摘 要 :水、热和CO2通量是评价城市绿地生态效益的重要指标。在北京海淀公园中部和边缘架设涡度相关系统,连续观测和定量研究城市公园绿地影响下的通量变化特征。结果表明,公园绿地所获得的净辐射在植被生长季节大部分用于植被的蒸散作用,潜热大于显热;而在植被非生长季节大部分用于显热,潜热数值非常小。晴天显热与潜热的比值在春季随着植被枝叶的生长逐渐减少,到夏季达到最小值约1/3,在秋季随着植被叶片枯黄逐渐变大,冬季达到数倍。公园绿地能量平衡率在52%~83%,普遍存在能量不平衡。公园中部的潜热观测值大于公园边缘,而显热小于公园边缘;公园中部CO2通量日均值为负,公园绿地是CO2汇。公园绿地在植被生长季节具有明显的降温增湿、吸收CO2等生态效应。
Abstract:Urban green spaces largely affect energy and mass exchange in urban ecosystem, and they can decrease temperature, increase humidity, absorb carbon dioxide and release oxygen. It is significant to quantitatively evaluate the impact of urban green space on urban environment. Base on the surface energy and CO2 flux measurements in Haidian Park, Beijing, the water, heat and CO2 exchange was analyzed in this paper. The results show that most of incident solar radiation is changed into latent heat flux (LE) during growing season, while it is mainly changed into sensible heat flux(H) during non-growing season. The ratio of H and LE decreases from spring to summer, with one-thirds in summer and several times in winter. LE is greater in the central park than that on the fringe of the park. The most important environmental factors controlling LE are net radiation, relative humidity and atmospheric temperature. The energy imbalance phenomenon is found in this study, with energy balance ratio ranging from 52% to 83%. It is also showed that the diurnal average of CO2 flux is negative. Urban green space is the sink of carbon dioxide during growing season.
全 文 :书第 !" 卷第 # 期
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基金项目:国家自然科学基金资助项目 (5
6"778);北京市自然科学基金重点基金资助项目 (5
679);与北京市教委共建资助项目(−:−7!"597 和 ;<7
!"$65$)收稿日期:!
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;修订日期:!">=>77
作者简介:王修信(78=9 ?),男,广西桂林人,博士生,副教授,主要从事环境遥感研究2 (>@AB1:CCDAE4FE3G 7=92 H0@
致谢:感谢中国气象局北京城市气象研究所刘伟东研究员为海淀公园合作观测实验提供了一套涡度相关设备。感谢中国科学院地理科学与资
源研究所张仁华研究员、中国科学院大气物理研究所胡非研究员为海淀公园观测实验设计提供了大量建议;感谢北京市园林科学研究所李延
明高级工程师为实验提供了支持与协助;感谢海淀公园刘颖杰和周佳楠为实验提供了支持与协助;感谢中国科学院地理科学与资源研究所孙
晓敏研究员为实验提供了部分地面辅助观测仪器2
/)0.1-",). ,"’2:’IJ KL0MJHN DAO PBEAEHBA11Q O3KK0LNJR FQ .ANB0EA1 .AN3LA1 -HBJEHJ S03ERANB0E 0P &IBEA (.02 5
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城市公园绿地水、热与 9:;通量观测与分析
王修信7,!,9,5,朱启疆7,!,9,陈声海7,!,9,孙[ 睿7,!,9,杨胜天7,!,9,
胡玉梅7,!,9,刘[ 馨7,!,9,高凤飞7,!,9
(72北京师范大学 地理学与遥感科学学院遥感与地理信息系统研究中心,北京[ 7
#"6; !2环境遥感与数字城市北京市重点实验室,北京[ 7
#"6;92遥感科学国家重点实验室,北京[ 7
#"6; 52广西师范大学 计算机科学与信息工程学院,广西 桂林[ 657
5)
摘要:水、热和 &)!通量是评价城市绿地生态效益的重要指标。在北京海淀公园中部和边缘架设涡度相关系统,连续观测和定
量研究城市公园绿地影响下的通量变化特征。结果表明,公园绿地所获得的净辐射在植被生长季节大部分用于植被的蒸散作
用,潜热大于显热;而在植被非生长季节大部分用于显热,潜热数值非常小。晴天显热与潜热的比值在春季随着植被枝叶的生
长逐渐减少,到夏季达到最小值约 7 \ 9,在秋季随着植被叶片枯黄逐渐变大,冬季达到数倍。公园绿地能量平衡率在 6!] ?
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绿地是 &)!汇。公园绿地在植被生长季节具有明显的降温增湿、吸收 &)!等生态效应。
关键词:城市公园绿地;潜热通量;显热通量;&)!通量;能量平衡
文章编号:7
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其中 !"为潜热通量,指下垫面与大气间水分的热交换,包括地面蒸发或植被蒸腾的能量。# 为显热通
量,表征下垫面与大气间通过湍流形式的热交换。
D3C 分析仪(?,()E,>:;)
测量湿度和 9C3的瞬时脉动量,DFG7/9 空气温湿度计测量该高度空气温度和湿度。9HIA1 净辐射仪
(J,##KL).’.,荷兰)架设高度约 6& / 0,测量向上、向下短波辐射与向上、向下长波辐射。两块 DMG41 土壤热
流板(DNOP’Q*NR,荷兰)埋放在地下 3 2 8 (0处。数据采集器 9I/444 采样频率为 14 DS,每 14 0,.输出 1 组平
均值,正值表示物质和能量向大气方向传输。潜热和显热均经过 TG?校正[1B],9C3通量进行了水汽和显热通
量影响的订正。由于实验条件限制,在公园边缘只采集到 344/ 年 14 2 13 月和 344U 年 5 2 14 月数据。
!" 实验结果与分析
对公园中部涡度相关观测值进行分析,比较不同季节晴天天气下、春夏之交与秋冬之交阴天天气下的通
量数据(图 3、表 1)。
表 #" 公园中部不同月份能量通量(T·0 V3)和
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月份 F)."! F-R!"0-R #0-R #0-R
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/ 374 1/3 4& U8 54 /77 4& UU V 4& 4UB
U 8B8 1// 4& 73 5U UB1 4& 53 V 4& 146
B 7// 175 4& 88 B3 B8B 4& B/ V 4& 116
5 86U 18B 4& 8/ UU U8B 4& B4 V 4& 145
6 888 1U6 4& /1 U/ /58 4& UU V 4& 14/
14 178 174 4& 65 7/ 76/ 4& U4 V 4& 4U/
11 U6 1/1 3& 16 33 836 4& /B 4& 4/1
13 1U 14/ U& /U 17 317 4& /4 4& 11U
阴天 9*)NWX / 63 1/ 4& 1U 1/ 14U 4& /4 4& 4BU
11 3U 3/ 4& 6U B 5U 4& 75 4& 47U
!& #" 潜热和显热通量
由于植被蒸腾和地面蒸发,公园绿地潜热白天为正值;在晚上植被和地面温度比空气温度低而造成水汽
凝结,潜热一般为负值,晚上潜热出现正值表明夜间仍有明显的蒸发。显热白天为正值,植被或地面通过湍流
形式向大气放出热量;显热晚上一般为负值,大气向植被或地面传输热量。潜热和显热晚上变化相对平缓,夜
间最低值一般出现在子夜或凌晨,白天随着日出开始显著上升,峰值出现在 11:44 2 17:44,随后急剧下降,在
日落后趋于平稳。
从图 3 和表 1 可以看出,/ 至 6 月份植被生命活动旺盛,蒸腾的潜热较多,潜热明显大于显热,有效能量
(净辐射与土壤热通量之差)主要分配为潜热。春季显热峰值约为潜热一半,随着植被枝叶的生长,潜热逐渐
增加,显热与潜热比值也逐渐减少。夏季植被最茂密,潜热达到一年的最高值,约为春季的一倍,显热潜热峰
值比最小,仅为 4& 88。
而在秋季,随着植被枯黄、落叶,植被蒸腾变弱,潜热逐渐变小,显热与潜热的比值也逐渐增加。到冬季显
/838Y 5 期 Y Y Y 王修信Y 等:城市公园绿地水、热与 9C3通量观测与分析 Y
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图 /0 公园中部不同季节晴天的潜热 !"、显热 #、净辐射
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月份
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水平风速
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垂直风速
B’4",(-* 6#’’9
净辐射
C’" 4-9,-.(’
气温
D,4 "’E#’4-"34’
相对湿度
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!& !" 下垫面的能量平衡分析
净辐射峰值在夏季最大,约 /00 1 23,在冬季最小,约3001 23。土壤热通量与净辐射比值在夏秋季
约为 405,在冬季 43 月份小于 405,而在春季略大于 405。
!" 6 #小于 " 公园绿地对周边环境的影响
公园边缘涡度相关,东距海淀区南北大通道万泉河路仅 80 2,往返车流量大,而路东侧即为密集的居民
住宅区,其南方相距约 380 2则为西北四环的立交枢纽,观测数据受公园周边住宅区和道路车流的影响。由
于实验设备的限制,只采集到 : 9 43 月份的观测数据(表 ;)。
/;3;A : 期 A A A 王修信A 等:城市公园绿地水、热与 =H3通量观测与分析 A
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在植被生长季节,公园中部的潜热观测值大于公园边缘,而显热小于公园边缘。秋季随着植被枯黄,公园
中部与边缘潜热、显热观测值的差距逐渐减少;到植被非生长季节,这种差距达到最小。公园绿地在植被生长
季节是 /01汇,而在植被非生长季节是 /01源。而公园边缘的 /01通量日均值为正值,是 /01源,其受住宅区
和交通流的严重影响。
纵上可见,公园绿地具有明显的增加湿度、降低气温、吸收 /01的作用。
表 !" 晴天两塔水热通量(2·31)和 #% 2)78*0 (*43**1 43+ 4+3*.0 +1 9)*’. 6’:
月份
7)."!
潜热通量峰值
7-8,393 ): *-"’." !’-" :*98
中部塔
;" "!’ (’."’<
边缘塔
0. "!’ :<,.+’
显热通量峰值
7-8,393 ): 5’.5,=*’ !’-" :*98
中部塔
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边缘塔
0. "!’ :<,.+’
/01 通量日均值
>,9<.-* -?’<-+’ ): /01 :*98
中部塔
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边缘塔
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B AAA A1G 6CB 1A1 4 F& 6FG F& FEE
6F 6DA 6AE 6DF 6EF 4 F& FCG F& FCG
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61 6C 6B 6FG B1 F& 66C F& D16
;" 结论与讨论
公园绿地潜热和显热具有明显的季节变化特征。在植被生长季节,公园绿地所获得的净辐射大部分用于
植被的蒸散,潜热大于显热;显热与潜热的比值在春季随着植被枝叶的生长逐渐减少,在夏季达到最小值约
6 A,在秋季随着植被叶片枯黄逐渐变大。而在植被非生长季节,情形恰好相反,公园绿地所获得的净辐射大部分用于显热,潜热数值非常小;当气温低于摄氏零度时显热远远大于潜热,是潜热的数倍。阴天的显热值与晴天相比都非常小。地表的潜热、显热能量分配与植被的覆盖度和生长状况、土壤水份含量等下垫面特征密切相关。在植被生长季节影响潜热最大的环境因素是净辐射,其次是相对湿度和气温,再次是风速。但在冬季当气温下降到零度以下时,相对湿度、气温对潜热观测值影响不大。公园绿地能量平衡率在G1HI@AH,普遍存在能量不闭合的问题。造成能量不平衡的原因有以下几点:土壤热流板被埋放在地下1IA(3处,测量的是一定深度的土壤热通量,忽略了埋放深度以上的土壤的热能储存。涡度相关测量水热通量,要获得可靠的测量数据,理论上要求下垫面均匀且地势平坦,以避免在水平和垂直方向上形成平流,公园绿地观测点属于非均匀下垫面,非均匀效应可能造成平流的影响[A]。超声风速仪和红外/01 J10 分析仪观测的潜热、显热、/01通量的“源地”主要来自观测点上风方向风浪区,而净辐射仪
和土壤热通量板观测的辐射、土壤热通量主要受观测仪器局地特征影响,加上公园绿地非均匀下垫面效应,两
者的“源地”不相同,观测值的代表区域不同,造成能量不平衡。此外,传感器测量的能量平衡方程各项值误
差也是造成能量不平衡的一个因素[A]。
公园绿地在植被生长季节具有明显的增加湿度、降低气温、吸收 /01的作用。公园中部的潜热观测值大
于公园边缘,而显热小于公园边缘;公园中部 /01通量日均值为负,公园绿地是 /01汇。
公园绿地在植被生长季节具有较强的蒸散和光合作用等生态效应,在改善城市小气候环境方面具有极其
重要的作用。
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