王紅娟，黃華芳，2，* ，王 健，2，張聰聰，左曉明

(1．河北師范大學資源與環(huán)境科學學院，石家莊 050024;2．河北省環(huán)境演變與生態(tài)建設實驗室，石家莊 050024)

濱河濕地公園擁有良好的生態(tài)環(huán)境和多樣化的景觀資源。作為城市綠地系統(tǒng)的重要組成部分，它在調(diào)節(jié)氣候、美化環(huán)境、維護區(qū)域生態(tài)平衡等方面具有不可替代的作用［1］。布局合理、達到一定面積的綠地通過蒸騰作用能夠產(chǎn)生大量水蒸氣，使其周圍的空氣濕度提高5%—20%［2］。濱河濕地公園以其特有的生態(tài)功能，維系著城市水、生命、文化、環(huán)境等多方面的關(guān)系，在人類歷史的發(fā)展進程中扮演著不可或缺的重要角色［3］。

國外對于城市濕地公園的研究，多予關(guān)注的是植物物種組成及其豐富度的生態(tài)景觀效應、生態(tài)景觀遭受破壞引起的環(huán)境劣化、生態(tài)景觀退化的影響因素和景觀修復、生態(tài)景觀資源的優(yōu)化管理和生態(tài)旅游業(yè)的可持續(xù)發(fā)展等問題［4-12］;國內(nèi)有關(guān)城市濕地公園的研究起步較晚，而且大多是出于為城市建設、發(fā)展服務的目的，集中在城市濕地公園植物景觀［13-16］、園區(qū)規(guī)劃與建設［17-21］等方面?？傮w來看，迄今在國內(nèi)外涉及城市濕地公園增濕效應類的研究較為缺乏。

于2012年10月10—12日和2013年9月27—29 日、10 月2、3、6 日晴朗無風(或風速小于 0．2 m/s)的天氣條件下，在石家莊市太平河濱河濕地公園，選擇不同結(jié)構(gòu)的下墊面和不同植被類型覆蓋的地段，對距地面1．5 m高度內(nèi)的大氣濕度變化情況進行了系統(tǒng)監(jiān)測，從定量的角度研究了不同植被類型在秋季白天各時段增濕效應的垂向和橫向變化規(guī)律，探討了不同植被類型的增濕效應差異及濱河濕地公園的綜合增濕功能。其結(jié)果不僅對拓展城市濕地生態(tài)效應研究具有理論意義，對改善人居環(huán)境也具有實踐意義。

1 研究區(qū)概況

太平河濱河濕地公園位于石家莊市北部，沿太平河呈北東東向展布，長約18 km。研究監(jiān)測區(qū)位于公園東部、太平河北岸的雅臨園(圖1a)，面積1．68 km2，其南側(cè)的太平河為人工引水，河寬240 m;北側(cè)的滹沱河幾近干涸。監(jiān)測區(qū)內(nèi)地形平坦，植被覆蓋度較高，植被類型主要為桃樹(Prunus persica)、加楊(Populus canadensis)、垂柳(Salix babylonica)、金銀木(Lonicera maackii)、野牛草(Buchloe dactyloides)及早熟禾(Poa pratensis)等，周圍空間開闊，臨近20 m范圍內(nèi)無其他綠地。

研究區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風氣候。年均氣溫11．8—13．2 ℃;年均降水量為450—550 mm，干濕期明顯。夏冬季長，春秋季短:春季長約55 d，夏季長約105 d，秋季長約60 d，冬季長約145 d。秋季，晴朗少雨，氣候宜人［22］。

2 大氣濕度監(jiān)測及數(shù)據(jù)處理

大氣濕度監(jiān)測使用衡欣科技公司生產(chǎn)的數(shù)字溫濕測量儀(型號8716)，測定范圍為0—100%RH，分辨率0．1%RH;用測尺對測點進行水平距離和垂直高度定位。

圖1 太平河濱河濕地公園測點分布圖Fig．1 Distribution ofmeasure points in Taiping Riparian Wetland Park

2．1 大氣濕度監(jiān)測

監(jiān)測點位布設垂直于太平河岸，以河岸為起點，向北至翠屏東路為終點。下墊面分別為濱河水泥硬質(zhì)路面(寬約14 m)、喬-草綠地(寬約58 m)、灌木林(寬約22 m)(圖1a，表1)。

表1 測區(qū)下墊面結(jié)構(gòu)類型及特征Table 1 Characteristics of underlying surfaces along themeasure line

為確保各監(jiān)測點數(shù)據(jù)能夠系統(tǒng)反映不同綠地大氣濕度的變化規(guī)律，在晴天靜風或風速＜0．2 m/s的條件下，選擇植被分布均勻的樣方進行相對濕度監(jiān)測，并盡量避免人流的影響。監(jiān)測時間為 8:00、10:00、12:00、14:00、16:00 和 18:00 六個時段?？紤]到河流蒸發(fā)和植被蒸騰對濱河水泥路面上空大氣濕度有一定影響，而喬-草林、灌木林內(nèi)部環(huán)境均一，在太平河北岸濱河水泥路面監(jiān)測點較密，水平間距為2 m，在喬-草林、灌木林內(nèi)監(jiān)測點較疏，水平間距約為11 m;在近地面1．5 m及以下高度布設監(jiān)測點，垂向測點間距0．2 m。

此外為研究不同下墊面大氣增濕效應的差異性，還選擇了面積相近、無植被和水體等環(huán)境因素影響的裸地進行了比測研究(圖1b)。

2．2 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Excel軟件對監(jiān)測區(qū)按灌木林、喬-草林及水泥路面等下墊面類型分別建立相應的數(shù)據(jù)文件，對各時段監(jiān)測數(shù)據(jù)進行橫向和垂向多重比較，并與裸地5個測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)相對照，分析各類下墊面增濕效應的差異性、同類下墊面在不同時段增濕效應的變化規(guī)律。

3 監(jiān)測結(jié)果

將太平河濱河濕地公園各測點不同時間、不同高度的大氣相對濕度監(jiān)測結(jié)果繪制成圖(圖2)。

圖2 太平河濱河濕地公園各測點不同時段相對濕度Fig．2 Relative hum idity ofmeasure points at different times in Taiping riparian wetland park

由圖2可以看出，大氣濕度呈現(xiàn)由水泥(或石質(zhì))路面向綠地中央升高的趨勢。雖然不同類型綠地的大氣濕度值在不同時段、不同高度有所差異，但由于1．5 m高度以下灌木林種植密度大，植被蓋度大，蒸騰作用強，其增濕效應強于喬-草林(1．5 m以下為裸干)。因此，總體上大氣濕度由高到低依次為灌木林、喬-草林、園內(nèi)石質(zhì)小路、水泥路面。

3．1 濱河水泥路面

由于河邊有高1．2 m的護欄，水泥路面上的測點①在10:00—16:00內(nèi)處于陰影下，與測點②—⑦背景不同，故在數(shù)據(jù)分析時進行了合理取舍。

8:00，垂向上，大氣濕度值在1．5 m高度范圍內(nèi)由下往上呈升高趨勢，平均幅度約2%，表明在8:00前水泥地面受河流及植被影響較弱，其上方空氣仍保留了夜間大氣的垂向濕度變化特征。水平方向上，各高度的空氣濕度值均變化較小，平均幅度不足2%，說明早8:00前溫度較低，蒸發(fā)、蒸騰作用較弱，河流及植被的影響都比較小。

10:00，在14 m寬的水泥路面上，從垂向上看，由于大氣的混合作用使?jié)穸戎底兓淮?，平均幅度小?%，但也呈現(xiàn)出近地面濕度值較低的規(guī)律;與8:00相比較，10:00的大氣濕度顯著降低，平均幅度21%左右，且近地面0．8 m降低較為明顯。說明，8:00—10:00內(nèi)隨太陽輻射強度的增加，水泥路面的熱烘烤作用在增強。水平方向上，在距河岸2—6m范圍內(nèi)，隨距河岸距離的增加，濕度逐漸降低，由28.5%降低到26%;在植被覆蓋區(qū)邊緣8 m范圍以內(nèi)，濕度值基本穩(wěn)定在25%左右。說明此時河流水面蒸發(fā)作用對附近大氣濕度的影響強于植被。

12:00—14:00，大氣濕度無論在垂向上，還是在水平方向上，均較10:00之前有較大幅度降低，平均濕度值由10:00的25%—29%減小到14:00的23%—24%，其中距河岸2—6 m左右范圍內(nèi)降低幅度最大，約5%，而遠離河岸接近植被覆蓋區(qū)濕度值降低較少，不足2%。說明，一方面水泥路面輻射散熱作用增強;另一方面，與植被蒸騰作用相比較，此時河流蒸發(fā)作用對相鄰地帶大氣濕度的影響明顯減弱。

16:00，大氣濕度值較14:00有所回升，河岸北側(cè)2—4 m范圍內(nèi)濕度平均回升約5%，且近地面0.4 m高度以下濕度回升值顯著大于0.4 m以上;河岸北側(cè)4—6 m范圍內(nèi)濕度回升約4%;在植被覆蓋區(qū)邊緣6 m范圍內(nèi)，近地面0.2 m高度內(nèi)濕度回升幅度較大，平均約5%左右，0.2 m以上濕度回升不足3%。說明，水面蒸發(fā)和植被蒸騰作用對近地面空氣濕度影響較大，而河流的水平影響范圍雖小于植被，但其影響下的大氣濕度回升速度卻大于植被。

18:00和16:00之前相比，大氣濕度回升加快，平均增幅約12.5%。水平方向上，自河岸至植被覆蓋區(qū)邊緣濕度值逐漸增大，大體按首項為38.1%、公差為1%的數(shù)列遞增，表明此時植被增濕效應強于河流。垂向上，近地面濕度回升幅度較0.2 m高度以上小，表現(xiàn)出濕度回升幅度和溫度降低幅度有較強相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.8。

以上監(jiān)測數(shù)據(jù)的規(guī)律性變化揭示出，居于河流與植被覆蓋區(qū)之間的水泥路面，秋季白天8:00—14:00內(nèi)溫度升高時植被及河流影響下的大氣濕度減小幅度在近地面處(高度約0.2 m)較大，而在16:00—18:00內(nèi)溫度顯著降低時濕度變化幅度則是近地面處較小。從水泥路面周邊環(huán)境影響來看，整體上是植被的影響范圍要大于河流。

3.2 植被

圖2還揭示了不同植被條件下大氣濕度的變化的基本規(guī)律。

喬-草林中 8:00空氣濕度平均值最大，為59.7%;10:00—12:00內(nèi)迅速降低至39.8%;14:00降至37.1%;16:00濕度略有回升，平均濕度值為37.7%;18:00迅速回升到49.5%。8:00—18:00內(nèi)各監(jiān)測時段喬-草林邊緣濕度值較內(nèi)部分別低11.9%、10.8%、12.3%、11.6%、10%、5%。垂向上，喬-草林濕度值在近地面處顯著大于0.2 m以上高度，且各時段差值不同，分別為10.5%、14.3%、14.5%、13.7%、12.9%、13.3%。此變化規(guī)律揭示出，8:00植物光合作用及蒸騰作用較弱，對濕度影響較小，夜間地被植物凝聚較多水分，使得近地面處濕度值較0.2 m以上高度的濕度值大;10:00—14:00內(nèi)溫度較高，一方面植物的蒸騰作用、光合作用對上層空氣濕度的變化產(chǎn)生重要影響，另一方面太陽輻射透過喬-草林，近地面植被處于喬木陰影下，儲存在其中的水分不易散失，使得近地面濕度值遠遠高于上部空氣;16:00—18:00內(nèi)溫度降低，地被植物凝聚水分能力增強，導致近地面空氣濕度回升幅度大于0.2 m以上高度。

灌木林 8:00濕度最大，較 18:00高14.5%;12:00—16:00內(nèi)濕度最低，較18:00低約10.8%。由于灌木林植株密度較大，內(nèi)部環(huán)境穩(wěn)定，空氣濕度在水平方向上基本一致，在8:00—18:00段內(nèi)的各時段內(nèi)部濕度值比邊緣處分別高6.5%、5.2%、4.9%、7.7%、3.2%、1.7%。垂向上，各時段近地面處的空氣濕度較地面以上0.2—1.5 m內(nèi)的空氣濕度分別高11.1%、13.9%、16.3%、15.3%、12.1%、11.7%。表明，8:00，夜間凝聚在地面上的水分仍有較多保留，使近地面濕度值高于上部;12:00時—14:00內(nèi)溫度較高，近地面處空氣濕度值顯著大于高處，陽光照射下，這種分層現(xiàn)象更明顯;16:00—18:00，植物蒸騰作用較白天正午時段弱，水分也尚無凝聚于地面，故其垂向濕度分層性減弱。

3.3 裸地

裸地的大氣濕度值在白天各時段自地面向上1.5 m高度內(nèi)雖有上升趨勢，但幅度甚微，平均不足0.5%(表2)。從各時段大氣濕度變化情況來看，8:00濕度最大，平均為46.4%左右;至10:00前后快速降低到約23.5%;此后，降低速度減緩，到14:00達到最低，為19.3%左右;其后開始回升，至16:00前后達到27.6%，18:00再升高至39.4%。裸地各時段平均濕度值由高到低依次為:8:00、18:00、16:00、10:00、12:00 和 14:00。裸地的大氣濕度監(jiān)測結(jié)果能夠很好地反映溫度與濕度呈負相關(guān)的變化規(guī)律，即在無植被、河流等環(huán)境因素干擾的情況下，大氣濕度值隨溫度升高而降低，而溫度降低則濕度變大。適宜作為研究不同植被增濕效應的對比基礎。

表2 裸地5個監(jiān)測點相對濕度平均值Table 2 The average relative hum idity of 5 measure points on bare soil

4 不同結(jié)構(gòu)下墊面的增濕效應分析

將2012、2013年兩期在同一測點相同時段的相對濕度監(jiān)測值進行平均，并與裸地同一時段的相對濕度平均值進行對比，繪制出差值曲線圖(圖3)，以分析不同時段的增濕效應。從不同下墊面的大氣增濕效應來看，灌木林＞喬-草林＞園內(nèi)石質(zhì)小路＞水 泥路面;而在時間上又以10:00—14:00內(nèi)增濕效應最為顯著。

圖3 太平河濱河濕地公園各測點不同時段相對濕度與裸地差值Fig.3 The relative hum idity gap of underlying surfaces at different times in Taiping riparian wetland park and bare soil

4.1 灌木林不同時段的增濕效應

為便于分析灌木林不同時段、不同高度的增濕效應，將灌木林與裸地的大氣濕度相比較，求取差值列于表3。

由表3可以看出，垂向上，灌木林8:00地面處的增濕效應約為30.6%，到0.2—0.8 m高度內(nèi)迅速降低至21.8%，1—1.5 m高度內(nèi)以公差為1%遞減;10:00增濕效應較8:00有所提高，且以地面處最為明顯，達36.3%，向上逐漸減弱，到0.2—0.8 m高度降至23.2%左右，在1—1.5 m高度段大體按公差為2%的數(shù)列遞減;12:00增濕效應在各時段中最強，垂向上也同樣體現(xiàn)出自下而上減弱的變化規(guī)律，近地面處約37.6%，到1.5 m高度上逐漸降低至17.6%左右;14:00增濕效應較12:00有所下降，在近地面處為36.1%左右，0.2 m以上各高度段逐級降低幅度在1%—3%之間;14:00—16:00是增濕效應急劇減弱的時段，近地面減弱幅度超過9%，0.2 m到1.5 m高度段減弱幅度也在5%以上;到18:00段，增濕效應降低速度有所減緩，各高度段平均降低幅度約1.6%。

表3 灌木林各時段垂向增濕幅度Table 3 Vertical hum idity gap of shrubs at different times

可見，灌木林不同高度、不同時段的增濕效應差異較大。近地面處增濕效應由強到弱的時段依次為12:00、10:00、14:00、8:00、16:00、18:00;在0.2 m 高度處增濕效應由強到弱的時段依次為12:00、14:00、10:00、8:00、16:00、18:00;0.4 m 高度處的增濕效應由強到弱的時段依次為 10:00、14:00、12:00、8:00、16:00、18:00;0.6—1.5 m高度內(nèi)的增濕效應由強到弱的時段依次為 10:00、8:00、12:00、14:00、16:00、18:00，且距離地面越高，各時段增濕效應差異越小(表3)。

4.2 喬-草林不同時段濕度效應

將喬-草林與裸地的大氣濕度相比較，可以看出其各時段增濕效應在垂向上的變化規(guī)律(表4)。

表4 喬-草林各時段垂向增濕幅度Table 4 Vertical hum idity gap of arbor-grasses at different times

8:00，近地面處增濕效應為21.3%，0.2—0.4 m高度內(nèi)增濕效應減弱至13.5%—13.9%左右，而0.6 m以上高度的增濕效應在11.5%上下浮動。10:00和8:00相比，增濕效應有所增強，平均增強幅度約2.2%;在垂向變化上，其效應強弱隨高度不同而有明顯差異，呈現(xiàn)自地面向上逐漸減弱的規(guī)律，且以0.2 m高度內(nèi)減弱最為明顯，約為11%。12:00的增濕效應較10:00平均提高約3%，在垂向上同樣表現(xiàn)出增濕效應自下而上降低的趨勢，0.2 m高度處較地面處低約11%，0.2—1 m高度段內(nèi)以小于2%的幅度向上遞減，1—1.5 m高度內(nèi)增濕幅度穩(wěn)定在14.8%左右。14:00較12:00增濕效應有所減弱，平均降低約0.7%;到16:00—18:00內(nèi)增濕效應減弱迅速，較14:00平均降低約7.7%，以近地面處減弱最明顯，達8.5%左右，垂向距地面越高，減弱幅度越小。整體上看，增濕效應由強到弱的時段依次為 12:00、14:00、10:00、8:00、16:00—18:00。

上述監(jiān)測結(jié)果揭示，植被中午溫度高時增濕效應強，其原因在于:①此時太陽輻射較強，能顯著改變?nèi)~片內(nèi)外的水汽梯度－飽和差，葉片內(nèi)部水汽壓急劇增加，而大氣水汽壓相對穩(wěn)定，就會顯著地提高植物蒸騰的速率［23］，導致空氣中濕度增強;②植被內(nèi)部通透性較差，不易受外界環(huán)境干擾，植株蓋度能有效阻擋陽光照射，降低溫度，使其內(nèi)部形成濕度相對較高的環(huán)境。

4.3 濱河水泥路面的濕度效應

水泥路面上空氣濕度值變化較平緩，各測點濕度值同一時段內(nèi)較穩(wěn)定，故求取各測點不同時段濕度平均值，將其與裸地進行對比，求得與對照裸地空氣濕度差值(表5)。

表5 水泥路面與對照裸地濕度差值Table 5 The relative hum idity gap between rigid pavement and bare soil

植被覆蓋區(qū)的土壤水分保持能力最強，其次是植被稀少或無植被生長的裸地，而水泥地面保水性最差［24］。因此，在無任何環(huán)境因素影響的情況下，水泥路面和裸地的濕度差值應為負值，然而監(jiān)測結(jié)果卻是14 m寬的濱河水泥路面的平均濕度值高于裸地約2%，很顯然是受到了道路兩側(cè)植被及河流蒸騰、蒸發(fā)作用的影響。這也進一步表明了，分居于水泥路面兩側(cè)的河流與植被，其綜合增濕效應水平影響范圍在14 m以上。

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論

依據(jù)石家莊太平河濱河濕地公園不同結(jié)構(gòu)下墊面的大氣濕度監(jiān)測結(jié)果和增濕效應變化規(guī)律的分析，可以得出如下結(jié)論:①植被覆蓋區(qū)在上午時段，隨著時間的推移，增濕效應逐漸增強，10:00—14:00內(nèi)增濕效應最強，午后增濕效應逐漸減弱，且減弱幅度越來越小;②植被的增濕效應在近地面處較強，而自0.2 m高度向上逐漸減弱，說明地被植物和土壤水分作用明顯;③增濕效應由強到弱依次為灌木林、喬-草林、河流、水泥路面;④兩個秋季的監(jiān)測結(jié)果表明，同一綠地，當結(jié)構(gòu)和郁閉度無明顯變化時，其增濕效應在相同季節(jié)基本穩(wěn)定。可見，濱河濕地公園不同結(jié)構(gòu)類型區(qū)域的合理配置，可以更有效地改善大氣環(huán)境。

5.2 討論

從已有的相關(guān)研究來看，人們較多關(guān)注的是一年當中的夏季，而對其他季節(jié)的研究較為概略，因此本文的工作可以說是在前人基礎上的延伸。本研究揭示，雖然秋季綠地增濕效應與夏季相比有所減弱，但在增濕效應與環(huán)境溫度的關(guān)系、增濕效應的垂向變化特征以及不同結(jié)構(gòu)綠地的增濕效應差異等方面具有一致性［25-30］，體現(xiàn)了綠地增濕效應的一般規(guī)律。前人通過對帶狀綠地夏季增濕效應的研究后總結(jié)出，寬度大于40 m的帶狀綠地，郁閉度超過67%時，增濕效應顯著且趨于穩(wěn)定;不同結(jié)構(gòu)綠地的增濕效應依次為喬-灌-草＞喬-草＞灌-草＞草坪［31-32］。本次研究的濱河帶狀綠地寬約80 m，郁閉度大于70%，兩個秋季的監(jiān)測結(jié)果表明，綠地結(jié)構(gòu)和郁閉度無明顯變化時，其增濕效應在相同季節(jié)基本一致，但不同結(jié)構(gòu)綠地的增濕效應與夏季［31-32］有所不同，表現(xiàn)為灌木林(灌-草)＞喬-草。這反映出，不同結(jié)構(gòu)的綠地隨季節(jié)變化，其增濕效應也有一定差異。

本研究側(cè)重的是人體對外部環(huán)境舒適度最為敏感的1.5 m高度范圍，在此范圍內(nèi)，喬木為裸干，因此它對喬-草林增濕效應的貢獻主要體現(xiàn)在遮陽作用上，而其高于1.5 m的冠層對上部大氣的增濕效應尚有待進一步研究。此外，研究區(qū)內(nèi)的河流寬度為240 m、植被綠化帶寬度約80 m，其間為寬14 m的濱河水泥路面，從監(jiān)測結(jié)果來看，雖然植被綠化帶邊緣較內(nèi)部的大氣增濕效應明顯減弱，但整個綠化帶增濕效應的水平影響范圍尚難確定，因此盡管說由于綠化帶與河流兩者綜合增濕效應的橫向交疊，才使得整個水泥路面上的空氣濕度增大，可是其各自水平影響范圍的大小以及它們與河流、綠化帶寬度之間的關(guān)系如何，還需要深入觀測。

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