云贵高原楚雄市屋顶绿化的气象条件分析*

2013-03-20李矜霄薛强强

楚雄师范学院学报 2013年3期

李矜霄，何萍，薛强强

(1.南京信息工程大学环境科学与工程学院，江苏南京 210044;2.楚雄师范学院地理科学与旅游管理系，云南楚雄 675000;3.北京大学大气与海洋科学系，北京 100084)

1 前言

城市气候是在区域气候的背景下，经过城市化后，在人类活动影响下，而形成的一种局地气候［1］。随着城市的快速发展，大量的工厂、交通工具以及越来越多的城市人口向大气中排放的二氧化碳等温室气体急剧增加，原有的草地、森林植被等被钢筋混凝土所代替，从而导致了城市气候的恶化，“城市热岛”、“城市干岛”［1］等现象趋向严重。对城市建筑进行屋顶绿化，可以减少温室气体排放，增加空气湿度，有效缓解“城市热岛”“城市干岛”现象;同时，又可增加城市绿地面积、美化城市、净化空气、改善生态环境［2］。据何萍等人研究，楚雄市的热岛效应、干岛效应比较显著［3］，所以楚雄市有必要发展屋顶绿化，要发展屋顶绿化，就要对其屋顶绿化的气象条件及其对城市气候的影响进行分析。

本文利用楚雄市近30年 (1980—2009)的气象资料和实际观测数据，订正得出楚雄市屋顶的气象数据，进而统计分析楚雄市屋顶各气象因子的变化特征，为楚雄市发展屋顶绿化工作提供气象数据参考。

2 楚雄市屋顶气象要素分析

由于缺少楚雄市屋顶的气象数据，根据搜集统计的楚雄市1980年到2009年30年的气象资料，并结合对楚雄师范学院地面与楼顶的实测气象数据，根据气温、相对湿度随高度的垂直变化规律对气温和相对湿度进行订正，得出了楚雄市屋顶的气温、相对湿度的数据。其中，由于楚雄市气象局的观测场变迁过，所以1980—2002年的订正高度为60米，即楚雄师范学院主教学楼楼顶的海拔高度 (1832米)与楚雄市气象局旧观测场的海拔高度 (1772米)之差。2002年之后，由于楚雄市气象局观测场的搬迁，2003—2009年的订正高度为8米，即楚雄师范学院主教学楼楼顶的海拔高度 (1832米)与楚雄市气象局新观测场的海拔高度 (1824米)之差。经实地查看与调查，楚雄市楼房高度偏低，这一高度 (1832米)超过了楚雄市主城区绝大多数楼顶的海拔高度，仅比楚雄市建成的以及在建的为数不多的几幢高层建筑略低一些，因此比较具有代表性。日照、降水量、风向等气象数据由于楼顶与地面没有太大区别，所以，可以直接使用。城市屋顶的风速是多变的，影响其变化的因素也是复杂多样的，就所查阅的文献，目前没有一种比较合理的订正方法，所以，风速的数据采用搜集到的原始数据，即高于地面10.3米的风速数据。

用EXCEL把经过处理的数据进行统计分析，得出各气象因子近十年的月平均值，并绘制成趋势图，用来反应各气象因子的年变化、季度变化和日变化情况。其中，本文所采用的季节划分是按照气象学的划分标准，12月、1月、2月为冬季，3月、4月、5月为春季，6月、7月、8月为夏季，9月、10月、11月为秋季。

2.1 气温的特征分析

通过对楚雄师范学院主教学楼楼顶与地面2011年3月的实测气温数据进行统计分析，用地面气温减楼顶气温得出地面与楼顶不同时刻以及全天的平均气温差如表1。总的来看，楼顶气温比地面低，不同的时刻呈现出不同的规律，08时和14时楼顶比地面气温低，08时的温差最大，达到0.83℃，20时楼顶气温比地面略高，全天的平均气温比地面低0.14℃。结合楼高 (15m)可以换算出楚雄师范学院主教学楼这一观测点3月份的气温垂直递减率为－0.9℃/100m(3月份是楚雄市的干季)，因此本文采用气温垂直递减率干季为－0.9℃/100m，雨季为－0.6℃/100m来对楚雄市1980—2009近30年的气温数据进行订正，从而得出楚雄市屋顶的气温数据，进而对其变化特征进行分析。

表1 楚雄师范学院教学楼地面与楼顶3月温差统计表 ℃Tab.1 The temperature difference between the floors and roof of Chuxiong normal college in march

由图1可知，一年中楚雄市屋顶的月平均气温呈先升高后降低的趋势，1月到6月气温逐渐升高，6月到12月又逐渐降低。1月的平均气温最低，只有9.1℃，6月份的平均气温最高，为21.2℃，两者相差12.1℃。按四季的情况来看，冬季的气温较低，夏季气温较高。

图1 楚雄市屋顶月平均气温分布图Fig.1 The monthly average temperature variation of roof in Chuxiong City

通过对订正过的楚雄市2009年1月 (冬季的代表)和7月 (夏季的代表)02时、08时、14时、20时的平均气温统计分析，得出楚雄市屋顶气温的日变化特征 (表2)。一天当中，14时的气温最高，冬季是14.0℃，夏季是24.4℃，两者相差10.4℃。最低气温出现在08时，冬季与夏季相差13.2℃。另外，楚雄市屋顶的昼夜温差夏季略小于冬季，冬季为7.0℃，夏季仅为4.2℃。

表2 2009年楚雄市屋顶气温日变化特征 ℃Tab.2 The daily variation of roof temperature in Chuxiong City in 2009

由于订正高度不大，只有60m，楚雄市屋顶与地面最大的气温差也只有0.54℃，所以其年变化、季节变化、日变化与地面并无太大变化，变化趋势也一致。就气温方面，屋顶的气温条件也同样适合植物生长对气温的需求。

2.2 相对湿度的特征分析

通过对楚雄师范学院主教学楼楼顶与地面2011年3月的实测相对湿度数据进行统计分析，用楼顶相对湿度减地面相对湿度，得出楼顶与地面不同时刻以及全天的平均相对湿度差如表3所示。总的来看，楼顶相对湿度比地面偏高，不同的时刻呈现出不同的规律，08时楼顶与地面的相对湿度差最大，楼顶比地面高了2.52%，14时和20时楼顶比地面相对湿度偏低，楼顶全天的相对湿度比地面高0.47%。结合楼高 (15m)可以换算出楚雄师范学院主教学楼这一观测点3月份的相对湿度的垂直递减率为3.1%/100m(3月份是楚雄市的干季)，这一相对湿度的垂直递减率与溪洛渡坝区旱季的气温垂直递减率 (3%/100m)［4］极为接近，再加上两地气温垂直递减率的相似，因此本文采用溪洛渡坝区的相对湿度垂直变化规律 (气温垂直递减率干季为3%/100m，雨季为1%/100m)［4］来对楚雄市相对湿度数据进行订正，从而得出楚雄市屋顶的相对湿度数据，进而对其变化特征进行分析。

表3 楚雄师范学院主教学楼地面与楼顶3月相对湿度差统计表(%)Tab.3 The relative humidity difference between the floors and roof of Chuxiong Normal University in march

从图2可以看出，一年中，月平均相对湿度呈先减小，后增大，再缓慢减小的趋势。2月到4月，月平均相对湿度较低，这主要是因为，此段时间，楚雄市处于干季，降雨较少导致。5月到10月保持较高的月平均相对湿度，主要是因为5月到10月楚雄市处于雨季，月平均相对湿度最低的是3月，仅有53%，最高的是8月和9月，为82%，两者相差29%。但总的看来，楚雄市屋顶的相对湿度较高。按四季的情况来看，冬末春初，气候干旱，降雨较少，蒸发旺盛，因此相对湿度最低，春季和秋季降雨较多，相对湿度较高。

通过对订正过的楚雄市2009年1月 (冬季的代表)和7月 (夏季的代表)02时、08时、14时、20时的平均相对湿度统计分析，得出楚雄市屋顶相对湿度的日变化特征 (表4)。一天当中，08时的相对湿度最大，冬季是89.2%，夏季是87.1%，两者相差2.1%℃。14时的相对湿度最小冬季是57.2%，夏季是65.1%，另外，楚雄市屋顶的昼夜相对湿度差夏季略小于冬季，冬季为25%，夏季仅为20%。

图2 楚雄市各月相对湿度变化图Fig.2 The average relative humidity on roof in Chuxiong City

表4 2009年楚雄市屋顶相对湿度日变化特征 %Tab.4 The daily variation of roof relative humidity in Chuxiong City in 2009

同气温一样，由于订正高度仅为60m，楚雄市屋顶与地面最大的相对湿度差也才有1.8%，所以其年变化、季节变化、日变化与地面无太大差异，变化趋势也一致。所以，屋顶的相对湿度条件同样适合生长在地面的植物，但昼夜变化大也应考虑。

2.3 降水量的特征分析

由图3可知，一年中月平均降水量先增多，到最高值时，又急剧减少，很明显的分成干湿两季，11月到次年的4月是降水较少月份，为干季，5月到10月是降水较多月份，为雨季。12月份和2月份的月平均降水量最少，仅为9.83mm，7月份的月平均降水量最多，为191.75 mm，二者相差181.92 mm。按四季的情况来看，楚雄市的降水四季差异很大，冬季降水最少，平均只有32.31mm，仅占全年降水的3%，降水量主要集中在夏季，平均达到545.19mm，占了全年降水的59%，春季和秋季的降水量分别占了全年的18%和20%。

图3 楚雄市屋顶月降水量分布图Fig.3 The average precipitation on roof in Chuxiong City

总的来看，楚雄市屋顶的降水量年变化明显，分为明显的干湿两季，降水主要集中在5到10月份，季节变化突出，夏季降雨较多。这种变化特征对于屋顶绿化来说，具有很大的不利影响。首先，降水集中的月份虽然能给植物生长提供大量的水分，但由于连续降雨或降水过多不利于绿化工程的实施。其次降水较少的月份虽然有利于绿化工程的实施，但却不能给植物生长提供足够的水分，尤其是在植物生长初期。所以，这样的降雨量变化特征，需要在屋顶绿化工作中采取一些人为的调控措施，如降水多时排水，干旱时适当浇灌等。

2.4 日照的特征分析

通过对近30年各月日照时数进行平均，由图4可见，一年中月平均日照总时数先略有上升，然后急剧下降，到最低值后，又开始回升。总的来看，11月到次年的4月为干季，降水较少，月平均日照时数较多，5月到10月为雨季，降水较多，月平均日照时数较少。其中，8月份的日照时数最少，仅有91.76小时，3月份的日照时数最多，达到了223.53小时，两者相差131.77小时。按四季的情况来看，夏季和秋季由于处于雨季，阴雨天多，所以日照时数较少，冬春两季多处于干季，降水少，晴天多，所以日照时数较多。总的来看，楚雄市由于位于云贵高原上，所以屋顶光照充足，适合喜阳植物的生长。

图4 楚雄市屋顶月日照时数分布图Fig.4 The average sunshine on roof in Chuxiong City

2.5 风速的特征分析

由图5可知，一年中月平均风速呈先增强，后急剧下降，然后又缓慢增强的趋势，3月份到8月份呈减弱趋势，8月份到次年的3月份呈增强趋势。3月份的月平均风速最大为2.3m/s，8月份的月平均风速最小为1m/s，两者相差1.3m/s。从四季平均风速的分布情况来看，楚雄市夏秋两季风速较小，冬季和春季风速较大。

从楚雄市地面的风速数据来看，楚雄市的风速不大，即使在春季风速比较大的月份，最大风速也只有2.3 m/s。楚雄市属于中小城市，高大建筑比较少，多为5到7层的楼房。所以楚雄市屋顶的风速较小，既有利于屋顶绿化工程的实施，也有利于植物的生长。

图5 楚雄市各月平均风速分布图Fig.5 The average wind speed sunshine in Chuxiong City

2.6 风向的特征分析

从楚雄市1月 (图6)和7月 (图7)的风向玫瑰图可以得出，楚雄市冬季多偏西风，夏季多西南风和东南风。因此，在屋顶实施绿化时，较高大植物不宜种植在主导风向的下风向，即东北方向和西北方向，以免出现植物坠落砸伤行人或砸坏物体的危险。

图6 楚雄市1月风向玫瑰图Fig.6 The wind rose of Chuxiong in January

图7 楚雄市7月风向玫瑰图Fig.7 The wind rose of Chuxiong in July

2.7 屋顶气象条件评价

就目前主流的屋顶绿化植物品种，如佛甲草、矮生紫薇、菊花等生长习性来看，楚雄市屋顶的气象条件是比较优越的，适合它们的生长。光照充足，气温年变化不大，并且全年没有0℃以下气温，比较温和。相对湿度较大，雨量充足，但各月分布不均，分为明显的干湿两季，需要采取人工的排水、浇灌来进行调节。风速较小，不会影响到这些低矮植物、藤本植物的生长，另外也有利于屋顶绿化工程的实施。因此，总体来看，楚雄市屋顶的气象条件是适合发展屋顶绿化的。