拉萨地区夏季乔木形态指标对室外热环境影响的实验研究

孙辰

（西南交通大学建筑与设计学院，四川成都 610000）

1 研究背景

在城市化进程中产生的热岛效应的条件下使得绿化对室外热环境的影响研究至关重要，“城市热岛”最早由Howard[1]在1918年提出。在夏季，热岛效应会引起城市中心温度变高，降低室外舒适度[2]。拉萨地区有着太阳辐射强烈昼夜温差大的气候特点，年日照时数在3000h以上[3]。冬季寒冷决定了人们对室外热环境独特的客观需求，基于拉萨处于高海拔地区独特的气候条件背景下，拉萨地区居民有着独特的生活习惯和生活方式，当地居民有着跳锅庄舞的习俗，白天室外活动量大。最后拉萨地区存在这乔木种植策略不合理的情况。在拉萨高海拔地区气候条件背景下，将其他南方地区乔木绿化种植策略应用于拉萨地区种植是不可行的，需进一步研究其乔木植物的生物特性。

2 国内外研究现状

树木实现环境微气候的调节作用主要为以下3个途径：①乔木冠层对于太阳辐射的遮挡。②乔木冠层产生的蒸腾作用有着对空气加湿的作用。③乔木冠层对于空气流动有着遮挡效果。

林波荣[4]采用数值模拟和实地测量的方法，研究了不同绿化形式对室外热环境的影响。Parker[5]利用实地测量的方法，得出了叶面积指数与折光率呈线性关系，强调了乔木的叶面积指数在影响建筑室外热环境时的关键性作用。Shinzato[6]通过实测数据发现，树木最高可降低城市空气温度4℃和地表温度20℃。合理的树木种植方式可以提升室外活动行人的热舒适条件。王琪[7]通过对西安地区常见的乔木进行实测与微气候分析，提出了适合西安当地的乔木种植策略。通过以往的研究发现，关于绿化对室外热环境及热舒适研究的开展，在我国的夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、寒冷地区等城市已有研究成果和针对特定气候区的设计策略，然而，在寒冷地区的高海拔城市，此方面的研究较少。对于室外热环境舒适度的研究需要针对特定城市和特定气候展开探讨，以此制定的改善措施和设计指导才更加科学有效，因此这对于完善特殊气候区绿化对室外热环境及热舒适的影响研究成果具有现实意义。

3 研究地点与实验方法

本文实验以测试拉萨地区常见城市绿化乔木的物理形态指标及其对热环境的影响为主，即乔木叶面积指数、冠幅、树高对风速、温湿度及太阳辐射量影响的测试。实验地点选定为为罗布林卡公园的乔木进行测试。通过控制变量法分析不同乔木物理形态指标之间对周围热环境影响差异的大小。

3.1 实验地点概况

罗布林卡公园位于西藏拉萨西郊，始建于18世纪40年代，罗布林卡公园远离城市中心，受城市热岛效应与环境污染的干扰较小，该公园内存在大量拉萨地区常用绿化乔木树种，是理想的试验基地，如图1所示。

图1 测试地点罗布林卡

3.2 测试对象选取

根据实验要求，被选树种为拉萨市常见的城市绿化树种，同时要求每个测试树种为不同树形、未被修剪、树龄较长、冠形完整的成年乔木。为避免与其他乔木在测试中产生交叉影响，选取的测试乔木为在周围无遮挡情况下的单株乔木。考察拉萨市栽种最为广泛的绿化乔木，决定选择左旋柳、垂柳、榆树这三种乔木作为实验对象。选取的乔木测量具体乔木形态指标，如表1所示。

表1 乔木形态指标

3.3 测试仪器及测点布置介绍

在罗布林卡附近选定好要测量的乔木，确定位置，做好实验前的准备工作。

对选定的乔木进行测点布置，每株乔木布置2个测点。距离地面处水平1.5m布置2个测点，测点1和测点2分别位于树荫中心区域以及树荫外。温湿度自计仪、风速仪器、黑球温度计每15min记录一次数据，地面温度和乔木形成的阴影面积和形状每1h记录一次。选用的仪器为RR002温湿度自记仪、TSI9545A风速仪、TBQ-2太阳辐射仪、手持便携式温度枪，以上仪器均15min记录一次。

4 乔木物理形态指标对比分析

4.1 乔木树干高度对比影响分析

从理论上讲，在无遮挡的条件下，不考虑风向变化，近地面高处的风速要大于低处，这是由于受到地表摩擦的作用，接近地表的风速随着离地面距离的减小而降低。高杆乔木分枝较高，对风速阻碍作用小，低杆乔木分枝较低，对风速阻碍较大，一般情况下高杆乔木下的风速要大于低杆乔木，将3号乔木垂柳树高10m与1号乔木左旋柳树高6.12m风速对比分析，可以看出高杆垂柳风速在全天候的条件下要大于低秆垂柳风速，以测试的风速为例，最大风速出现在16:00，此时高杆的垂柳风速大于低秆的左旋柳风速127%，可以看出两组数据中，均是高杆的乔木基本在全天候的微气候下1.5m高度出风速要大于低秆的乔木，由于1.5m高度处正好属于人体活动范围的高度，因乔木高度引起的风速变化，对人体热舒适带来的影响是十分重要的。

4.2 叶面积指数LAI对比分析

我们知道，近地面的空气温度不是完全直接来自太阳辐射，部分是来自地面热辐射，不同地表对温度的影响也不同，所以为了控制下垫面的变量，实验在对比乔木LAI对太阳辐射的影响时两天选取了相同的下垫面分别是草坪和硬质铺面，所以只需比较实际测量的温度即可。乔木有良好的遮阳降温作用，对相同高度、相似冠形的乔木来说，LAI值大的乔木枝叶茂密，对太阳辐射有一定的遮挡，庇荫效果好，故对其冠层周围温度的影响要大于值小的乔木。而无遮挡的空地温度则相对较高。对比4号榆树LAI值为2.88和5号LAI值1.76的榆树，各测点温、湿度数据，从温度变化中可以看出，一天中温度最高的时刻出现在15:00，最高空气温度因太阳辐射的影响达到了32.31℃，此时LAI值2.88的乔木树下1.5m处空气温度为23.18℃，空气温度降幅为27.64%，LAI值为1.76的乔木树下1.5m处空气温度为26.13℃，空气温度降幅为19.12%。

从湿度变化可以看出，在空气温度最高的15:00时，空气湿度为34%，此时LAI值2.88的乔木树下1.5m处空气湿度为59%，湿度增幅为42%，LAI值2.88的乔木树下1.5m处空气湿度为46%，湿度增幅为26%。

从温湿度的变化中可以看出，在其他条件近似的情况下，LAI值越大，乔木下方透过的太阳辐射越少导致温度降低越明显，同时乔木下方的空气湿度与乔木LAI值的大小有着密切联系，LAI值越大，受植物蒸腾作用的影响，乔木空气湿度增幅越明显。

4.3 乔木冠幅大小对空气湿度的影响

在其他乔木树高、LAI值大小条件近似的情况下，乔木的冠幅越大，表明乔木所生长的叶片越多，受蒸腾作用的影响，乔木下方的湿度增幅应该是越大的，此处对比3号乔木垂柳和2号乔木左旋柳，两者的乔木冠幅分别为10.69m和6.9m，在冠幅大小对空气湿度影响的比对当中，可以看出在空气湿度的变化中，空气湿度受冠幅大小的影响较小，空气湿度主要受叶面积指数大小的影响，受冠幅大小的影响稍弱，冠幅大小更多影响的是乔木下方形成的温湿度场的稳定性。具体测试数据，如表2所示。

表2 不同乔木的空气湿度对比 单位：%

4.4 树冠形状对热环境的影响

不同冠形的投影面积不同，分析测试对象的树冠阴影面积随，比较最大遮阳面积，测量数据及利用面积计算公式得到结果，如表3所示。

表3 不同乔木冠幅大小下阴影面积对比

由于早晨和傍晚太阳高度角较小，树冠投影长，故阴影面积较大正午的太阳高度角最大，树冠投影基本趋于正投影，故阴影面积较小。由表3可以看出，被测对象中左旋柳的投影面积较大，其最热时投影面积为253m2、接下来依次是垂柳，其投影面积峰值为251m2。阴影面积能够反映某类树种的遮阳效果，覆盖面积越大，影响的范围就越大。对于高杆乔木垂柳和左旋柳来说，其树冠遮阳面积远远大于低杆榆树，所以高杆乔木对室外热环境的累积影响要强于低杆乔木。

5 结语

本文从实测的角度调研了拉萨当地常用绿化乔木对室外热环境的微气候参数影响，通过分析实测数据得出了以下结论。

（1）影响室外热环境微气候参数最大的乔木物理形态指标为叶面积指数，LAI值越大，在夏季对于拉萨地区的降温增湿效果越明显，结合拉萨当地的气候条件这点是极为重要的考量指标。

（2）在拉萨地区乔木冠幅对与室外热环境下空气温湿度的影响变化不大，其更为重要的作用是保证乔木下方微气候参数的稳定性。

（3）乔木的高度对风速的影响呈正相关的趋势，更高的乔木在夏季可以提升乔木下行人休息时的风速情况，从而提升舒适度。

（4）拉萨地区本土乔木在夏季对热环境改善作用的表现要高于普通乔木。

在拉萨地区的乔木种植当中，应选取叶面积指数LAI值较大，同时树高更高的乔木树种，同时在条件允许的情况下选取拉萨地区本土的树种在夏季更能提升建筑室外热环境的微气候参数，从而提升舒适度。