校园常见绿化植被对夏季高温的调节作用研究——以山东建筑大学为例

徐艳芳，郝彦哲

（山东建筑大学，山东 济南 250101）

1 研究方法

济南市地处中纬度地带，属温带季风性气候，年平均气温13.8℃，最热月份为7—8 月，平均气温27.1℃；极端气温最高42.5℃（1955 年7 月24 日），最低19.7℃（1953 年1 月17 日）[1]。山东建筑大学新校区地处济南市历城区，周边为城市居民用地，校园南侧紧邻雪山，植被覆盖率90%以上。优势种乔木层为侧柏（Biota orientalis），灌木层为荆条（Vitex negundo），草本层为五叶地锦（Parthenocissus quinquefolia）。校园绿化乔木主要有杜仲（Eucommia ulmoides Oliver）、国槐（Sophora japonica）、元宝枫（Acer truncatum Bunge）等，灌木有大叶黄杨（Buxus megistophylla）、紫叶小檗（Berberis thunbergii var.atropurpurea Chenault）等，以及校园绿化草地牛筋草（Eleusine indica（L.）Gaertn）、麦冬（Ophiopogon japonicus（Linn.f.）Ker-Gawl）等。校园内有映雪湖、情人坡等植被绿化群落，因此，选择山东建筑大学新校区作为校园热环境监测区，监测时段为6 月中旬-7 月初。

于2020 年6 月16—6 月23 日，6 月24—6 月26 日，在山东建筑大学新校区内采用TES1310 红外测温仪进行试验，测量精确度：±1.5℃；温度分辨率：0.1℃；测量物距比12∶1。试验将校园主要划分为运动区、教学区、生活区和游园区4 个监测区，沥青地面作为温度对比参照区，监测区及监测点位置如图1。教学区、运动区和生活区分别布置绿化草地和行道树各3 个监测点，校园游玩和沥青地面区域分别设3 个监测点。6 月21—6月27 日采取连续测量的方式，获取以天为单位的测量数据。在6 月24—6 月26 日期间，采取每隔1h 监测1次的方法，获取各时段数据，温度监测的内容为空气温度（距地面1.5m）和地面温度。

图1 监测区域位置图

2 结果特征分析

为了检验不同区域草地和行道树的空气温度是否受监测区域的直接影响，选取生活区、运动区、教学区3个监测区域内的3 个监测点所有监测日期中的中午（12∶00-13∶00）气温值进行方差分析。由表1 可知，选取不同区域，对草地和行道树的降温效果影响不大，因此，测量的温度可忽略不同区域之间的影响。

表1 3 个监测点行道树和绿化草地的空气温度方差分析

2.1 夏季校园温度日变化规律特征

通过实地温度监测可知，夏季校园内不同下垫面类型的空气温度差异性较大。通过对2020 年6 月21-27 日的3 个监测时段（7：00～8：00；13：00～14：00；17：30～18：30）和6 月18—6 月20 日5 个监测时段（7：00～8：00；9：30～10：30；12：30～13：30；13：30～14：30；17：00～18：00）内的监测点温度进行分时段分组，共8 组。进行显著性分析，由表4 可知，在校园夏季不同时间段内各下垫面类型的空气温度差异性显著。

表2 各监测时段下垫面温度方差分析

根据2020 年6 月18—6 月20 日的5 个监测时段的结果，可以反映出校园内不同下垫面的夏季温度日变化规律特征。由图2 可知，上午7：00～8：00 各下垫面类型的温度处于接近水平，从9：30 开始，各下垫面类型处于持续升温状态（特殊天气除外），其中沥青路面升温最快。13：00～14：00 4 种下垫面类型达到1 天中的气温最高值，17：00～18：00 4 种下垫面类型开始降温，其中草地的降温效果最明显[2]。从17：00 开始，由于空气温度开始自然降低，而沥青路面由于白天处于持续高温状态，与已经开始降低的空气温度形成高低局部气温对流，热空气不能迅速从地面传到空气中，因此，沥青地面的降温要持续到23：00 前后。

图2 不同下垫面温度日变化图

3 校园绿化植被对夏季高温的调节作用

3.1 绿化植被对夏季高温的日调节作用

由图3 可知，一天中草地与行道树距地面1.5m 的空气温度整体差别不大，但一天不同时间段内草地与行道树附近的空气温度有差别。从7：00 开始，随着太阳辐射强度不断增强，此时草地附近的空气温度略低于行道树附近。随着太阳辐射强度不断增强，当13：00～14：00 太阳辐射强度达到一天中最大值时，草地附近的空气温度与行道树附近存在较明显的差异[3]。

由图3 的日调节对比作用可知，校园草地的自身完整程度不同，经常受到学生和游客踩踏的影响，草地覆盖情况并不理想，裸露的草地表层有增加和吸收热量的作用，而草地自身对太阳辐射的吸收和反射能力远不及高大乔木。草地自身虽有一定的蒸腾作用，但由于草地根系较浅，不像高大乔木可通过自身发达的根系不断吸取土层较深处的水分散发到空气中[4]。当一天的空气温度达到最高值时，植物自身蒸腾作用最为活跃。而草地不能及时吸取土层深处的水分，这种高强度的蒸腾作用反而使草地自身的含水量越来越少。

图3 绿化植被对夏季高温的日调节作用对比

3.2 绿化植被对夏季高温的周调节作用

由图2 可知，在6 月18—6 月20 日的3 个监测时段内，中午时段的不同下垫面类型附近的空气温度差异最显著。因此，在考虑数据样本时，采用中午时段的气温监测数据更具有代表性，所以同样采用中午时段的气温监测数据作为绿化植被对夏季高温调节作用的数据。

由表4 可知，在6 月21—6 月27 日的1 周内，除6月23 日1 天内行道树的降温效果比草地明显，不受外界干扰的条件下，行道树的降温效果要优于草地。草地和行道树的降温效果日变化与周变化特征几乎一致。1周内草地和行道树的降温平均温差为2.7℃。因此，不论是在气温的日变化和周变化规律特征中，行道树对近地面的降温效果都要优于草地。再一次说明，受客观条件影响最小的前提下，太阳辐射强弱是影响近地面空气温度的根本原因。

图4 绿化植被降温效果周变化

4 校园绿化植被对夏季温度的调节作用

4.1 校园不同绿化植被降温效果对比

通过图3 的分析可知，在13：00～14：00 这一时段，各下垫面类型的空气温度差异最为明显。这一现象主要是由于沥青地面对太阳辐射的吸收率大而散射率过少，沥青地面在经过长时间的太阳辐射后，形成47℃以上的高温，使其地表温度比地面温度高出约10℃。校园内大量绿化植被的蒸腾作用及遮阴效果使其地面温度比沥青地面温度低很多。

4.2 校园不同下垫面类型的垂直温度

表3 横向比较校内草地、行道树、游园（映雪湖）和沥青路面的垂直温度，采用6 月21—6 月27 日各下垫面类型的13：00～14：00 气温最高时间段内的数据。由表3 可知，从降温效果来看，校园行道树和公园的植物组合是夏季校园内降温效果最明显的植物，有行道树的地面温度比空气温度平均低1.3℃。公园范围内的空气温度略高于地面的空气温度，由于公园内高大密集的植物群落组合虽然阻挡了太阳的强辐射，但阻碍了公园内部与外部的空气循环。无论是地面温度还是空气温度，在各下垫面类型中沥青路面温度最高。

表3 不同下垫面类型的温度

4.3 不同绿化植被降温效果的阈值范围

阈值是指一个效应能够产生的最高值或最低值，表4 反应的是绿化植被降温效果的阈值范围，本次研究通过计算得出全部检测点内草地、行道树、公园（映雪湖）的空气温度与沥青地面的空气温度之间的差值（即与水泥地面温差较大时，气象站所检测的温度），通过数据发现，草地、行道树、公园降温效果最为显著。

由表4 可知，当空气温度达到32.5℃时，各类型绿化植被的降温效果均达到了最佳效果，草地降温0.1～4.8℃，平均降温2.3℃；行道树降温2.2～5.4℃，平均降温3.7℃；公园的降温效果最为显著，达到5.6～6.1℃，平均降温5.8℃。在空气温度从28.5～32.5℃的升温过程中，草地、行道树、公园的降温效果也越来越明显。当温度在32.5～33℃时，这3 种类型的降温效果均有不同程度的下降。在此变化中，校园内公园（映雪湖）的降温效果要优于行道树的降温效果，行道树的降温效果也更优于草地的降温效果。任何一种植物都不能离开环境而单独生存，因此，在受到不同程度的外界条件干扰之下，各种温度对植被的作用效果也不同。在植物适应的生长环境范围内，植物发育快且长势较好；伴随着外部条件的改变，例如气温的忽高忽低超过了植物自身最适合的温度范围，反而对植被的生长发育起到一定的反作用[5]。通过温度变化的阈值范围可知，当校园温度在31.5～32.5℃时，植被的降温作用更为明显，其它温度条件下的降温效果都会受到不同程度的影响。

表4 绿化植被降温效果阈值范围（单位：℃）

5 结语

空调的发明缓解了夏季室内温度过高的情况，但由于人们不论在家、办公室和教室，夏季长期处于空调环境内，一旦从有空调的环境中换到夏季高温的室外，容易引发各种不适，人们反而更惧怕高温，正是这些植被的存在，起到了另外一种“天然空调”的作用，为人们提供了遮阴、降温、避暑的功能，同时有效缓解了城市热岛效应。

（1）绿化植被对校园夏季高温具有一定的调节作用，通过比较不同下垫面类型一天中气温最高时段的气温，得出植物围合程度高的校园小游园内，在一天中植物的降温效果最好。（2）在一定的阈值范围内，校园绿化植被的降温效果最为显著。本次研究的监测区域的选择并没有覆盖校园的全部区域，只覆盖了校园内几个重要的教学和生活区域，研究效果不是十分理想。（3）实际温度的监测过程中，部分时间内会受到外部因素的制约，如喷泉灌溉后的草地和阴天的影响，个别的测量数据会有一定的误差。