乔木对室外热环境改善机制的研究进展

王可

摘  要：伴随我国城市化快速发展，热岛效应等微气候问题愈发严重，极大影响了城市居民户外生活的舒适感，对此各学科对改善室外热环境的研究日趋增加。乔木对室外微气候的改善有着极大作用，本文整理分析了乔木对室外热环境改善的相关研究文献，发现国内起步较晚，近五年发展迅速，但存在区域化研究少、气象参数单一、缺乏乔木各形态因子对热环境调节的系统研究、人体热舒适指标体系不清等研究短板。

关键词：乔木;室外热环境;人体热舒适度;研究进展

1 引言

我国正处于城市化稳速发展的阶段，城市化已引发了一系列城市微气候问题如热岛效应、PM2.5等颗粒物污染。众多研究证实全球气候变化带来的热胁迫强度是影响城市居民户外生活质量的重要因素。此形式下，室外热舒适性已成为当下人居类学科研究热点。各项研究表明绿色植物对室外热环境的改善有着极大作用，其主要从风速、相对湿度、入射太阳辐射、下垫面反射的地表辐射等四个方面来改善，相比灌木与草本，乔木在这四个方面的生态效益更为突出[1-3]。热环境研究1994年开始在我国萌芽，2002年研究成果数量开始呈上升趋势，尤其在近5年增长速度明显，研究内容主要集中在乔木降温增湿机制、与人体舒适度结合研究两方面。然而目前国内针对乔木遮荫对热舒适性的改善研究结构体系不清，亟需对其进行阶段性的梳理与发展回顾，以期了解该方向的研究现状与存在的不足，为我国今后室外热环境的改善研究指出方向。

2 乔木降温增湿机制的研究

就目前看，国内针对绿化降温增湿机制的研究量最多。丁飞[4]建立16个指标的评价体系研究了四种典型植物配置模式的综合效益，发现乔灌草模式的生态效益最高，灌木模式次之，草坪最差。郑钰旦等人[5]测量空气温度、相对湿度、光照强度亦证实了该观点。石少昆等人[6]量化研究了5种常绿园林植物单位面积植被的降温能力，发现降温增湿能力从大到小依次为：大叶女贞>香樟>大叶黄杨>小叶黄杨>法国冬青。高凯等人[7]总结发现纸质叶片结构的植物蒸腾降温能力较强，绿地斑块中乔木盖度决定了降温效果，大乔木降温效果比草坪高2.2℃，降温效果与乔木面积比、绿化覆盖率、绿化最大斑块面积、绿化空间聚集度正相关。田婷等人[8]实测苏州花卉植物园中不同乔木林的温湿度，发现园内不同样地的增湿幅度0～11.7%，香樟林、槐树林、复合林在白天的增湿效果十分明显。岳甲等人[9]以街谷绿化为研究对象，比较悬铃木、香樟树荫下的太阳辐射强度、空气温湿度等参数，发现悬铃木改善热环境的能力优于香樟。周雯等人[10]通过Landsat-8 TIRS热红外数据反演地表温度，同期Spot6遥感影像数据获取绿地类型，对比研究后发现增加乔木面积比、边界复杂程度可以有效地降低区域温度。孙喆[11]则认为绿地斑块面积越大、整体形状越简单、分布越紧凑，降温能力越强，否则反之。薛雪等人[12]测量分析了上海6种典型植物的四季光合、蒸腾等生理指标以及叶面积等形态指标，认为夏季是每个树种的降温增湿能力的最高季节，秋季次之;树种降温能力排序为香樟>冬青>桂花>广玉兰>蚊母>柳杉。

3 与人体舒适度结合研究

近几年我国开始引入人体热舒适度指标作为后期数学模拟分析手段，成果与先前研究吻合度较高，但人体热舒适指标多样，适用及准确性也有待进一步研究。郑敬刚等人[13]认为影响人体舒适度的主要因素是气溫、相对湿度、风速三个指标，并依据它们建立了函数方程求得不同类型绿地的人体舒适度，得出乔木为主的公园舒适度最好的结论;姜宗香[14]运用温湿指数THI（TheimalHunmidity Index）探讨了重庆市公园植物群落对游人舒适度的影响机制，发现混交林和纯林的降温效果并无明显差别;同时肯定了郁闭度是影响人体舒适度的关键因子，认为60～70%是郁闭度对人体舒适度影响的转折点，超过该值后人体舒适度增幅会逐渐减少;还提出小型乔木对人体舒适度改善能力比大中型乔木高。沈蕾[15]研究了岭南地区的郊野公园的乔木遮荫效果，将树冠形态、冠幅尺寸、叶面积指数作为变量参数，在实测基础上采用OUT_SET*对植物遮荫效果进行热舒适评价，并结合Envi-met软件模拟得出LAI与太阳辐射透射比SRT的拟合公式，发现LAI是乔木遮荫效果的决定因子。许敏等人[16]运用通用热气候指数（Universal Thermal Climate Index，UTCI）结合检测行道树下的空气温度、相对湿度、风速、黑球温度等气象参数以及行道树的叶表面温度，研究了常见的行道树对行人热舒适的改善效果，为行道树设计给出了一定的量化指导。

4 讨论与展望

综上，乔木树荫空间对热环境的调节机制影响方面的研究成果数量虽然不多但总体质量较高，研究潜力较大。现有模拟软件还无法全面地加入植物的树形、树冠等参数变量，因此研究前期多靠实测获数据，后期则结合数学模拟软件分析。稍早的研究主要针对植物在空气温度方面的减缓作用，较片面且研究成果难以直接运用于城市及园林设计中。因此近几年相关设计研究学者将人体热舒适评价指数引入，为树荫调节微气候效果提供了又一衡量标尺，同时将研究成果更直观地为设计所运用。目前看我国该领域研究主要存在以下问题：

（1）区域化研究少，结论普适性差

我国各地树种类型差别大，不同树种热环境改善的地域化研究很有必要，国内该方面的研究数量相对较多，但地域上多以北京、上海、重庆、西安等直辖市及北方城市为主，植物种类则多以常用的几种行道树种为主，总体看缺乏区域化的普及性，不利于缓解热环境植物库的组建。

（2）气象参数单一，存在片面性

国内更多的研究主要实测温湿度两个气候参数以及植物的绿量及形态指标，并将不同指标之间进行回归分析;对太阳辐射、风速等几项气候参数考虑不多，存在较强的片面性。

（3）缺乏乔木各形态因子对热环境调节的系统研究

目前国内学者基本认同乔木树荫对热环境调节能力，但对于LAI、树荫面积、冠幅、叶片、株高等因子对空气温度、相对湿度、太阳辐射温度、风速等气象参数的影响机制以及分别对热环境和人体热舒适影响作用的研究还缺乏系统性。

（4）人体热舒适指标体系不清，仍处于尝试阶段

不同人体热舒适指标有各自的特点及目标，国内针对树荫空间及不同气候区域所适用的人体热舒适指标的梳理还未清晰;目前使用较多的THI、DI等指标考虑因子全面性不够，WBGT、SET、OUT_SET、PET等指标则处于尝试中。

参考文献

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[4]丁飞.工业区园林绿地不同配置模式综合效益评价[D].华中农业大学，2003.

[5]郑钰旦，朱思媛，方梦静，吴海堂，晏海，邵锋.城市公园不同植物配植类型与温湿效应的关系[J].西北林学院学报，2020，35（03）：243-249.

[6]石少昆，李静，季淑婷，雷琼.5种常绿园林植物秋季生态效益研究[J].现代园艺，2020，43（09）：40-42.

[7]高凯，秦俊，胡永红.上海城市居住区绿化缓解热岛效应研究进展[J].中國园林，2010，26（12）：12-15.

[8]田婷，蒋华伟，靖晶，张青.苏州中国花卉植物园温湿效应及其对人体舒适度的影响[J].中国农学通报，2020，36（01）：75-81.

[9]岳甲，陈志骏，宋莎莎，吕楚，吴学谦，严少君，申亚梅.杭州学院路绿化对夏季热环境的改善研究[J].中国城市林业，2017，15（06）：38-42.

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[11]孙喆.北京市第一道绿化隔离带区域热环境特征及绿地降温作用[J].生态学杂志，2019，38（11）：3496-3505.

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[14]姜宗香.重庆城市公园植物群落游人舒适度探讨[D].西南大学，2011.

[15]沈蕾.岭南地区郊野公园游客活动区植物遮荫效果研究[D].华南理工大学，2015.

[16]许敏，洪波，姜润声.校园行道树对夏季室外行人热舒适的影响研究[J].中国园林，2020，36（03）：139-144.