全 文 ：第20卷 第3期
Vol.20 No.3
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2012年 5月
May. 2012
城市沿河不同垂直结构绿带四季温湿效应的研究
纪 鹏1,2,朱春阳3,李树华1,4*
(1.中国农业大学农学与生物技术学院 园林生态与绿地规划学研究室,北京 100193;
2.黑龙江八一农垦大学农学院,黑龙江 大庆 163319;3.华中农业大学风景园林系,湖北 武汉 430070;
4.清华大学建筑学院景观学系,北京 100084)
摘要:选择北京北五环清河两侧不同垂直结构类型的绿地作为研究对象,利用小尺度定量测定技术方法,分析城市
河流廊道绿地不同垂直结构绿地的温湿效应,为河流廊道绿带的建设提供科学依据。结果表明:春、夏、秋3季具
有降温增湿效应,其中夏季降温增湿效应最强,春、秋2季降温增湿效应差别不大;绿地的降温增湿能力与环境温
度相关,3季日间降温增湿效应最强时段均在环境温度最高时段的14:00-16:00。春、夏、秋3季不同结构绿地类
型降温增湿幅度排序为乔-灌-草>乔-草>灌-草>草地,而冬季绿地除草地外,其余3种绿地均具有保温降湿效应,
其中乔-灌-草绿地保温降湿效应最强,乔-草和灌-草型绿地差别不大;草地在冬季表现为降温增湿效应。
关键词:城市河流;绿带;垂直结构;温湿效应;四季
中图分类号:TU985.1 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2012)03-0456-08
SelectedVerticalStructuresofGreenBeltsAlongUrbanRivers
AffectSeasonalTemperatureandHumidity
JIPeng1,2,ZHUChun-yang3,LIShu-hua1,4*
(1.LaboratoryofLandscapeEcologyandGreenSpacePlanning,ColegeofAgricultureandBiotechnology,
ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100193,China;2.ColegeofAgronomy,HeilongjiangBayiAgriculturalUniversity,
Daqing,HeilongjiangProvince163319,China;3.DepartmentofLandscapeArchitecture,HuazhongAgriculturalUniversity,
Wuhan,HubeiProvince430070,China;4.DepartmentofLandscapeArchitecture,TsinghaiUniversity,Beijing100084,China)
Abstract:Usingsmal-scalequantitativemeasurements,effectsoftemperatureandhumidityonthediffer-
entverticalstructuresofgreenbeltsalongtheQingHeRiverinBeijingwerestudiedtoprovidepractical
guidelinesforconstructinggreenbelts.Resultsindicatedthatgreenbeltscoulddecreasetemperatureand
increasehumidityinspring,summerandautumn,andhadstrongesteffectsonbothtemperatureandhu-
midityinsummer.Theeffectsofgreenbeltsonbothtemperatureandhumiditywererelatedtoambient
temperature.Thestrongesteffectsofgreenbeltsonbothtemperatureandhumidityoccurredduringhigh-
esttemperatures(between14:00-16:00)ofthreeseasons.Theeffectsofdifferentgreenbeltsontemper-
atureandhumidityinspring,summerandautumnwererankedastree-shrub-herbage>tree-herbage>
shrub-herbage>lawn.Tree-shrub-herbagehadthestrongesteffectsontemperatureincreasingandhumidi-
tydecreasingcomparedwithothertestedstructureswhilelawnhadaneffectontemperaturedecreasingand
humidityincreasinginwinter.Therewaslittledifferencebetweentree-herbageandshrub-herbageinwin-
ter.
Keywords:Urbanriver;Greenbelt;Verticalstructure;Temperature-Humiditybenefit;Fourseasons
带状绿地在城市绿地系统占据重要的位置。对
于城市带状绿地的研究,最早出现于1890年伦敦郡
的环状绿带设置构想[1]。我国于20世纪70年代末
80年代初开始带状绿地的建设。带状绿地作为城
市绿地系统中颇具特色的构成要素,它将分散、独
立、规模不一的块状绿地衔接起来[2],改善局部小
气候,降低城市热岛效应,承担着城市生态廊道的
功能。
收稿日期:2011-11-29;修回日期:2012-01-15
基金项目:国家自然科学基金项目(30972416);黑龙江省自然科学基金项目(QC2010042)资助
作者简介:纪鹏(1978-),男,黑龙江大庆人,博士研究生,主要从事城市园林生态与绿地规划研究,E-mail:jipeng78722@yahoo.com.cn;
*通信作者Authorforcorrespondence,E-mail:lishuhua912@163.com
第3期 纪鹏等:城市沿河不同垂直结构绿带四季温湿效应的研究
城市河岸植被绿带是城市带状绿地系统的重要
组成,将城市郊区的自然气流引入城市内部,阻隔和
分散城市热岛效应[3-4]。河道两侧一定宽度的绿带,
可以改善局部小气候,阻隔大面积热块的形成[5],有
效降低环境温度5~10℃[6]。当水体周围有绿地存
在时,可以使水体对周围区域的降温作用增强[7]。
随着对城市绿廊的日益关注,河岸植被带的规划设
计、利用和保护成为目前城市河流廊道研究的热点
问题[7-8]。
国外对沿河绿带的研究多见于生物多样性及对
水体质量的影响方面。相关国外研究表明,河岸植
被带可以通过渗透、过滤、吸收、沉积、截留等作用来
削弱到达表面水体或是地下水体的径流量或是携带
的污染物量[9]。10m 宽的河岸草地缓冲带可以减
少95% 的依附于沉积物一起运动的磷元素;而且,
滨河林地以及湿地能够通过土壤微生物过程(如反
硝化作用)去除约100%的氮元素[10]。80m宽的河
岸缓冲带可以滞留大部分的河流沉淀物[11]。国内
研究主要集中于道路两侧的绿带研究[12-14],缺乏对
沿河绿带结构类型因子小尺度方面定量化的深入研
究,尤其是四季中对沿河绿带的温湿度效应的连续
测定,更是未见报道。因此,本试验调查了沿河绿带
的结构类型,并分析了不同季节的温湿效应,旨在探
明河流廊道绿带的结构类型与温湿效应之间的关
系,以期为城市绿地规划及合理规划设计沿河绿带
提供科学依据。
1 研究区概况与研究方法
1.1 研究区域概况
试验地位于北京市海淀区清河附近。气候属暖
温带半湿润大陆性季风气候,冬季寒冷干燥,夏季炎
热多雨。全年平均气温为11.8℃,1月份最冷,月平
均气温-8~-4℃;8月份最热,平均气温26.1℃。
年平均降雨量为626mm,雨量集中在夏季,6-8月
降雨占全年雨量的85%。蒸发量大于降雨量,年平
均蒸发量在1800~2000mm之间。
清河位于市区北郊,系市区主要排洪河道。水
源为沿北旱河汇入的西山泉水或下游山洪以及沿北
长河于安河桥汇入的玉泉山水。流经圆明园、清河
镇,在立水桥以东入温榆河,全长23.8km,流域面
积150km2。采用《生态学实验与实习》中的植物群
落调查方法[15],调查试验区的乔木种类组成锋线,
主要有绦柳(Salixmatsudana ‘Pendula’)、白蜡
(Fraxinuschinensis)、国槐(Sophorajaponica)、油
松(Pinustabulaeformis)、圆柏(Sabinachinensis),
灌木主要为珍珠梅(Sorbariakirilowii)、迎春(Jas-
minumnudiflorum)、连翘(Forsythiasuspensa),
锦带(Weigelaflorida)。地被植物以早熟禾(Poa
annua)为主(表1)。
表1 所选4块不同内部构成带状绿地基本状况
Table1 Descriptionoffourinvestigatedgreenbeltswithdifferentinternalstructure
编号
Number
位置
Location
绿地宽度/m
Greenbeltwidth
内部构成
Internalconstitution
植物构成
Botanicalcomposition
种植密度/株·m-2
Plantingdensity
郁闭度/%
Canopydensity
1
清河旁侧
SideofQingHeRiver
45
乔-灌-草
Tree-shrub-herbage
绦 柳 (S.matsudana ‘Pendula’)、国 槐
(S.japonica)、珍珠梅(S.kirilowii)、迎春
(J.nudiflorum)、早熟禾(P.annua)
0.113 70~80
2
清河旁侧
SideofQingHeRiver
45
乔-草
Tree-herbage
国槐(S.japonica)、早熟禾(P.annua) 0.053 75~80
3
清河旁侧
SideofQingHeRiver
45
灌-草
Shrub-herbage
紫叶李(Prunusceraifera ‘Pissardi’)、珍
珠梅(S.kirilowii)、早熟禾(P.annua)
0.184 70~80
4
清河旁侧
SideofQingHeRiver
45
草坪
Lawn
早熟禾(P.annua) 0 0
1.2 研究方法
本试验样地位于北京市海淀区清河南镇段附
近,E40°01′,N116°23′。河流宽度53.4m,水深约
1.2m。绿地宽度均为45m,绿地一侧为车行道,一
侧为河流,以保证样地周边环境的一致性。
内部构成测试样地选择宽度相同(同为45m),
郁闭度均相似(郁闭度70%~80%),共选择沿道路
不同内部构成带状绿地4块,绿化覆盖率为70%~
80%(表1),内部构成分别为乔-灌-草型、乔-草型、
灌-草型和草坪。
测试点布设时,绿地内部采取网格布点。每个
测试地内部重复4段测试,每段内部纵向间隔1m
选择1个点,横向采取3个重复(图1);对照处选择
40个点作为对照。测试高度定为距地面1.5m处
754
草 地 学 报 第20卷
测定温湿度。将各个测试地所测得的数据加以平 均,得到每个测试地的温湿度值。
图1 不同内部构成网格布点示意
Fig.1 Schematicdiagramofgridmeasuringpointsoffour-greenbelts
所选绿地结构、周边环境均相似,在测试过程中
在绿地外部设裸地对照,测试每块绿地在水平方向
上的温度和相对湿度。仪器采用日本扶桑理化制品
株式会社FUSO-8829温湿度测量仪(30台)。温度
测定范围为-40~85℃,分辨率为0.1℃;湿度测定
范围为0%~100.0%RH,分辨率为0.1%RH。测
定时间选择春夏秋冬四季进行,分别在1月、4月、7
月和10月中旬进行,早上8∶00到晚上18∶00,每
2h一次分别对样地及对照处的温度、相对湿度进
行同步测定,进行7d重复测试,挑选晴好无风的3
d进行数据分析。
2 结果与分析
2.2 不同结构绿地的温湿效应
2.2.1 不同季节结构绿地的温湿日变化 从四季
的温度效应来看(图2~5),春、夏、秋、冬季日间温
度日变化总体趋势相近,降温效应呈单峰“V”字状,
即温度从早晨到傍晚随着时间的推移表现为先下降
后上升的变化趋势,降温幅度最大的时段为日间环
境温度最高时段(14:00-16:00)。不同类型绿地的
温度变化趋势与环境温度的变化趋势基本吻合,呈
现单峰曲线状,即早晚降温幅度较低,环境温度最高
时段(14:00-16:00)最高,说明绿地的降温受环境
温度变化的影响。对四季的降温幅度进行分析发
现,四季中,日降温幅度依次为夏季>秋季>春季>
冬季。其中,夏季降温幅度最大的是乔-灌-草类型,
降温幅度达4.0℃。其次是乔-草类型达3.5℃,灌-
草类型为3.3℃,草地类型最低,为2.4℃。
可见,不同类型绿地的降温幅度是不一致的。
春、夏、秋3季的绿地降温排序应为乔-灌-草>乔-草
>灌-草>草地。冬季,降温幅度最大的是草地,其
他3种类型绿地降温幅度明显小于草地,相互之间
降温幅度区分不是十分明显。可以看出,冬季绿地
的温度变化,与绿地的空间结构存在一定的相关性。
从四季的湿度效应来看(图6~图9),春、夏、秋
季的变化相似,均表现为增湿效应,呈现单峰曲线
状,即早晚增湿幅度小,在环境温度最高时段(14:00
-16:00)增湿幅度最大;而冬季则与前3季呈现相
反的趋势(图9),呈现“V”字状,即早晚相对湿度较
高,而环境温度最高时段(14:00-16:00)则相对湿
度较低,表现为干燥效应。从不同时段的增湿幅度
来看,春、夏、秋3季的排序应为夏季>春季>秋季。
从不同类型绿地的增湿幅度来看,春、夏、秋3季中
增湿依次为乔-灌-草>乔-草>灌-草>草地。其中
夏季表现最为明显,乔-灌-草增湿幅度最大,为
9.9%,乔-草次之,为8.7%,灌-草为8.3%,草地最
差,为4.6%。不同类型绿地在冬季增湿幅度草地
最差,其余3种类型差别不大。
综合分析不同类型绿地的温湿度效应,可以看
出,春、夏、秋3季总体发展趋势相似,均表现为增湿
降温效应,其中夏季温湿效应最为强烈。一天中随
着时间变化表现为先增强后减弱的趋势,在环境气
温值比较高的时段(12:00-16:00),增湿降温幅度
也最大。在3个季节的增湿降温幅度排序应为乔-
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第3期 纪鹏等:城市沿河不同垂直结构绿带四季温湿效应的研究
灌-草>乔-草>灌-草>草地。冬季的温湿效应发展
趋势与前3季不同,除(14:00-16:00)时间段外,均
呈现保温干燥效应。其中,草地的保温干燥最差,其
余类型绿地差别不大。
图2 春季绿地内外温度平均值差异比较
Fig.2 Differentcomparisonbetweeninternalandexternalaveragetemperatureofgreenspaceinspring
图3 夏季绿地内外温度平均值差异比较
Fig.3 Differentcomparisonbetweeninternalandexternalaveragetemperatureofgreenspaceinsummer
图4 秋季绿地内外温度平均值差异比较
Fig.4 Differentcomparisonbetweeninternalandexternalaveragetemperatureofgreenspaceinautumn
954
草 地 学 报 第20卷
图5 冬季绿地内外温度平均值差异比较
Fig.5 Differentcomparisonbetweeninternalandexternalaveragetemperatureofgreenspaceinwinter
图6 春季绿地内外相对湿度平均值差异比较
Fig.6 Differentcomparisonbetweeninternalandexternalrelativehumidityofgreenspaceinspring
图7 夏季绿地内外相对湿度平均值差异比较
Fig.7 Differentcomparisonbetweeninternalandexternalrelativehumidityofgreenspaceinsummer
2.2.2 四季不同郁闭度绿地3d平均温湿度变化
分别计算四季各样地3d内的温、湿度平均值并
与对照(自然环境)温湿度状况进行比较分析(图
10、图11和表2)。
对四季平均温度进行方差分析并两两比较
(Duncan’S,P=0.05)发现(图10),春、夏、秋3季
变化趋势相似,均是降温效应。其中夏季降温幅度
最大,与春秋季节有显著性差异;春秋季节差别不大,
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第3期 纪鹏等:城市沿河不同垂直结构绿带四季温湿效应的研究
图8 秋季绿地内外相对湿度平均值差异比较
Fig.8 Differentcomparisonbetweeninternalandexternalrelativehumidityofgreenspaceinautumn
图9 冬季绿地内外相对湿度平均值差异比较
Fig.9 Differentcomparisonbetweeninternalandexternalrelativehumidityofgreenspaceinwinter
表2 四季绿地内外3日平均温度和湿度值
Table2 Averagetemperatureandrelativehumidityofinternalandexternalgreenspacewithinthreedays
乔-灌-草
Tree-shrub-herbage
乔-草
Tree-herbage
灌-草
Shrub-herbage
草坪
Lawn
对照
Control
春季Spring
温度Temperature/℃ 17.0 17.3 17.4 17.7 18.2
相对湿度 Relativehumidity/% 43.5 42.7 42.4 41.4 39.0
夏季Summer
温度 Temperature/℃ 36.8 37.1 37.3 37.8 38.8
相对湿度 Relativehumidity/% 52.7 51.6 51.4 50.0 46.9
秋季Autumn
温度 Temperature/℃ 15.7 15.8 16.1 16.5 16.9
相对湿度 Relativehumidity/% 37.5 36.6 36.2 35.1 32.8
冬季 Winter
温度 Temperature/℃ 10.5 10.1 10.3 9.5 9.7
相对湿度 Relativehumidity/% 16.2 16.6 17.0 17.5 16.7
无显著性差异;而在3季不同类型之间,降温幅度依
次为乔-灌-草>乔-草>灌-草>草地。冬季则表现
为增温效应,与其他3季均有显著性差异。增温幅
度表现为乔-灌-草>乔-草>灌-草>草地。其中,
乔-灌-草绿地达0.7℃,乔-草绿地达0.6℃,灌-草绿
地达0.5℃,草地为-0.2℃。
对四季平均湿度效应进行方差分析并两两比较
(Duncan’S,P=0.05)发现(图11),春、夏、秋3季表
现为增湿效应,其中增湿幅度最大的是夏季,与春秋
季节有显著性差异;春秋季节差别不大,无显著性差
异;在3季的不同类型绿地中,增湿幅度依次为乔-
灌-草>乔-草>灌-草>草地。而在冬季则变化复
杂,草地和灌-草表现为增湿效应,增湿幅度表现分
别为1.0%和0.3%;乔-草和乔-灌-草表现为干燥效
应,增湿幅度表现分别为-0.2%和-0.5%。
综合四季3d中的平均温湿度来看,春、夏、秋
3季样地为增湿降温效应,其中夏季增湿降温幅度
最强,春秋季节差别不大;不同类型绿地增湿降温排
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草 地 学 报 第20卷
图10 四季绿地内外3日平均温度值差异比较
Fig.10 Differentcomparisonbetweeninternalandexternalaveragetemperatureofgreenspaceinthreedays
注:图中不同小写字母间差异显著(P<0.05),下同
Note:indicatesignificantdifferencesatthe0.05level,thesameasbelow
图11 绿地内外3日平均湿度值差异比较
Fig.11 Differentcomparisonbetweeninternalandexternalaveragehumidityofgreenspaceinthreedays
序为乔-灌-草>乔-草>灌-草>草地。而冬季则表
现为保温降湿效应,不同类型绿地增湿保温排序为
乔-灌-草>乔-草>灌-草>草地。
3 讨论与结论
3.1 讨论
绿地内部温湿效应一方面受绿量影响,叶片蒸
腾水分而消耗辐射热产生的温湿效应不同;另一方
面受绿地的通透性影响[13-14]。有研究表明,树木处
于生长期与生长末期的蒸腾速率差异很大[16]。夏
季植物处于生长的旺盛期,光合作用、蒸腾作用效率
高,致使植物加速生理代谢,消耗更多能量与水分,
使得绿地周围环境温度下降;土壤水分的蒸发与植
物叶片水分的散失是植物产生降温的主要原因[17]。
而春、秋季植物生理代谢处于低峰,对于能量与水分
的消耗没有夏季大,因此降温增湿幅度小于夏季。
各树种在年生长季不同测期的蒸腾速率日进程
曲线一般呈单峰型。蒸腾速率与环境因子的相关性
大小依次为:光照强度、气温、相对湿度和大气水
势[18]。但也有研究表明光强虽然是影响光合作用
和蒸腾作用变化的主导因素,夏季午间光照强度虽
然很高,但植物的光合速率与蒸腾速率反而下
降[19]。本研究表明,在一天当中,春、夏、秋3季降
温增湿效应最强的时段是在环境温度最高的时段
(14:00-16:00),主要影响因素是环境温度。蒸腾
作用不但受气孔阻力的影响,还显著地受叶温的影
响,随着叶温的升高,蒸腾速率亦不断增加,二者之
间存在着显著的正相关[19]。温度是影响蒸腾效率
的主要因素,温度高则蒸腾效率强烈,叶面及土壤蒸
发更多水分,因此降温增湿幅度更大。而冬季植物
的生理代谢进入休眠期,因此绿地的降温增湿能力
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第3期 纪鹏等:城市沿河不同垂直结构绿带四季温湿效应的研究
也是最差。不同结构绿地对温湿效应差异的影响,
主要因素是绿量。乔-灌-草类型绿地由于绿量大,
叶面积指数高,使得降温增湿效果显著,而乔-草类
型绿地由于其分枝点高,且无下层灌木的遮挡,通透
性较强,因此受空气对流、微风的影响使得降温效果
更为显著。
冬季植物的生理代谢减弱,对绿地的温湿效应
影响因素主要是局部小气候的稳定性。乔-灌-草、
乔-草和灌-草绿地在立面空间构成屏障,能够形成
稳定的局部小气候。因此温度较草地高,具有保温
功能;而草地通透性强,形成不了稳定的局部小气
候,对流和微风使草地冬季具有降温效果。
针对绿地与温湿效应的关系,有研究表明,绿地
能够有效降低热岛效应,但当硬质铺装超过50%且
植物较少的公园反而温度要高于其周围[20]。绿地
冷岛效应与其特征有关。叶面积指数与热岛效应之
间存在正相关关系,即每增加1单位的叶面积指数,
温度就降低1.2℃[17]。
3.2 结论
综合河流廊道四季不同结构类型绿地的温湿效
应可知:春、夏、秋3季具有降温增湿效应,其中夏季
降温增湿效应最强,春季、秋季降温增湿效应差别不
大;绿地的降温增湿能力与环境温度相关,在一天当
中,春、夏、秋3季降温增湿效应最强的时段是在环
境温度最高的时段(14:00-16:00);春、夏、秋3季
不同结构绿地类型降温增湿幅度排序为乔-灌-草>
乔-草>灌-草>草地。而冬季绿地除草地外,其余3
种绿地均具有保温降湿效应,其中乔-灌-草绿地保
温降湿效应最强,乔-草和灌-草型绿地差别不大;草
地在冬季表现为降温增湿效应。
通过合理设置绿地结构,可以有效降低环境中
的温度,增加湿度,调节气候,缓解城市热岛[21]。本
试验通过定量研究河流廊道绿带的不同结构类型,
结果表明其温湿度效应是不一致的,即绿地内部构
成和郁闭度达到一定的临界值以后,温湿效应才会
明显的表现出来,才能保证其功能的稳定发挥。
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(责任编辑 刘云霞)
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