城郊森林公园植被对夏季微气候的影响∗——以福州国家森林公园为例

戴忠炜 吴姝婷 程惠珊 王 丹 李霄鹤 兰思仁，

1 福建农林大学林学院 福州 350002 2 福建农林大学园林学院 福州 350002

21世纪，全球气候变暖和城市化是人类面临的两项最严峻的挑战[1]。森林公园的植被具有高度调节气候的潜力[2-3]，它通过降低周围温度缓解热压力和优化人体舒适度。深入研究森林植物的降温效应可以为森林公园的营建提供指导。

在植被对微气候影响的研究方面，Ágnes Takács等[4]在匈牙利的东南部城市塞格德选取了5个健康的遮荫树样本，探讨遮荫植被对微气候的影响；Ruzana Sanusi等[5]在澳大利亚的墨尔本选取了3条南北走向的街道，探讨不同行道树种的叶面积指数对微气候效益的影响。我国学者对此领域也做了大量研究，例如闫伟姣等[6]在南京紫金山森林公园选取了5个植被结构相似的林地作为观测点，探究植被的叶面积指数、天空可见度和高程信息对降温效应的影响；武峰等[7]以广东省淇澳岛红树林林内和林外无林地作为研究对象，评估红树林温湿小气候环境对人体的舒适度的影响；秦仲等[8]在北京市植物园选取14个不同结构特征的植物群落作为研究对象，分别研究郁闭度、平均冠幅、叶面积指数与降温增湿效应之间的相关性。

而针对森林公园植被对微气候的影响和热环境的人体舒适度研究较少。本次研究以福州国家森林公园为例探究其不同植被对微气候的影响，研究的主要目的:一是观察福州国家森林公园建成区的树木、灌木和草地降温效果；二是分析不同绿地类型和管理方式在气温、湿度、热舒适性方面的差异。此项工作有助于了解福州森林公园的降温效果和森林公园的营建与科学管理。

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区域

福州国家森林公园位于福建省福州市晋安区新店镇。公园东边以福飞路为界限，西边延伸至湖顶与叶洋村接壤，南面为八一水库，与福州动物园相邻，北边与笔架山毗邻[9]。公园创建于1959年，总规划面积约2 891 hm2，现已建成的经营面积为859.3hm2，是福建省首家国家级森林公园，全国十大森林公园之一[10]。地理坐标为东经 119°16′， 北纬 26°07′， 属亚热带海洋性季风气候，年平均降雨量约1 438.5 mm[11]。公园根据植被群落结构划分为植物大观园、生态游览区、森林游憩区、特色经济林区、季相林带等功能分区。园内还分布园林建筑、纪念性建筑、游览建筑和旅馆建筑等十余处，代表性建筑有森林博物馆、观心亭、假日宾馆、森林小屋和正心寺庙等[12]。

1.2 观测地点和树种选择

实验选取了森林公园3种不同的植被类型，包括乔木、灌木丛和草地。树木作为森林公园重要的载体，优势树种为池杉、榕树、金山葵和白千层。金边连翘、叶子花和红叶石楠在森林公园非常受欢迎。为了避免交通和建筑对本次实验观测的影响，观测地点与交通道路和建筑物的距离需要大于20 m。因此在福州森林公园一共调查了15个观测点 (表1)，其中5处是乔木，5处是灌木丛，5处是草地。

表1 福州国家森林公园15个观测点概况

1.3 观测方法

选择7月5—7日这3天时间分别对乔木、灌木丛和草地的微气候特征进行观测。每个植被类型选取了5个实验点，且在1天内同时完成测量。在无风 (风速＜2 m/s)、晴天 (天空云盖度＜10%)、白天平均气温大于30℃进行微气候观测，利用华谊MS8229多功能数字万用表 (T的准确度为±5%度，RH的准确度为±5%)，在1.5 m的高度记录每个观测点的空气温度 (T)、相对湿度(Rh)。在实验地周围设置2个观测点，并展开同步测量。其中一个观测点位于植被生长区，另一个观测点在距离植被10 m处，是完全暴露在太阳下的硬质场地，没有植被和水体。每日观测时间在9∶00—18∶00，数据每隔10 min自动记录并存储在数据记录器中。

1.4 数据分析

每个观测点的降温值 (ΔT)是暴露在太阳下的对照点的温度与实验测试点的差值，并由空气温度修正参数进行修正而得出的，见公式 (1)；同样，通过公式 (2)可以计算出植被区的空气湿度增加效应 (ΔRH)。采用北京气象局于 1997年发布的人体舒适度指数CIi(公式3)， (ΔCI)是人体舒适度的提高效应为 (公式4)。为便于在不同观测时段进行比较，将整个观测时间(9∶00—18∶00) 分为上午 (9∶00—12∶00)、中午 (12∶00—15∶00)和下午 (15∶00—18∶00)，并使用spss软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 森林公园灌木的降温效果

灌木虽然没有明显的主干，不能像乔木一样可以为游人提供遮荫，但是它具有抗逆性强、适应性广的特点，可以进行大面积种植。研究表明，福州国家森林公园的灌木在白天平均降低空气温度0.28℃，增加1.28%的相对空气湿度，提高0.54的人体舒适指数，这说明灌木有助于森林公园微气候的改善。此外，我们还发现有无自动喷灌系统对灌木丛的降温效果有显著的差异。统计结果表明，自动喷灌的灌木丛可降低空气温度为0.38℃～0.45℃，而无喷灌的灌木丛仅降低空气温度0.17℃～0.22℃。同时，有自动喷灌的灌木丛的相对空气湿度升高了2.00%～2.05%，改善人体舒适指数0.74～0.83，而无自动喷灌的灌木丛仅增加了空气湿度0.71%～0.83%，人体舒适指数仅提高0.25～0.52。由此可见，常规的自动喷灌管理让灌木丛有更好的降温效果，首先，这可能是由于喷灌的水对灌木丛进行了局部的降温；其次，定时灌溉有利于灌木丛的生长 (表2)。

表2 福州森林公园不同观测点灌木丛的降温效果

2.2 森林公园乔木的降温效果

乔木是森林公园的骨干绿化树种，无论在功能上还是景观美化上都能提供主导作用，例如，它通过蒸腾作用可以冷却周围的微环境，茂密的枝叶可以吸收太阳辐射并为游人提供林下遮荫[13-14]。研究结果表明，福州森林公园的乔木在白天平均降低空气温度0.97℃，使空气湿度增加1.2%，人体舒适性指数改善了1.61，以获得更舒适的热环境。此外，乔木的不同空间布局可能对微气候的降温效果有所影响，例如丛植和孤植的种植形式。统计结果表明，丛生树可降低气温1.16℃～1.67℃，孤植树的降温范围为0.44℃～0.82℃，树丛相对湿度提高1.37%～2.26%，人体舒适性指数降低1.22～2.67，而孤植树仅降低0.77～1.5。研究还发现，与硬质铺砖相比，林下有草或灌木的丛生树具有更显著的降温效果，这可能是由于乔木与林下层植被的协同效应所致。因此我们鼓励更多的乔灌草混合种植，增加林分的丰富度。此外，与下午相比，乔木在上午和中午更显著地降低空气温度，增加相对湿度和提高人体热舒适度 (表3)。

表3 福州森林公园不同观测点乔木的降温效果

2.3 森林公园草坪的降温效果

除了景观和美学价值外，森林公园的草坪还具有多方面的生态效益，如调节暴雨径流、缓解热岛效应和作为应急避难等[15-16]。研究表明，福州国家森林公园的草地白天平均比裸露地区冷0.25℃，同时5个草坪平均增加了1.07%的空气湿度，提高了人体舒适度指数1.00，这意味着部分草地的热环境得到了改善。此外，在管理方式上是否有自动喷灌，这些草坪的冷却效果有惊人的差异。统计结果表明，自动喷灌的草坪可降低空气温度0.4℃左右，相对湿度升高1.82%～1.99%，改善人体舒适指数0.78～0.8；而无自动喷灌的草坪仅降低空气温度0.13%～0.17℃，相对空气仅增加0.46%～0.58%，人体舒适度的改善也仅为0.33～0.50。因此，对草坪进行常规的自动喷灌管理可以有效地提高冷却效果，这可能是由于灌溉草的生长状况优于干草所致。

表4 福州森林公园不同观测点草坪的降温效果

2.4 森林公园植被的总体降温效果

调查结果表明，福州森林公园的乔木、灌木丛和草地对夏季炎热的微气候产生了明显的影响。为了更加舒适的热环境，它们比裸露地平均一天减少空气温度0.25℃～0.97℃，以及增加空气湿度1.07%～1.28%，提高人体舒适指数0.54～1.61。然而，不同景观类型之间的冷却效果存在明显差异 (图1)。除蒸腾作用外，福州森林公园的乔木由于其遮荫功能，能够比灌木丛和草地达到更好的降温效应，而灌木丛和草地的常规灌溉能显著提高相对空气湿度。

图1 福州国家森林公园15个观测点的总体对比

3 结论与讨论

本文研究了福州国家森林公园内乔木、灌木丛和草地对夏季微气候的影响。结果表明，林下有植被覆盖的乔木比无植被覆盖的乔木、灌木丛和草地具有更高的降温效果，而适当的喷灌管理方式可以提高灌木丛和草地的降温效果。一般来说，植被冷却效果会受土地覆盖类型、面积、形状，甚至灌溉等因素的影响，而森林公园植被对微气候的积极影响在下午比上午更明显。因此，森林公园的设计者和管理者应该积极利用乔木、灌木丛和草地的降温效应来应对城市热岛的挑战。在设计中使用更多的乔木，并在林下搭配灌木或草本植物，这有助于最大限度地提高森林公园的降温效果；另外，对灌木丛和草地进行适当的灌溉可以帮助缓解城市的热岛效应。

然而，本次研究存在着2个局限性。1)此次研究是在亚热带海洋性季风气候条件下进行的，其结果不适用于其他气候特征的森林公园；2)本次研究只是从规划和管理的角度探讨森林公园的乔木、灌木丛和草地的不同降温效果，忽视了树种和草种间的差异。针对以上的局限性，我们建议在后续应做进一步的实证研究，以深入阐明森林公园植被对微气候的影响。