節(jié)約型植物樹(shù)群的溫度影響因素及其熱能效應(yīng)評(píng)估方法

摘要：研究了蘇州城市綠地系統(tǒng)中的3種節(jié)約型植物樹(shù)群類(lèi)型的6個(gè)研究樣本的溫度變化影響因素及其熱能效應(yīng)評(píng)估方法。結(jié)果表明，2月、8月3種類(lèi)型樹(shù)群的外環(huán)境溫度對(duì)其樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度影響的相關(guān)系數(shù)（r）和回歸系數(shù)（t）都達(dá)到顯著或極顯著水平，二者存在顯著或極顯著正相關(guān)和直線(xiàn)回歸關(guān)系；不同月樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境的光照度對(duì)樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度影響的相關(guān)系數(shù)和回歸系數(shù)明顯不同，說(shuō)明樹(shù)群外環(huán)境溫度、樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境光照度對(duì)3種類(lèi)型樹(shù)群的內(nèi)環(huán)境溫度影響不同。研究樣本樹(shù)群8月和2月的降溫?zé)崮苄?yīng)折算凈總電量為13 749.975 kW·h；樹(shù)群平均單位面積降溫?zé)崮苄?yīng)折算凈總電量為1.854 kW·h/m2。蘇州市古城區(qū)面積約926 005.718 4 m2的城市綠地系統(tǒng)中的節(jié)約型樹(shù)群，8月和2月降溫?zé)崮苄?yīng)折算凈總電量為430 704.373 kW·h。

關(guān)鍵詞：節(jié)約型樹(shù)群；溫度影響因素；溫度熱能效應(yīng)；評(píng)估方法

中圖分類(lèi)號(hào)：Q948.112+.2；X173 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）19-4927-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.19.007

Temperature Factor of Tree Community of Oriented Conservation and Its Assessment Method of the Thermal Energy Effects

MAO Xiao-wei1，CHEN Ying-hua1，WANG Li-jun1，CEHN Hua1，WEI Sheng-lin2，JIANG Min-hong2

（1.Landscape Garden Society of Suzhou City，Suzhou 215001，Jiangsu，China；

2.School of Architecture，Soochow University，Suzhou 215123，Jiangsu，China）

Abstract： The temperature variation factor of six samples were investigated， within the green space system in the city of Suzhou，collected from three types of tree communities of oriented conservation， and the assessment method of its thermal energy effect. The results showed that in either August or February，the external environment temperature and internal environment temperature of the three types of tree communities had the correlation coefficient（r） and regression coefficient （t） reaching the significance of 0.05 or 0.01，with significant or highly significant positive correlation and simple linear regression relationship. The light intensity in external and internal environment of tree communities and internal environment temperature have prominently different coefficients r and t in different months. These results suggest the effects of external environment temperature and light intensity in external and internal environment on the internal environment temperature of the three types of tree communities are different. The sample tree communities express a net temperature-lowering thermal energy of 13 749.975 kW·h（converted to electricity） in August and February，with the unit area express an average value of 1.854 kW·h/m2. The tree communities of oriented conservation within the green space system with an area of approximately 926 005.718 4 m2，located within the ancient city district，express a net temperature-lowering thermal energy of 43 0704.373 kW·h.

Key words： tree community of oriented conservation；temperature factor；thermal energy effect；assessment method

隨著城市土地利用的集約化，節(jié)約型植物樹(shù)群群落將成為中國(guó)城市綠地系統(tǒng)的主要樹(shù)群基本形式。由于對(duì)節(jié)約型樹(shù)群群落的生態(tài)效應(yīng)及其評(píng)估方法研究相對(duì)較少，針對(duì)城市綠地系統(tǒng)中的節(jié)約型樹(shù)群群落在城市生態(tài)中發(fā)揮的生態(tài)效應(yīng)及其評(píng)估方法的研究也鮮見(jiàn)報(bào)道，如節(jié)約型樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度與其周邊外環(huán)境溫度及其樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境光照度的關(guān)系，節(jié)約型植物樹(shù)群群落在年度不同月的溫度熱能效應(yīng)的變化，樹(shù)群空間的溫度熱能效應(yīng)折算成經(jīng)濟(jì)效益（如電量）的換算方法，城市某一定區(qū)域內(nèi)的節(jié)約型植物樹(shù)群的溫度熱能效應(yīng)折算為經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)估方法等。本研究以江蘇省蘇州市環(huán)高架線(xiàn)區(qū)域內(nèi)的3種節(jié)約型植物樹(shù)群、6個(gè)樣本為研究對(duì)象，研究節(jié)約型樹(shù)群群落的溫度影響因素和溫度熱能效應(yīng)的評(píng)估方法，旨在為研究節(jié)約型樹(shù)群群落發(fā)揮生態(tài)效應(yīng)的量化研究和城市綠地系統(tǒng)發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估提供可行方法和參考路徑。

1 材料與方法

1.1 研究樣本的基本特征

試驗(yàn)共有6個(gè)節(jié)約型植物樹(shù)群群落研究樣本，其中3個(gè)研究樣本分布于蘇州市環(huán)高架沿線(xiàn)，另3個(gè)研究樣本分布于蘇州市古城區(qū)的公園內(nèi)。研究樣本的樹(shù)種構(gòu)成分3種類(lèi)型，即以常綠樹(shù)種為主、落葉樹(shù)種為主、鄉(xiāng)土樹(shù)種為主的樹(shù)群，每種樹(shù)群各2個(gè)。研究樣本樹(shù)群的類(lèi)型、樹(shù)種構(gòu)成、樹(shù)群面積、樹(shù)群體積見(jiàn)表1。

1.2 指標(biāo)測(cè)試與換算方法

1.2.1 樹(shù)群面積和體積 應(yīng)用Leica DISTOTM D5型手持式激光測(cè)距儀（Leica Geosystems）測(cè)量研究樣本樹(shù)群的種植平面圖形數(shù)據(jù)，根據(jù)樹(shù)群平面圖形計(jì)算出研究樣本的面積。樹(shù)群高度為樹(shù)群樹(shù)種的算術(shù)平均高度。樹(shù)群體積（m3）=樹(shù)群面積（m2）×樹(shù)群高度（m）。

1.2.2 樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境的溫度 應(yīng)用便攜式交直流數(shù)字式溫度測(cè)定儀SWS-A2型（武漢市天聯(lián)科教儀器發(fā)展有限公司）測(cè)量6處節(jié)約型植物樹(shù)群，研究樣本內(nèi)外環(huán)境的溫度。

1.2.3 樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境的光照度 使用TES-1339R型記憶式數(shù)字式照度計(jì)（泰仕電子工業(yè)股份有限公司），采用20個(gè)點(diǎn)平均值功能，測(cè)量6處節(jié)約型植物樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境的光照度。

1.2.4 溫度與光照度 2014年8月樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境溫度和光照度測(cè)試時(shí)間為8：00-10：00、10：00- 12：00、12：00-14：00、14：00-16：00、16：00-18：00；2015年2月的樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境溫度和光照度測(cè)試時(shí)間為9：00-10：30、10：30-12：00、12：00-13：30、 13：30-15：00、15：00-16：30。每個(gè)研究樣本樹(shù)群測(cè)定1 d，測(cè)定當(dāng)日為晴天。

1.2.5 樹(shù)群的降溫和溫度熱能效應(yīng)換算方法 根據(jù)熱量公式Q（J）=4 187ρ×V×Cp×Δt，其中ρ（空氣密度）=1.29 kg/m3、V為樹(shù)群體積（m3）、Cp（空氣定壓比熱容）=1 004.88 J/（kg·℃）、Δt為樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境的溫度變化值（℃）。1 kW·h=3 599 999.348 J。從以人為本的環(huán)境節(jié)能角度考慮，由于8月環(huán)境溫度較高，樹(shù)群群落內(nèi)環(huán)境與對(duì)照外環(huán)境相比溫度降低熱能為正效應(yīng)；由于2月環(huán)境溫度較低，樹(shù)群內(nèi)環(huán)境與對(duì)照外環(huán)境相比溫度降低熱能為負(fù)效應(yīng)。所以，樹(shù)群群落內(nèi)環(huán)境的降溫?zé)崮苄?yīng)折換凈總電量=降溫?zé)崮苄?yīng)8月折換總電量-降溫?zé)崮苄?yīng)2月折換總電量。

1.2.6 日照時(shí)間 根據(jù)氣象資料對(duì)蘇州市1951-1985年的月平均日照時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，8月的日照時(shí)間為240.0 h，2月的日照時(shí)間為119.1 h。

1.2.7 植物樹(shù)群面積 城市一定區(qū)域節(jié)約型植物樹(shù)群面積統(tǒng)計(jì)方法：應(yīng)用百度地圖的衛(wèi)星圖（最大精度為20 m），將百度地圖放大到最大精度（能辨別出節(jié)約型樹(shù)群群落的基本特征），截取多張城市某區(qū)域的衛(wèi)星圖（百度地圖附有線(xiàn)段式比例尺），用Photoshop軟件將其拼合，最終得到城市某一定區(qū)域衛(wèi)星圖。將該區(qū)域衛(wèi)星圖置入CAD軟件，按照?qǐng)D片上的線(xiàn)段式比例尺的大小將圖片放大到實(shí)際大小，再將該衛(wèi)星圖區(qū)域內(nèi)的節(jié)約型樹(shù)群用云線(xiàn)描出，利用CAD軟件自帶面積統(tǒng)計(jì)工具獲得云線(xiàn)所示的節(jié)約型樹(shù)群總面積。

2 結(jié)果與分析

2.1 節(jié)約型植物樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境的溫度和光照度

2.1.1 節(jié)約型植物樹(shù)群8月內(nèi)外環(huán)境溫度和光照度的相關(guān)與回歸分析 節(jié)約型植物樹(shù)群8月內(nèi)外環(huán)境的溫度和光照度測(cè)定結(jié)果如表2所示。8月節(jié)約型植物樹(shù)群外環(huán)境溫度及其內(nèi)外環(huán)境光照度對(duì)節(jié)約型植物樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度的影響分析如表3所示。樹(shù)群外環(huán)境溫度、樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境的光照度對(duì)樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度的影響因樹(shù)群類(lèi)型不同而不同，但其相關(guān)系數(shù)均為正值，說(shuō)明樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度與樹(shù)群外環(huán)境溫度、樹(shù)群內(nèi)環(huán)境光照度及樹(shù)群外環(huán)境光照度呈正相關(guān)，但鄉(xiāng)土樹(shù)種為主樹(shù)群類(lèi)型的樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境光照度對(duì)樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度的影響均未達(dá)到顯著水平。由t測(cè)驗(yàn)看出，落葉樹(shù)種為主樹(shù)群類(lèi)型的樹(shù)群外環(huán)境溫度、樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境的光照度對(duì)樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度的回歸系數(shù)測(cè)驗(yàn)的t值均達(dá)到顯著水平，說(shuō)明這些影響因素間存在直線(xiàn)回歸關(guān)系；以常綠樹(shù)種為主樹(shù)群類(lèi)型，僅樹(shù)群外環(huán)境溫度、樹(shù)群內(nèi)環(huán)境光照度對(duì)樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度的回歸系數(shù)達(dá)極顯著水平，存在直線(xiàn)回歸關(guān)系；以鄉(xiāng)土樹(shù)種為主的樹(shù)群類(lèi)型，僅樹(shù)群外溫度對(duì)樹(shù)群內(nèi)溫度的t值達(dá)顯著水平，存在直線(xiàn)回歸關(guān)系。而以常綠樹(shù)種為主樹(shù)群類(lèi)型的樹(shù)群外環(huán)境光照度和鄉(xiāng)土樹(shù)種為主樹(shù)群類(lèi)型的樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境光照度對(duì)樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度間不存在直線(xiàn)回歸關(guān)系。

2.1.2 節(jié)約型植物樹(shù)群2月內(nèi)外環(huán)境溫度和光照度的相關(guān)與回歸分析 節(jié)約型植物樹(shù)群2月內(nèi)外環(huán)境溫度和光照度測(cè)定結(jié)果如表4所示。2月的節(jié)約型植物樹(shù)群外環(huán)境溫度及其內(nèi)外環(huán)境光照度對(duì)節(jié)約型植物樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度的影響分析如表5所示。2月樹(shù)群外環(huán)境溫度、樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境的光照度對(duì)樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度的影響比較復(fù)雜。3種類(lèi)型樹(shù)群中，樹(shù)群外環(huán)境溫度對(duì)樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度的相關(guān)系數(shù)為正值，且達(dá)到顯著或極顯著水平；而樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境的光照度對(duì)樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度的相關(guān)系數(shù)為負(fù)值或未達(dá)到顯著水平。從回歸系數(shù)測(cè)驗(yàn)的t值也可以看出，3種類(lèi)型樹(shù)群僅樹(shù)群外環(huán)境溫度對(duì)樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度的回歸系數(shù)t值達(dá)到顯著或極顯著水平，表明兩者間存在直線(xiàn)回歸關(guān)系；而樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境光照度對(duì)樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度間不存在直線(xiàn)回歸關(guān)系。

2.2 節(jié)約型植物樹(shù)群的溫度熱能效應(yīng)評(píng)估

2月、8月樹(shù)群溫度變化的熱能效應(yīng)如表6所示。6個(gè)研究樣本樹(shù)群內(nèi)環(huán)境的8月降溫?zé)崮苄?yīng)折換算為總電量是16 725.013 kW·h，其2月降溫?zé)崮苄?yīng)折換算為總電量是2 975.038 kW·h。

依據(jù)政府機(jī)關(guān)以及寫(xiě)字樓等辦公場(chǎng)所的空調(diào)溫度設(shè)定要求：夏季室內(nèi)空調(diào)溫度設(shè)置不得低于26 ℃；冬季室內(nèi)空調(diào)溫度設(shè)置不得高于20 ℃。樹(shù)群內(nèi)環(huán)境的日測(cè)試平均溫度>26 ℃，為節(jié)能正效應(yīng)；樹(shù)群內(nèi)環(huán)境的日測(cè)試平均溫度<20 ℃，為節(jié)能負(fù)效應(yīng)；20 ℃≤樹(shù)群內(nèi)環(huán)境的日測(cè)試平均溫度≤26 ℃，為節(jié)能零效應(yīng)。所以6個(gè)研究樣本樹(shù)群內(nèi)環(huán)境8月和2月的降溫?zé)崮苄?yīng)折換算成凈總電量為13 749.975 kW·h。

2.3 城市一定區(qū)域節(jié)約型樹(shù)群溫度熱能效應(yīng)的評(píng)估

圖1是蘇州市古城區(qū)內(nèi)的某評(píng)估區(qū)域（東和北方向由護(hù)城河、西由齊門(mén)路、北由東北街圍合成）綠地系統(tǒng)百度衛(wèi)星圖，該區(qū)域（紅線(xiàn)范圍內(nèi)）總面積約926 005.718 4 m2，節(jié)約型樹(shù)群面積約232 310.881 m2。6個(gè)研究樣本樹(shù)群總面積7 417.596 m2，樹(shù)群內(nèi)環(huán)境的降溫?zé)崮苄?yīng)折換凈總電量為13 749.975 kW·h，單位面積降溫?zé)崮苄?yīng)折算凈電量1.854 （kW·h）/m2，該區(qū)域8月和2月，節(jié)約型植物樹(shù)群內(nèi)環(huán)境的溫度降低熱能效應(yīng)折換算凈總電量為430 704.373 kW·h。

3 小結(jié)與討論

雖然風(fēng)力、風(fēng)向、空氣相對(duì)濕度等也是影響樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度的環(huán)境因素，但樹(shù)群外環(huán)境溫度、樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境光照度可能是影響樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度變化和熱能效應(yīng)更直接的環(huán)境因素。通過(guò)對(duì)樹(shù)群外環(huán)境溫度、樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境光照度對(duì)樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度影響的相關(guān)和直線(xiàn)回歸分析得知，無(wú)論是在年度中最熱的8月還是最寒冷的2月，樹(shù)群外環(huán)境溫度對(duì)樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度影響的相關(guān)系數(shù)和回歸系數(shù)測(cè)試都達(dá)到顯著或極顯著水平，這表明樹(shù)群外環(huán)境溫度是對(duì)樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度影響的主要因素，且兩者之間存在顯著或極顯著性正相關(guān)和直線(xiàn)回歸關(guān)系；而樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境的光照度對(duì)樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度影響的相關(guān)系數(shù)和回歸系數(shù)測(cè)試，在8月和2月有明顯不同，2月樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境的光照度對(duì)樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度的影響表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，且不存在直線(xiàn)回歸關(guān)系。這些說(shuō)明樹(shù)群外環(huán)境溫度、樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境光照度對(duì)不同類(lèi)型樹(shù)群的內(nèi)環(huán)境溫度影響不同，而且在不同月還表現(xiàn)出較大差異。

城市綠地系統(tǒng)在改善城市生態(tài)環(huán)境中發(fā)揮的作用越來(lái)越受到人們關(guān)注，因此這一領(lǐng)域的研究將會(huì)受到更多重視[1-3]。近年來(lái)，這一領(lǐng)域的研究多屬于定性方面的研究，定量和評(píng)估方法方面的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。已有針對(duì)特定樹(shù)木種類(lèi)發(fā)揮生態(tài)效應(yīng)的研究報(bào)道[4，5]。本試驗(yàn)著重研究了節(jié)約型樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度與其周邊外環(huán)境溫度及其樹(shù)群內(nèi)外環(huán)境光照度的影響，節(jié)約型植物樹(shù)群群落在年度不同月的溫度熱能效應(yīng)，樹(shù)群內(nèi)環(huán)境溫度熱能效應(yīng)折換算成經(jīng)濟(jì)效益的電量換算方式，城市某一定區(qū)域內(nèi)的節(jié)約型植物樹(shù)群的溫度熱能效應(yīng)折換算成電量的評(píng)估。這些研究結(jié)果為城市綠地系統(tǒng)中的不同樹(shù)群群落類(lèi)型發(fā)揮生態(tài)效應(yīng)的評(píng)估與發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益的量化研究提供參考和借鑒。

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