石家庄屋顶气象特征分析

徐振华

（1.河北省林业科学研究院，河北 石家庄 050061；2.河北省林木良种工程技术研究中心，河北 石家庄050061）

针对目前城市用地日趋紧张、城市绿地的发展受到限制这一现实，有学者提出了向“建筑的第五面索取绿色”的设想[1]，屋顶绿化越来越受到人们的重视并不断得到应用。屋顶绿化特殊环境要求植物具有较强的抗逆性[2]，还要求有一定的气象条件，如温度、光照和水分等，这些条件通过植物的生理生态活动对生长、发育发挥作用[3，4]，适宜的气象条件有助于植物的生长发育[5]。大量研究认为[6-9]，根温可直接影响植物的生长，也可通过对光合作用、水分代谢、矿质营养和植物激素等的作用间接影响植物生长。本试验对河北省林业科学研究院办公楼楼顶环境的温度、风力、相对湿度进行观测，并对土壤根温、地面花盆和楼顶花盆根温进行了定期测定，通过统计分析，揭示出楼顶气象环境特征的变化规律，以期为筛选屋顶绿化材料和开展屋顶绿化工作提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点设在河北省林业科学研究院，地处石家庄市北郊（38°8′N，114°28′E），年平均气温12.9℃，年平均最低温-2.2℃，极端最低温-19.3℃，极端最高温41.5℃。年平均日照时数2527h，日照率58%，太阳辐射总量平均531.72kJ/cm2。年平均降水量为552.8mm，年平均水面蒸发量1800mm，年平均蒸发量是降水量的3.5倍。年平均相对湿度（RH）62%。

1.2 气象因子观测

于2010年6月至2011年2月，采用AZ9871列表式风速仪分别对河北省林业科学研究院办公楼楼顶（垂直地面距离19m）、地面1.5m处的温度、风速、相对湿度（RH）进行观测，每月连续观测5d，每5min记录1次。

分别于2009年7～9月和2010年4～11月，采用地温计对土壤温度、地面花盆和楼顶花盆根温进行观测。土壤测定15cm处的土壤温度，地面花盆和楼顶花盆分别测定花盆中部15cm处的温度，每天记录 8∶00、14：00、20∶003 个时间段温度，分别放置5块，取其平均值为测定值。

2 结果与分析

2.1 屋顶与地面温度、风力、相对湿度变化情况

2.1.1 屋顶与地面温度的日变化情况 通过对地面和屋顶2010年7月至2011年2月份温度的观测发现：地面和屋顶温度呈单峰变化。由于太阳高度角的月变化，不同月份地面接受太阳辐射的起始时间不同，2010 年 7～11 月，8∶00～17∶00地面温度大于楼顶温度；随着冬季的来临，日出时间的后移，2010年12月~2011年1月地面温度大于楼顶温度从10∶00开始直至下午17∶00；而到2011年2月份，地面温度直至中午12点才开始高于楼顶温度。从图1可以看出，2010年7月与2月，地面温度高于楼顶温度，为日射型分布。晚上 18∶00～次日 7∶00 楼顶温度大于地面温度，为辐射型分布。

图1 2010年7月份与翌年2月份屋顶和地面温度的日变化

图2 2010年不同月份地面和楼顶月平均最高、最低温度变化

图3 不同月份地面和楼顶月平均风速变化

图4 不同月份地面和楼顶月平均相对湿度变化

2.1.2 屋顶与地面温度、风力、相对湿度的月变化情况 从图2可以看出，2010年6月至2011年2月，月平均最高温度地面高于楼顶，6月份地面和楼顶平均温度均达到最高值，且地面温度比楼顶温度高出7.8℃，其它月份两者相差0.20～3.60℃；月平均最低温度楼顶高于地面，2011年1月份楼顶平均温度与地面平均温度相差最大，楼顶平均温度高于地面7.25℃，8月份两者相差最小，楼顶平均温度低于地面0.58℃。昼夜温差楼顶小于地面。图3显示，楼顶月平均风速始终高于地面，两者在不同月份相差0.92～1.55m/s。由图4可知，月平均空气相对湿度楼顶比地面低9.91个百分点至24.32个百分点。

综合分析认为：屋顶风大，空气流动快，相对湿度小，再加上屋顶土层厚度的限制，即使下雨或者人工浇灌，水分也很快蒸发，会加重干旱程度；而昼夜温差小不利于植物有机物的积累。因此，屋顶恶劣的环境条件，致使很多植物难以适应，综合多种不利因素决定了屋顶植物的选择应该具有生长力强，耐干旱瘠薄，抗风力强等特点。

2.2 土壤根温、地面花盆根温和楼顶花盆根温变化情况

2.2.1 不同月份土壤根温、地面花盆根温和楼顶花盆根温变化情况

图5 不同月份8∶00土壤根温、地面花盆根温和楼顶花盆根温变化

图6 不同月份14∶00土壤根温、地面花盆根温和楼顶花盆根温变化

图7 不同月份20∶00土壤根温、地面花盆根温和楼顶花盆根温变化

土壤温度是植物生长的重要生态因子，对植物根系水分、营养的吸收有重要影响[10]。不同植物种类根系生长的最适温度不尽相同，通常在20～25℃。从图 5～7 可以看出，4～8 月份上午 8∶00，地面花盆根温>楼顶花盆根温>土壤根温，而在8~11月份上午8∶00，土壤根温>楼顶花盆根温>地面花盆根温；14∶00和20∶00楼顶花盆根温与地面花盆根温差异不明显，但均高于土壤根温。土壤根温最高值在8月，为25.97℃，对植物正常生长影响较小。楼顶花盆最高根温在7月份，为29.80℃。楼顶花盆温度高这与其接受的热辐射多密切相关，导致根温显著高于土壤根温。高根温时根冠比低，是根系直接受害的结果，温度越高，气孔张开越大，但更高的温度导致气孔关闭，净光合效率下降。高根温也可能直接抑制与根生长有关的酶而抑制根生长，或使根呼吸消耗增多，可利用的底物不足，生长减慢[14-16]，严重时导致植物死亡。

从图8可以看出，楼顶花盆和地面花盆根温变幅显著高于地面土壤，5月变幅最大，分别为9.0、8.7、4.26℃。测定期内，楼顶花盆根温变幅高于地面土壤2.87～4.80℃。土壤根温昼夜变幅对苗木的生长有一定的影响，变幅过大，抑制营养生长。

图8 不同月份土壤、地面花盆和楼顶花盆温差比较

2.2.2 不同年份土壤根温、地面花盆根温和楼顶花盆根温对比变化情况—由图9～11可以看出，2009、2010 年 8～9 月份上午 8：00，土壤根温>楼顶花盆根温；2009、2010 年 7～9 月份下午 14：00和晚上20：00，土壤根温<楼顶花盆根温，且除了2009年7月和9月份下午14：00外，楼顶花盆根温与地面花盆根温均差异不明显。

图 9 2009、2010年 7～9月份 8：00土壤根温、地面花盆根温和楼顶花盆根温变化

图 10 2009、2010年 7～9月份 14：00土壤根温、地面花盆根温和楼顶花盆根温变化

图 11 2009、2010年 7～9月份 20：00土壤根温、地面花盆根温和楼顶花盆根温变化

3 结论与讨论

（1）通过观测屋顶和地面1.5m处的温度发现，楼顶温差小于地面，春、夏和秋季三个季节楼顶最高温度比地面低，最低温度比地面高，冬季则相反，与以往研究结果存在差异，其原因可能在于：一方面，地面是大气增温的主要和直接热源，对流层主要依靠吸收地面长波辐射增温，因而距离地面越远，获得的地面长波辐射的热能也越少，温度越低；另一方面，距离地面越近，大气中能够强烈吸收地面长波辐射的水汽和气溶胶粒子也就越多，温度也就越高，越远离地面，水汽和气溶胶粒子越少，则温度越低。冬季由于地面强烈辐射冷却，使得贴近地面的气层随之降温。也可能是特定环境的原因，与楼顶风速和观测点的设置等也有一定关系。

（2）试验中测定的气象特征，与前期测定的地面、楼顶表面温度存在一定差异。徐静平等[14]在研究8种屋顶绿化木本植物的耐热性比较时发现，当气温达到40.6℃时，楼顶水泥表面温度为49.9℃，楼顶冠层温度为47.7℃，分别比土壤表面温度高出4.9、2.7℃。这可能与3个测量点设置不同，导致其所获取的热辐射不同而造成的差异，在屋顶绿化植物选择和栽培管理工作中要充分考虑气象因子的变化规律。

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