京雨花臺風景區綠地作為研究對象，利用小尺度定量測定的方法，根據群落的垂直結構不同而劃分喬—灌—草、喬—草、灌—草和草地的4種綠地結構類型，研究其與夏季溫濕度等小氣候因子的關系。結果表明，與對照相比，綠地對城市小氣候有顯著的降溫增濕效果，且降溫增濕效果喬—灌—草綠地 > 喬—草綠地 > 灌—草綠地 > 草坪。

綠地結構；降溫；增濕

城市綠地是城市系統中唯一的自然成分，具有凈化城市環境、恢復生態的功能[1]，其通過綠色植物的蒸騰、呼吸、吸附、反射太陽輻射等作用，降低空氣和土壤溫度，增加空氣濕度，減少空中粉塵，改善城市景觀和生態質量[2~4]。城市小氣候是城市生態環境效益評價的重要內容之一，其小氣候環境與人們的健康、工作、生活以及學習等息息相關[5]。近年，我國城市綠地建設速度很快，但同時也出現了綠地結構不合理、草坪多、喬灌木比例少等問題，從而影響了綠地生態功能的發揮，普遍引起了人們的重視[6]。為了更準確地反映城市綠地不同結構類型在改善小氣候方面的差異，本文選擇在植物生長旺盛的夏季，研究不同結構類型綠地增濕、降溫效果的差異性，以期找到最適合城市綠地的植物群落內部結構，從而發現最適合城市綠地的植物搭配模式，為城市園林建設提供科學指導。

1 研究區概況

江蘇省南京市屬亞熱帶季風氣候，雨量充沛，年降雨天數117 d，年降水量1 106.5 mm，四季分明，年平均溫度15.4℃，年極端最高氣溫39.7℃，最低-13.1℃，冬、夏季長，春、秋季短。6-7月上旬雨量較為集中，為梅雨季節。夏季主要以東南風為主，7月平均為30.6℃；冬季主要以東北風為主，1月平均為1.6℃。

實驗地位于南京市雨花臺區，118°46′31.11″E，31°59′ 57.37″ N。實驗地內喬木種類主要有香樟（Cinnamomum camphora）、榔榆（Ulmus parvifolia）、櫸樹（Zelkova serrata）、龍柏（Juniperus chinensis cv. kaizuka）、銀杏（Ginkgo biloba）、雞爪槭（Acer palmatum）、國槐（Sophora japonica）、桂花（Osmanthus fragrans）、紫薇（Lagerstroemia indica）、臘梅（Chimonanthus praecox），灌木主要有夾竹桃（Nerium indicum）、海桐（Pittosporum tobira）、八角金盤（Fatsia japonica）、垂絲海棠（Malus halliana）、毛鵑（Rhododendron pulchrum）、小葉黃楊（Buxus microphylla）、金葉女貞（Ligustrum vicaryi）、紅花檵木（Lorpetalum chinense var. rubrum），地被植物以馬尼拉草（Zoysia matrella）為主。

2 研究方案

2.1 樣地選擇

實驗樣地位于雨花臺風景區，通過實地踏查和群落現狀調查，選取景區內群落結構分別為喬—灌—草、喬—草、灌—草和草地的4處樣地，并選擇空曠的硬質鋪裝廣場為對照。

2.2 觀測內容和方法

在樣地內設置20 m×30 m樣地，在每個樣地中各設置6個10 m×10 m的樣方，進行植物群落調查，測量喬木的胸徑、樹高、郁閉度等指標，灌木層測定其株數、高度、蓋度等，并記錄草本層的多度等，分析其群落數量特征及結構特點（表1）。喬木層為主干明顯的木本植物層，高度大于3 m，分叉點高于1.2 m；灌木層為無明顯主干或主干較多的木本植物層，高度小于3 m，分叉點低于1.2 m；草坪為莖葉柔軟，植株低矮的草本植物層，高度在0 ~ 90 cm。

表1 不同群落結構綠地的基本特征Table 1 Information about green spaces with different structure

利用小尺度定量測定方法[7]，用照度計、通風干濕表、地表溫度計等對典型綠地的小氣候因子進行同步測定，記錄不同樣地測定同一時間下、距離地面1.5 m的光照、溫度、濕度、風速等氣象因子數值，研究不同群落結構綠地的小氣候特征。實驗選取晴好、無風的相似天氣，測量時間7:00-20:00，間隔為1 h，連測3 d，測量時間為2011年7月11-13日。

2.3 數據處理方法

數據處理運用數學統計軟件Excel，分析對比樣地小氣候因子間的差距，用SPSS軟件分析各個小氣候因子間是否存在顯著相關關系。

3 結果與分析

不同群落結構綠地的數量特征見表2。

表2 不同群落結構綠地的數量特征Table 2 Quantitative characteristics of green space with different structure

3.1 不同結構綠地的光照度差異

由圖1可見，7:00-20:00，樣地I、樣地II、樣地III、樣地IV、樣地V的光照度變化范圍分別為：0.65 ~ 59 935.97 lx、1.03 ~ 11 623.13 lx、3.52 ~ 12 394.05 lx、4.94 ~ 29 311.83 lx、7.44 ~ 79 487.99 lx，平均值顯示：樣地I（3 172.48 lx）＜樣地II（5 873.06 lx）＜樣地III（8 896.81 lx）＜樣地IV（16 585.97l x）＜樣地V（40 784.18lx）。可以看出，對光照的阻擋作用排列為喬—灌—草＞喬—草＞灌—草＞草地。在一天中任何時段，喬—灌—草、喬—草、灌—草、草坪綠地間光照度的差異均達顯著水平（P < 0.05）。

3.2 不同結構綠地的氣溫差異

從圖2中可以看出，樣地I、樣地II、樣地III、樣地IV、樣地V的空氣溫度日變化范圍依次為23.51 ~ 26.81、23.56 ~ 26.24、26.11 ~ 31.53、27.44 ~ 33.01、28.35 ~ 33.93℃，平均值顯示，喬—草（24.98℃）＜喬—灌—草（25.26℃）＜灌—草（28.81℃）＜草地（29.97℃）＜硬質鋪裝（31.29℃），其中與對照的差值，喬—草（6.39℃）＞喬—灌—草（6.12℃）＞灌—草（2.56℃）＞草地（1.40℃）。

結合圖1、圖2可以看出：7:00-11:00，光照度持續攀升，但是溫度的增幅喬—草（1.08℃）＜喬—灌—草（1.30℃）＜灌—草（3.24℃）＜草地（4.27℃）＜硬質鋪裝（4.97℃），表明所有綠地均能起到降溫作用，且由于喬—草結構更為通透，其降溫效果最優，其他依次為喬—灌—草、灌—草、草地型綠地；12:00-13:00光照度達到最大值，而升溫幅度不明顯，說明綠地的降溫作用開始發揮效果；從 13:00開始，光照度開始下降，溫度從14:00開始平穩下降，說明綠地對氣溫變化起到了緩沖作用。

圖1 不同結構綠地的光照度差異Figure 1 Photon flux density of green space with different structure

圖2 不同結構綠地的溫度差異Figue 2 Air temperature of green space with different structure

綜上所述，綠地結構對綠地降溫效果影響明顯。喬—草和喬—灌—草綠地的綠量大，加之林冠阻擋光照，使到達綠地內的太陽輻射通量密度較小，加上這2塊綠地具有強大的蒸騰作用，導致其在高溫時段的降溫效應比灌—草和草坪綠地明顯。喬—草綠地和喬—灌—草綠地的降溫效應相差不大，在太陽輻射較強烈的時段（12:00 -16:00），喬—灌—草和喬—草這2塊綠地的氣溫存在差異，其原因是喬—灌—草綠地綠量大于喬—草綠地，因此林下對流作用弱于喬—草綠地，導致喬—灌—草綠地溫度暫時高于喬—草綠地。

在一天中任何時段，喬—灌—草、喬—草、灌—草、草坪綠地與硬質鋪裝樣地間氣溫的差異中，喬—灌—草與喬—草未達到顯著水平（P > 0.05），與灌—草、草坪、硬質鋪裝間差異達到顯著水平（P < 0.05）；喬—草與灌—草、草坪、硬質鋪裝間差異達到顯著水平（P < 0.05）；灌—草與草坪、硬質鋪裝樣地間差異達到顯著水平（P < 0.05），草坪與硬質鋪裝樣地間差異達到顯著水平（P < 0.05）。說明綠地對氣溫有著明顯的調節作用，且在溫度調節強度方面，喬—灌—草＞喬—草構＞灌—草＞草地。

3.3 不同結構綠地的相對濕度差異

由圖3可知，樣地I、樣地II、樣地III、樣地IV、樣地V的空氣相對濕度日進程依次為97.39% ~ 99.09%、96.15% ~ 98.97%、94.48% ~ 96.62%、93.80% ~ 97.46%、90.63% ~ 96.15%，平均值顯示，相對濕度喬—灌—草 >喬—草 > 灌—草 > 草地> 硬質鋪裝。

8:00-9:00，喬—草綠地的濕度稍高于喬—灌—草綠地，原因在于：①夜間氣溫低、相對濕度大，喬—草綠地內部較為通透，受周圍環境大氣的濕度影響較喬—灌—草綠地大；②林下結構的不同導致林下太陽輻射度不同，因而產生的蒸騰作用喬—草綠地強于喬—灌—草綠地。綜合以上原因，早晨時段喬—草綠地的相對濕度稍高；隨著太陽輻射逐漸增強，環境氣溫逐漸升高，綠地內部保濕效果開始明顯，10:00-16:00，喬—灌—草綠地的相對濕度高于喬—草綠地；而單一草坪結構的綠地的保濕能力明顯弱于灌—草結構綠地，且易受周圍環境影響。14:00-16:00，草坪和硬質鋪裝的濕度下降幅度較大，且在16:00時達到最低值，這是由于地面覆蓋物較少，水汽蒸發量較大，因而相對濕度下降；由于夜間溫度下降，空氣濕度上升，16:00-20:00，草坪和硬質鋪裝地的濕度也逐漸上升并趨于平穩。綜合來看，與草坪相比，喬—草和喬—灌—草綠地的增濕效果明顯，灌—草綠地的增濕效果較明顯。

圖3 不同結構綠地的相對濕度差異Figure 3 Humidity of green space with different structure

圖4 不同結構綠地的地表溫度差異Figure 4 Surface temperature of green space with different structure

3.4 不同結構綠地的地表溫度差異

由圖4可知，樣地I、樣地II、樣地III、樣地IV、樣地V的地表溫度日進程依次為25.90 ~ 29.42、23.53 ~ 26.90、23.41 ~ 29.75、26.41 ~ 36.52、30.54 ~ 44.12℃，平均值顯示，喬—草（25.48℃）＜灌—草（26.86℃）＜喬—灌—草（27.86℃）＜草地（30.31℃）＜硬質鋪裝（37.18℃），其中與對照差值，喬—草（11.70℃）＞灌—草（10.32℃）＞喬—灌—草（9.32℃）＞草地（6.88℃）。

結合圖2、圖4可以反映出綠地對地表的有明顯的降溫作用。喬—灌—草、喬—草綠地對地面的降溫作用效果最明顯，且兩者差異不大，與灌—草、草坪型綠地的降溫效果間有明顯差異。在 13:00-15:00，喬—草綠地降溫作用高于喬—灌—草綠地，其主要原因是喬—灌—草綠地結構較為緊密，灌木加大了林下的密度，不便于林下水汽的擴散，導致地表溫度喬—灌—草綠地地表溫度暫時高于喬—草綠地。從圖1、圖4可以看出，從15:00開始，光照開始逐漸減弱，喬—灌—草和喬—草綠地的地表溫度的降幅最小且平穩，接下來是灌—草、草地、硬質鋪裝的地表溫度的降幅最大最明顯，說明綠地還有保溫緩沖的作用。

數據分析表明，在一天中任何時段，喬—灌—草、喬—草、灌—草、草坪綠地間地表溫度的差異均達顯著水平（P <0.05），說明4種綠地類型對環境有著明顯的降溫作用且對環境的影響各有不同。

4 結論與討論

分析結果表明，綠地對于城市小氣候有著一定的調節作用。由于綠量較大，喬—灌—草綠地增濕效果最明顯，其次是喬—草綠地、灌—草綠地、草坪；由于分枝點高，且無下層灌木遮擋，通透性較強，在空氣對流、微風影響下喬—草綠地的降溫效果最明顯，其次是喬—灌—草綠地、灌—草綠地、草坪，但兩者的降溫增濕效果無顯著差異；灌—草綠地的降溫增濕效果略弱于前兩者，但仍具有較顯著的降溫增濕效果；草坪由于綠量低，受周邊環境影響較大，因此降溫增濕效果最不明顯。因此，在城市綠化方面，根據綠量的大小，優先考慮喬—灌—草綠地，接下來是喬—草綠地、灌—草綠地，不提倡草坪綠化。

城市綠地系統通過各種物理、化學和生態過程對周圍環境進行調節和改變[8~10]，其降溫增濕效應與綠地結構、綠地類型、種植形式、結構布局、自然環境條件等有一定關系，降溫增濕效應一方面受綠量影響（植物的葉面積不同，葉片蒸騰水分而產生的溫濕效應不同），另一方面受綠地的通透性、邊緣性影響。因此，在城市用地緊張的情況下，可以通過提高綠地植物配置的科學性、合理性來提高綠化生態效應：增加綠地的郁閉度，從而增加綠地綠量，將有利于發揮綠地的降溫增濕效應；通過合理設置綠地結構，可以有效降低氣溫、增加濕度，調節氣候，緩解城市熱島效應。如在同樣的用地條件下，優先考慮喬—灌—草結構的密林型，加大密林型覆蓋面積及葉面積指數，這樣可以有效地減少溫度日較差和年較差，充分利用自然空間增加葉面積指數。可以較多地吸收CO2，放釋O2，給人們提供舒適的工作和生活環境。本試驗通過定量分析結果表明，不同結構綠地的內部結構不同，溫濕效應也會不同地表現出來。此外，需進一步從臨界值方面展開深入研究，獲取更精確的臨界值，以期為城市綠地規劃中帶狀綠地的建設提供科學依據。

[1] 彭鎮華. 中國城市森林[M]. 北京：中國林業出版社，2003.

[2] 陳自新，蘇雪痕，劉少宗，等. 北京城市園林綠化生態效益研究[J]. 中國園林，1998，14（6）：53-56.

[3] 王治國，張云龍，劉徐師，等. 林業生態工程學—林草建設與實踐[M]. 北京：中國林業出版社，2000.

[4] 張新獻，古潤澤，陳自新，等. 北京城市居住區綠地的滯塵效應[J]. 北京林業大學學報，1997，19（4）：12-17.

[5] 黃承標，文祥鳳，黃丹，等. 大學校園不同綠地結構類型的小氣候特征[J]. 廣州大學學報（自然科學版），2010，2（9）：37.

[6] 吳勇. 中國城市綠地現狀及其生態經濟價值評價[J]. 四川師范學院學報（自然科學版），2002，23（2）：184-188.

[7] 朱春陽，李樹華，紀鵬. 城市帶狀綠地結構類型與溫濕效應的關系[J]. 應用生態學報，2011，22（5）：1 255-1 260.

[8] 王紹增，李敏. 城市開敞空間規劃的生態機理研究[J]. 中國園林，2001，17（4）：5-9.

[9] 李鋒，王如松. 城市綠色空間生態服務功能研究進展[J]. 應用生態學報，2004，15（3）：527-531.

[10 ] Amati M, Yokohari M. Temporal changes and local variations in the functions of London’s green belt[J]. Landscap Urban Plann, 2006（75）：12 5-142.

Summer Microclimatic Characteristics of the Green Space with Different Structures in Nanjing

LIN Yin1,2，LU Xiao-zhen1*，ZHANG Jing1，GUO Yi-li3
（1. College of Forest Resources & Environment, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China; 2. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China; 3. Administration of Dr Sun Yat-sen’s Mausoleum, Nanjing 210014, China）

Four types of green space with different vertical structures in Nanjing, Jiangsu province, were determined by small scale quantitative measurement method. The result demonstrated that green spaces had great effect of temperature decrease and humidity increase to urban microclimate in the summer. The order of effect was as follows: arbor-shrub-lawn>arbor-lawn>shrub-lawn>lawn.

structure of green space; decrease of air temperature; increase of relative humidity

S718.51

A

1001-3776（2013）05-0025-06

2013-06-05；

2013-08-19

江蘇高校優勢學科建設工程資助項目

林蔭（1988-），女，浙江開化人，碩士生，從事生態學研究；*通訊作者。