全 文 ：第 26 卷第 4 期
2010 年 4 月
建 筑 科 学
BUILDING SCIENCE
Vol. 26，No. 4
Apr. 2010
［文章编号］1002-8528(2010)04-0065-04
佛甲草辐射特性的研究
冯 驰，孟庆林，李 宁，张宇峰
(华南理工大学 亚热带建筑科学国家重点实验室 建筑节能研究中心，广州 五山 510640)
［摘 要］在对植被屋顶进行热工性能研究时，绿化植物的发射率、长波辐射吸收率和太阳辐射吸收率是 3 个基本参数，
对分析和计算植被屋顶的能量平衡有着重要意义。然而，目前学术界缺少常用绿化植物辐射特性的基本数据。本文研究了
国内最常见的绿化物种———佛甲草的辐射特性，测得佛甲草叶片对太阳辐射的吸收率为 0. 67 ～ 0. 69，发射率为 0. 81 ～ 0. 84;
同时利用太阳辐射传感器现场测得单位土地面积上密植的佛甲草草坪对太阳辐射的吸收率为 0. 83，估算得到其长波辐射吸
收率约为 1，在无进一步实验结果之前，可暂时认为单位土地面积上密植的佛甲草草坪发射率等同于叶片的发射率(0. 83)。
［关键词］佛甲草;太阳辐射吸收率;长波辐射吸收率;发射率
［中图分类号］TU985. 12 + 4;TU111. 2 ［文献标识码］A
Study on Radiative Properties of Sedum lineare
FENG Chi，MENG Qing-lin，LI Ning，ZHANG Yu-feng(Building Environment and Energy Laboratory (BEEL)，State Key
Laboratory of Subtropical Building Science，South China University of Technology，Wushan 510640，Guangzhou，China)
［Abstract］When the energy balance of green roof is discussed，the emissivity，longwave radiation absorptivity and solar radiation
absorptivity are the basic parameters. However，there is a general lack of radiative properties of green roof plants. In this paper，the
radiative properties of Sedum lineare，the most commonly used plant for green roofs in China，was studied. With the measurement
results，it was known that the solar radiation absorptivity of Sedum lineare leave ranged from 0. 67 to 0. 69，and the emissivity was
between 0. 81 and 0. 84. For serriedly planted Sedum lineare lawn，the solar radiation absorptivity was 0. 83 and the absorptivity for
longwave radiation was estimated to be 1. Furthermore，without further study，the emissivity of the lawn was recommended to adopt
0. 83.
［Keywords］Sedum lineare，solar radiation absorptivity，longwave radiation absorptivity，emissivity
［收稿日期］2009-10-26 ［修回日期］2009-11-03
［基金项目］国家自然科学基金资助项目(50538040，50838003，
50720165805)
［作者简介］冯 驰(1986-)，男，在读硕士研究生
［联系方式］chivalrousknight@ 126. com
1 引 言
近年来的许多研究表明，屋顶绿化可以缓解城
市热岛效应、降低建筑能耗和城市噪音、减弱暴雨后
的地面径流、增加生物多样性、净化水源和空气、延
长屋顶的使用寿命，并且还具有一定的美学价值，是
公认的解决现代城市中各种综合性问题的有效方法
之一。植被屋顶也因此引起了世界各国政府机关和
专家学者的兴趣［1-4］。
在对植被屋顶进行热工性能研究时，绿化植物
的发射率、长波辐射吸收率和太阳辐射吸收率是 3
个基本参数，对通过实验验证植被屋顶能量平衡方
程、分析和计算植被屋顶的能量收支状况有着重要
意义。然而，目前学术界缺少对常用绿化植物辐射
特性的研究。当前的研究中对绿化植物的辐射特性
一般取经验值:太阳辐射吸收率为 0. 73 ～ 0. 85，发
射率为 0. 92 ～ 0. 99［5-9］。这样的取值虽然一般不至
于引起非常大的误差，但不同植物的辐射特性毕竟
存在一定差异，如果能采用特定物种的对应参数值，
必定有利于更加准确地分析和计算植被屋顶的能量
平衡，从而为优化植被屋顶的热工性能奠定基础。
本文研究了国内最常见的屋顶绿化物种———佛甲草
的辐射特性，给出了佛甲草叶片和密植的佛甲草草
坪的太阳辐射吸收率、长波辐射吸收率和发射率等
参数。
DOI:10.13614/j.cnki.11-1962/tu.2010.04.004
建 筑 科 学 第 26 卷
2 研究方法
实验在华南理工大学亚热带建筑科学国家重点
实验室建筑节能研究中心的佛甲草植被屋顶进行
(见图 1)。该植被屋顶的佛甲草平均株高为 7 cm，
覆盖率接近 100%，用收割法测得叶面积指数约为
4. 6。在雨后随机摘取含水充足的佛甲草叶片，尽可
能紧密地拼接成单层平面。考虑到叶片拼接时无法
完全避免产生缝隙，而不同种类植物的叶片辐射特
性应该比叶片和其它材料的辐射特性更接近，因此
将佛甲草叶片拼接后粘贴在另一片较大的植物叶片
上(见图 2)，以减小缝隙对实验结果的影响。然后
分别用 U-4100 分光光度计和 AE 型半球辐射计测
量佛甲草叶片对太阳辐射的反射率和长波发射率。
将拼接的叶面在室内放置 5 d，待叶片失水萎蔫后重
复测量。在植被屋顶上摆放一正一反 2 个 PHZ-FZ
总(散、反)辐射传感器，同时测量入射和反射的总
太阳辐射(见图 3)，计算佛甲草草坪对太阳辐射的
反射率。由于周围物体的遮挡对实验结果可能产生
一定影响，因此仪器的摆放位置选取在草坪中部，此
处受周围物体的遮挡最少，实验结果受到的影响也
最小。另外，本实验中 2 个 PHZ-FZ总(散、反)辐射
传感器的摆放位置接近，受周围物体的影响也基本
一致，因此即使所测辐射强度与开阔水平面上所测
的辐射强度有一定出入，但反射辐射和入射辐射的
比值(即反射率)应未受显著影响。
图 1 佛甲草植被屋顶
3 结果与讨论
3. 1 佛甲草叶片的辐射特性
由于太阳辐射主要集中在短波范围内，因此用
U-4100 分光光度计测定佛甲草叶片的太阳辐射反
射率时，扫描波长选取为 200 ～ 2 600 nm。图 4 为实
图 2 拼接成的佛甲草叶片平面
图 3 PHZ-FZ总(散、反)辐射传感器的测点布置
测所得佛甲草叶片对太阳主要光谱范围内的光谱反
射率。
图 4 佛甲草叶片对太阳辐射的光谱反射率
佛甲草叶片较厚且为肉质，因此可以认为其透
射率 τ = 0。植物生理生态学的相关研究表明:在一
般情况下，植物叶片可吸收多达 97%的入射紫外线
(300 ～ 400 nm);光合有效辐射范围内(即可见光范
围内，400 ～ 700 nm)的吸收率随物种的不同而不
同，主要与叶片内色素的种类及含量有关，通常为
85%左右;波长为 700 ～ 1 200 nm 的近红外辐射主
要通过反射和透射损失，植物吸收得较少;波长超过
1 200 nm的远红外辐射主要被叶片内的水分吸收。
近红外辐射和远红外辐射两部分红外辐射共被吸收
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第 4 期 冯 驰，等:佛甲草辐射特性的研究
约 50%［8］。从图 4 来看，本文的结果与之吻合得很
好，但远红外范围内的吸收率偏高，这主要是因为肉
质的佛甲草叶片较厚且含水较多，因此可以吸收大
量的远红外辐射。
可见光和近红外辐射是太阳辐射能量最集中的
部分。从图 4 还可以看出，佛甲草叶片对可见光的
吸收率较高而对近红外辐射的吸收率较低。这可以
从植物生理学的角度加以解释:植物的光合作用主
要依赖于红橙光和蓝紫光，因而需要尽可能多地加
以吸收;而近红外辐射对植物而言并无明显的生理
功用，大量吸收反而将导致叶片温度过度升高，造成
高温胁迫，因此需要减少吸收。
采用式(1)可计算全波长范围内的太阳辐射反
射率:
ρs，leaf =
∫
∞
0
ρs，leaf(λ)q(λ)dλ
q (1)
式中，ρs，leaf为全波长范围内佛甲草叶片对太阳辐射
的反射率;ρs，leaf(λ)为佛甲草叶片对波长为 λ 的太
阳辐射的光谱反射率;q(λ)为波长为 λ 时的太阳辐
射强度，W/m3;q 为全波长范围内总的太阳辐射强
度，W/m2。
本文实际采取的积分上下限分别为2 600 nm
和 200 nm。由于该范围已经集中了绝大部分的太
阳辐射能量，因此积分限的缩小不会对结果造成明
显误差。在叶片含水充足时，计算结果为 ρs，leaf =
0. 32 ～ 0. 33;在叶片萎蔫时，ρs，leaf = 0. 31 ～ 0. 32。可
见叶片含水量的多少对叶片的太阳辐射吸收率影响
很小。为方便工程应用，可以取ρs，leaf = 0. 32，太阳辐
射吸收率αs，leaf = 1 － ρs，leaf = 0. 68。Gates，等曾测试
过部分沙漠植物对太阳辐射的吸收率，发现沙漠植
物叶片的太阳辐射吸收率一般在 0. 59 ～ 0. 83 之间，
普遍比其它植物叶片的太阳辐射吸收率低［10］。本
实验结果与之相符。
在叶片含水充分和失水较多的情况下分别用
AE型辐射计测量佛甲草叶片的发射率，实测结果
表明，在 2 种情况下佛甲草叶片的发射率接近，分别
为 0. 84 和 0. 81。考虑到在大多数情况下正常生长
的佛甲草不会严重缺水，因此可以认为一般情况下
佛甲草叶片的发射率接近叶片含水充足时的数值，
取发射率平均值εleaf = 0. 83。叶片可近似视作漫射
灰体，而根据基尔霍夫定律，相同温度下漫射灰体表
面的吸收率等于其发射率，因此叶片的长波辐射吸
收率也可取为 0. 83。
虽然 Gates，等曾用分光光度计测试过植物叶片
的辐射特性，但测试对象普遍为较大的植物叶
片［10］。本文的实验结果表明，采用叶片拼接法并结
合使用分光光度计可有效测量较小叶片的辐射特
性。
3. 2 佛甲草草坪的辐射特性
由于植株和单叶间存在明显的形态差异，入射
的太阳辐射和长波辐射以及植物本身的热辐射都会
在冠层内经过多次反射，因此不能简单地认为佛甲
草草坪的太阳辐射吸收率等于叶片的太阳辐射吸收
率、也不能简单地认为草坪的长波辐射吸收率等于
叶片的长波辐射吸收率。草坪空间几何结构的复杂
性使得目前难以准确建立草坪与外界环境的辐射换
热模型，因此也就无法通过叶片的辐射特性准确计
算出草坪的辐射特性，只能进行实测和估算。然而，
如果今后能建立起准确反映草坪空间几何结构的辐
射换热模型，就可以在不方便对草坪进行直接测试
时应用叶片的辐射特性推算出草坪的辐射特性。
前已证明佛甲草叶片的太阳辐射吸收率与植物
的水分含量没有太大关系，因此草坪太阳辐射吸收
率的测定选取在任意晴天，而没有考虑距离上一次
降雨的时间长短。全天的实测结果表明，该佛甲草
草坪对太阳辐射的吸收率平均值为αs，lawn = 0. 83。
由于仪器设备和测试方法的原因，佛甲草草坪
的长波辐射吸收率和发射率未能直接测得。考虑到
佛甲草草坪内对辐射的多次反射和吸收会使对辐射
的吸收能力增强(叶片的太阳辐射吸收率为 0. 68，
草坪的太阳辐射吸收率为 0. 83，增大了 22%)，因此
将叶片的长波辐射吸收率按相同比例放大可得草坪
的长波辐射吸收率约为 1。虽然这种计算方法未必
严谨准确，但所得结果与文献［11］的植被屋顶能量
计算模型中的推荐值吻合，可以认为结果合理。
根据基尔霍夫定律，相同温度下漫射灰体表面
的发射率与吸收率相等。在建筑热工学中各种常规
材料均按照此法取值并为实践所证实合理。但如前
所述，草坪内部存在对辐射的多次反射和吸收，这种
情况下辐射的吸收与发射不再是简单的表面现象，
将草坪视为普通的漫灰表面未必合适。同时若认为
草坪与外界无限大半球空间进行辐射换热，对外的
角系数恒定为 1，则草坪的发射率和长波辐射吸收
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建 筑 科 学 第 26 卷
率可能不相等。由于实验条件的限制，佛甲草草坪
的发射率未能测算得出。在没有进一步的实验结果
之前，可暂时认为佛甲草草坪的发射率与其叶片的
发射率相等，即εlawn≈εleaf = 0. 83。考虑到实际草坪
中叶片呈凹凸错列状，而相同材料粗糙表面的发射
率一般高于光滑表面，这一取值可能偏低。
4 结 论
本文研究了国内最常见的绿化物种———佛甲草
的辐射特性，测得佛甲草叶片对太阳辐射的吸收率
为 0. 67 ～ 0. 69，推荐取为 0. 68;发射率为 0. 81 ～
0. 84，推荐取为 0. 83;同时测得单位土地面积上密
植的佛甲草草坪对太阳辐射的吸收率为 0. 83，估算
得其长波辐射吸收率约为 1，在无进一步的实验结
果之前可暂时认为单位土地面积密植的佛甲草草坪
发射率等同于叶片的发射率(0. 83)。今后还需通
过先进的仪器设备和实验方法直接测定佛甲草草坪
的长波辐射吸收率和发射率，或者建立较为准确的
草坪空间几何模型，根据叶片的发射率间接推算出
草坪的长波辐射吸收率和发射率。
目前我国屋顶绿化最常用的物种是佛甲草，但
同时也有许多其它种类的植物得到了应用。系统研
究这些物种的辐射特性，为建筑热工计算和分析提
供基本参数，将是今后研究中值得开展的工作之一。
致 谢:在本文的撰写过程中，重庆大学建筑城
规学院的唐鸣放教授给予了悉心指导和批评指正，
在此深表感谢!
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179 ～ 193.
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