王紅娟，黃華芳，2，* ，王 健，2，張聰聰，左曉明

(1．河北師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，石家莊 050024;2．河北省環(huán)境演變與生態(tài)建設(shè)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(hù)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(dá)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(jìn)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(yīng)、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(fù)、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(shè)、發(fā)展服務(wù)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(shè)［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(yīng)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(fēng)(或風(fēng)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(jìn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(fēng)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(jìn)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(shè)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(fēng)或風(fēng)速＜0．2 m/s的條件下，選擇植被分布均勻的樣方進(jìn)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(shè)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(yīng)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(jìn)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(yīng)的數(shù)據(jù)文件，對各時段監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)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(yīng)的差異性、同類下墊面在不同時段增濕效應(yīng)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(qiáng)，其增濕效應(yīng)強(qiáng)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(hù)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(jìn)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淮螅骄刃∮?%，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(qiáng)度的增加，水泥路面的熱烘烤作用在增強(qiáng)。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(qiáng)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(yuǎn)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(qiáng);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(yīng)強(qiáng)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(qiáng)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(qiáng)，導(dǎo)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(dá)到最低，為19.3%左右;其后開始回升，至16:00前后達(dá)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(fù)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(yīng)的對比基礎(chǔ)。

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(yīng)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(jìn)行平均，并與裸地同一時段的相對濕度平均值進(jìn)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(yīng)。從不同下墊面的大氣增濕效應(yīng)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(yīng)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(yīng)

為便于分析灌木林不同時段、不同高度的增濕效應(yīng)，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(yīng)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(yīng)較8:00有所提高，且以地面處最為明顯，達(dá)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(yīng)在各時段中最強(qiáng)，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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)差異較大。近地面處增濕效應(yīng)由強(qiáng)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(yīng)由強(qiáng)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(yīng)由強(qiáng)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(yīng)由強(qiáng)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(yīng)差異越小(表3)。

4.2 喬-草林不同時段濕度效應(yīng)

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(yīng)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(yīng)為21.3%，0.2—0.4 m高度內(nèi)增濕效應(yīng)減弱至13.5%—13.9%左右，而0.6 m以上高度的增濕效應(yīng)在11.5%上下浮動。10:00和8:00相比，增濕效應(yīng)有所增強(qiáng)，平均增強(qiáng)幅度約2.2%;在垂向變化上，其效應(yīng)強(qiáng)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(yīng)較10:00平均提高約3%，在垂向上同樣表現(xiàn)出增濕效應(yīng)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(yīng)有所減弱，平均降低約0.7%;到16:00—18:00內(nèi)增濕效應(yīng)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(dá)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(yīng)由強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)，其原因在于:①此時太陽輻射較強(qiáng)，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(dǎo)致空氣中濕度增強(qiáng);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(yīng)

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(jìn)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(qiáng)，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(yīng)為負(fù)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(jìn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)逐漸增強(qiáng)，10:00—14:00內(nèi)增濕效應(yīng)最強(qiáng)，午后增濕效應(yīng)逐漸減弱，且減弱幅度越來越小;②植被的增濕效應(yīng)在近地面處較強(qiáng)，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(yīng)由強(qiáng)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(dāng)結(jié)構(gòu)和郁閉度無明顯變化時，其增濕效應(yīng)在相同季節(jié)基本穩(wěn)定?？梢?，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(dāng)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(chǔ)上的延伸。本研究揭示，雖然秋季綠地增濕效應(yīng)與夏季相比有所減弱，但在增濕效應(yīng)與環(huán)境溫度的關(guān)系、增濕效應(yīng)的垂向變化特征以及不同結(jié)構(gòu)綠地的增濕效應(yīng)差異等方面具有一致性［25-30］，體現(xiàn)了綠地增濕效應(yīng)的一般規(guī)律。前人通過對帶狀綠地夏季增濕效應(yīng)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(yīng)顯著且趨于穩(wěn)定;不同結(jié)構(gòu)綠地的增濕效應(yīng)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(yīng)在相同季節(jié)基本一致，但不同結(jié)構(gòu)綠地的增濕效應(yīng)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(yīng)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(yīng)的貢獻(xiàn)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(yīng)尚有待進(jìn)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(yīng)明顯減弱，但整個綠化帶增濕效應(yīng)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(yīng)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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