城市不同绿地结构夏季小气候特征研究

林 荫，鲁小珍，张 静，郭益力

（1. 南京林业大学森林资源与环境学院，江苏 南京 210037；2. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023；3. 南京市中山陵园管理局，江苏 南京 210014）

城市不同绿地结构夏季小气候特征研究

林 荫1,2，鲁小珍1*，张 静1，郭益力3

（1. 南京林业大学森林资源与环境学院，江苏 南京 210037；2. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023；3. 南京市中山陵园管理局，江苏 南京 210014）

以南京雨花台风景区绿地作为研究对象，利用小尺度定量测定的方法，根据群落的垂直结构不同而划分乔—灌—草、乔—草、灌—草和草地的4种绿地结构类型，研究其与夏季温湿度等小气候因子的关系。结果表明，与对照相比，绿地对城市小气候有显著的降温增湿效果，且降温增湿效果乔—灌—草绿地 > 乔—草绿地 > 灌—草绿地 > 草坪。

绿地结构；降温；增湿

城市绿地是城市系统中唯一的自然成分，具有净化城市环境、恢复生态的功能[1]，其通过绿色植物的蒸腾、呼吸、吸附、反射太阳辐射等作用，降低空气和土壤温度，增加空气湿度，减少空中粉尘，改善城市景观和生态质量[2~4]。城市小气候是城市生态环境效益评价的重要内容之一，其小气候环境与人们的健康、工作、生活以及学习等息息相关[5]。近年，我国城市绿地建设速度很快，但同时也出现了绿地结构不合理、草坪多、乔灌木比例少等问题，从而影响了绿地生态功能的发挥，普遍引起了人们的重视[6]。为了更准确地反映城市绿地不同结构类型在改善小气候方面的差异，本文选择在植物生长旺盛的夏季，研究不同结构类型绿地增湿、降温效果的差异性，以期找到最适合城市绿地的植物群落内部结构，从而发现最适合城市绿地的植物搭配模式，为城市园林建设提供科学指导。

1 研究区概况

江苏省南京市属亚热带季风气候，雨量充沛，年降雨天数117 d，年降水量1 106.5 mm，四季分明，年平均温度15.4℃，年极端最高气温39.7℃，最低-13.1℃，冬、夏季长，春、秋季短。6-7月上旬雨量较为集中，为梅雨季节。夏季主要以东南风为主，7月平均为30.6℃；冬季主要以东北风为主，1月平均为1.6℃。

实验地位于南京市雨花台区，118°46′31.11″E，31°59′ 57.37″ N。实验地内乔木种类主要有香樟（Cinnamomum camphora）、榔榆（Ulmus parvifolia）、榉树（Zelkova serrata）、龙柏（Juniperus chinensis cv. kaizuka）、银杏（Ginkgo biloba）、鸡爪槭（Acer palmatum）、国槐（Sophora japonica）、桂花（Osmanthus fragrans）、紫薇（Lagerstroemia indica）、腊梅（Chimonanthus praecox），灌木主要有夹竹桃（Nerium indicum）、海桐（Pittosporum tobira）、八角金盘（Fatsia japonica）、垂丝海棠（Malus halliana）、毛鹃（Rhododendron pulchrum）、小叶黄杨（Buxus microphylla）、金叶女贞（Ligustrum vicaryi）、红花檵木（Lorpetalum chinense var. rubrum），地被植物以马尼拉草（Zoysia matrella）为主。

2 研究方案

2.1 样地选择

实验样地位于雨花台风景区，通过实地踏查和群落现状调查，选取景区内群落结构分别为乔—灌—草、乔—草、灌—草和草地的4处样地，并选择空旷的硬质铺装广场为对照。

2.2 观测内容和方法

在样地内设置20 m×30 m样地，在每个样地中各设置6个10 m×10 m的样方，进行植物群落调查，测量乔木的胸径、树高、郁闭度等指标，灌木层测定其株数、高度、盖度等，并记录草本层的多度等，分析其群落数量特征及结构特点（表1）。乔木层为主干明显的木本植物层，高度大于3 m，分叉点高于1.2 m；灌木层为无明显主干或主干较多的木本植物层，高度小于3 m，分叉点低于1.2 m；草坪为茎叶柔软，植株低矮的草本植物层，高度在0 ~ 90 cm。

表1 不同群落结构绿地的基本特征Table 1 Information about green spaces with different structure

利用小尺度定量测定方法[7]，用照度计、通风干湿表、地表温度计等对典型绿地的小气候因子进行同步测定，记录不同样地测定同一时间下、距离地面1.5 m的光照、温度、湿度、风速等气象因子数值，研究不同群落结构绿地的小气候特征。实验选取晴好、无风的相似天气，测量时间7:00-20:00，间隔为1 h，连测3 d，测量时间为2011年7月11-13日。

2.3 数据处理方法

数据处理运用数学统计软件Excel，分析对比样地小气候因子间的差距，用SPSS软件分析各个小气候因子间是否存在显著相关关系。

3 结果与分析

不同群落结构绿地的数量特征见表2。

表2 不同群落结构绿地的数量特征Table 2 Quantitative characteristics of green space with different structure

3.1 不同结构绿地的光照度差异

由图1可见，7:00-20:00，样地I、样地II、样地III、样地IV、样地V的光照度变化范围分别为：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，平均值显示：样地I（3 172.48 lx）＜样地II（5 873.06 lx）＜样地III（8 896.81 lx）＜样地IV（16 585.97l x）＜样地V（40 784.18lx）。可以看出，对光照的阻挡作用排列为乔—灌—草＞乔—草＞灌—草＞草地。在一天中任何时段，乔—灌—草、乔—草、灌—草、草坪绿地间光照度的差异均达显著水平（P < 0.05）。

3.2 不同结构绿地的气温差异

从图2中可以看出，样地I、样地II、样地III、样地IV、样地V的空气温度日变化范围依次为23.51 ~ 26.81、23.56 ~ 26.24、26.11 ~ 31.53、27.44 ~ 33.01、28.35 ~ 33.93℃，平均值显示，乔—草（24.98℃）＜乔—灌—草（25.26℃）＜灌—草（28.81℃）＜草地（29.97℃）＜硬质铺装（31.29℃），其中与对照的差值，乔—草（6.39℃）＞乔—灌—草（6.12℃）＞灌—草（2.56℃）＞草地（1.40℃）。

结合图1、图2可以看出：7:00-11:00，光照度持续攀升，但是温度的增幅乔—草（1.08℃）＜乔—灌—草（1.30℃）＜灌—草（3.24℃）＜草地（4.27℃）＜硬质铺装（4.97℃），表明所有绿地均能起到降温作用，且由于乔—草结构更为通透，其降温效果最优，其他依次为乔—灌—草、灌—草、草地型绿地；12:00-13:00光照度达到最大值，而升温幅度不明显，说明绿地的降温作用开始发挥效果；从 13:00开始，光照度开始下降，温度从14:00开始平稳下降，说明绿地对气温变化起到了缓冲作用。

图1 不同结构绿地的光照度差异Figure 1 Photon flux density of green space with different structure

图2 不同结构绿地的温度差异Figue 2 Air temperature of green space with different structure

综上所述，绿地结构对绿地降温效果影响明显。乔—草和乔—灌—草绿地的绿量大，加之林冠阻挡光照，使到达绿地内的太阳辐射通量密度较小，加上这2块绿地具有强大的蒸腾作用，导致其在高温时段的降温效应比灌—草和草坪绿地明显。乔—草绿地和乔—灌—草绿地的降温效应相差不大，在太阳辐射较强烈的时段（12:00 -16:00），乔—灌—草和乔—草这2块绿地的气温存在差异，其原因是乔—灌—草绿地绿量大于乔—草绿地，因此林下对流作用弱于乔—草绿地，导致乔—灌—草绿地温度暂时高于乔—草绿地。

在一天中任何时段，乔—灌—草、乔—草、灌—草、草坪绿地与硬质铺装样地间气温的差异中，乔—灌—草与乔—草未达到显著水平（P > 0.05），与灌—草、草坪、硬质铺装间差异达到显著水平（P < 0.05）；乔—草与灌—草、草坪、硬质铺装间差异达到显著水平（P < 0.05）；灌—草与草坪、硬质铺装样地间差异达到显著水平（P < 0.05），草坪与硬质铺装样地间差异达到显著水平（P < 0.05）。说明绿地对气温有着明显的调节作用，且在温度调节强度方面，乔—灌—草＞乔—草构＞灌—草＞草地。

3.3 不同结构绿地的相对湿度差异

由图3可知，样地I、样地II、样地III、样地IV、样地V的空气相对湿度日进程依次为97.39% ~ 99.09%、96.15% ~ 98.97%、94.48% ~ 96.62%、93.80% ~ 97.46%、90.63% ~ 96.15%，平均值显示，相对湿度乔—灌—草 >乔—草 > 灌—草 > 草地> 硬质铺装。

8:00-9:00，乔—草绿地的湿度稍高于乔—灌—草绿地，原因在于：①夜间气温低、相对湿度大，乔—草绿地内部较为通透，受周围环境大气的湿度影响较乔—灌—草绿地大；②林下结构的不同导致林下太阳辐射度不同，因而产生的蒸腾作用乔—草绿地强于乔—灌—草绿地。综合以上原因，早晨时段乔—草绿地的相对湿度稍高；随着太阳辐射逐渐增强，环境气温逐渐升高，绿地内部保湿效果开始明显，10:00-16:00，乔—灌—草绿地的相对湿度高于乔—草绿地；而单一草坪结构的绿地的保湿能力明显弱于灌—草结构绿地，且易受周围环境影响。14:00-16:00，草坪和硬质铺装的湿度下降幅度较大，且在16:00时达到最低值，这是由于地面覆盖物较少，水汽蒸发量较大，因而相对湿度下降；由于夜间温度下降，空气湿度上升，16:00-20:00，草坪和硬质铺装地的湿度也逐渐上升并趋于平稳。综合来看，与草坪相比，乔—草和乔—灌—草绿地的增湿效果明显，灌—草绿地的增湿效果较明显。

图3 不同结构绿地的相对湿度差异Figure 3 Humidity of green space with different structure

图4 不同结构绿地的地表温度差异Figure 4 Surface temperature of green space with different structure

3.4 不同结构绿地的地表温度差异

由图4可知，样地I、样地II、样地III、样地IV、样地V的地表温度日进程依次为25.90 ~ 29.42、23.53 ~ 26.90、23.41 ~ 29.75、26.41 ~ 36.52、30.54 ~ 44.12℃，平均值显示，乔—草（25.48℃）＜灌—草（26.86℃）＜乔—灌—草（27.86℃）＜草地（30.31℃）＜硬质铺装（37.18℃），其中与对照差值，乔—草（11.70℃）＞灌—草（10.32℃）＞乔—灌—草（9.32℃）＞草地（6.88℃）。

结合图2、图4可以反映出绿地对地表的有明显的降温作用。乔—灌—草、乔—草绿地对地面的降温作用效果最明显，且两者差异不大，与灌—草、草坪型绿地的降温效果间有明显差异。在 13:00-15:00，乔—草绿地降温作用高于乔—灌—草绿地，其主要原因是乔—灌—草绿地结构较为紧密，灌木加大了林下的密度，不便于林下水汽的扩散，导致地表温度乔—灌—草绿地地表温度暂时高于乔—草绿地。从图1、图4可以看出，从15:00开始，光照开始逐渐减弱，乔—灌—草和乔—草绿地的地表温度的降幅最小且平稳，接下来是灌—草、草地、硬质铺装的地表温度的降幅最大最明显，说明绿地还有保温缓冲的作用。

数据分析表明，在一天中任何时段，乔—灌—草、乔—草、灌—草、草坪绿地间地表温度的差异均达显著水平（P <0.05），说明4种绿地类型对环境有着明显的降温作用且对环境的影响各有不同。

4 结论与讨论

分析结果表明，绿地对于城市小气候有着一定的调节作用。由于绿量较大，乔—灌—草绿地增湿效果最明显，其次是乔—草绿地、灌—草绿地、草坪；由于分枝点高，且无下层灌木遮挡，通透性较强，在空气对流、微风影响下乔—草绿地的降温效果最明显，其次是乔—灌—草绿地、灌—草绿地、草坪，但两者的降温增湿效果无显著差异；灌—草绿地的降温增湿效果略弱于前两者，但仍具有较显著的降温增湿效果；草坪由于绿量低，受周边环境影响较大，因此降温增湿效果最不明显。因此，在城市绿化方面，根据绿量的大小，优先考虑乔—灌—草绿地，接下来是乔—草绿地、灌—草绿地，不提倡草坪绿化。

城市绿地系统通过各种物理、化学和生态过程对周围环境进行调节和改变[8~10]，其降温增湿效应与绿地结构、绿地类型、种植形式、结构布局、自然环境条件等有一定关系，降温增湿效应一方面受绿量影响（植物的叶面积不同，叶片蒸腾水分而产生的温湿效应不同），另一方面受绿地的通透性、边缘性影响。因此，在城市用地紧张的情况下，可以通过提高绿地植物配置的科学性、合理性来提高绿化生态效应：增加绿地的郁闭度，从而增加绿地绿量，将有利于发挥绿地的降温增湿效应；通过合理设置绿地结构，可以有效降低气温、增加湿度，调节气候，缓解城市热岛效应。如在同样的用地条件下，优先考虑乔—灌—草结构的密林型，加大密林型覆盖面积及叶面积指数，这样可以有效地减少温度日较差和年较差，充分利用自然空间增加叶面积指数。可以较多地吸收CO2，放释O2，给人们提供舒适的工作和生活环境。本试验通过定量分析结果表明，不同结构绿地的内部结构不同，温湿效应也会不同地表现出来。此外，需进一步从临界值方面展开深入研究，获取更精确的临界值，以期为城市绿地规划中带状绿地的建设提供科学依据。

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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

江苏高校优势学科建设工程资助项目

林荫（1988-），女，浙江开化人，硕士生，从事生态学研究；*通讯作者。