濮德華 劉美伶 宗 樺

川西林盤冬季微氣候變化研究

濮德華 劉美伶 宗 樺

林盤是川西平原上最重要的傳統(tǒng)型農(nóng)村聚落單元，同時也是兼具重要生態(tài)價值和美學價值的鄉(xiāng)村景觀。林盤改善著居住的微氣候環(huán)境，滿足了當?shù)鼐用竦臍夂蛐枨?，然而，其生態(tài)價值卻一直為研究者所忽視。因此，本文對成都市郫縣三道堰鎮(zhèn)12個郁閉度相似的林盤樣地開展了冬季微氣候（光照、風速、溫度和空氣相對濕度）的研究。12個林盤按照骨干喬木的分布方式被劃分為環(huán)繞、居中、單邊和零散4種類型。同時在林盤的外部、邊緣及中部選擇測量點進行測量，對比分析得出了林盤冬季微氣候變化的趨勢和規(guī)律，并比較了不同面積與植物分布類型對林盤冬季微氣候的影響。結果表明：林盤內(nèi)外溫差會隨著林盤面積的增大而變小，相關性分析表明三組溫差（△T1=T外-T邊，△T2= T邊-T中，△T3= T外-T中）都與林盤面積呈強負相關關系；零散分布型林盤保溫效果最明顯；光照強度基本呈現(xiàn)出I外＞I邊＞I中的趨勢；光照強度與林盤面積的變化無相關性，而是受到喬木冠層郁閉度和群落垂直結構的影響；風速基本上呈現(xiàn)出W外＞W(wǎng)邊＞W(wǎng)中的現(xiàn)狀，零散型防風效果最好、單側(cè)型最差；空氣相對濕度基本上呈現(xiàn)出H邊≥H中＞H外的狀況，并與林盤面積呈現(xiàn)正相關關系，同時植物零散分布型內(nèi)外相對濕度差最大，增濕效果最明顯。本研究期望能為林盤保護提供基礎的數(shù)據(jù)，并為營造生態(tài)可持續(xù)的四川地域性景觀提供靈感。

林盤；植物；面積；微氣候；冬季

0 引 言

川西林盤發(fā)源于古蜀文明時期，成型于漫長的移民史時期，是集生態(tài)、生產(chǎn)和生活于一體的復合型農(nóng)村聚落形式。幾千年來，林盤孕育出了川西農(nóng)耕文化的精髓，也反映出川西鄉(xiāng)村的景觀風貌和歷史變遷。川西林盤通常是由宅、林、水、田等單元鑲嵌組成。院落、植被、水系及耕地構成了林盤的生態(tài)體系，形成了獨特的微氣候。微氣候（microclimate），也稱小氣候，指的是局部地區(qū)小范圍中的特定氣候[1]。衡量微氣候通常使用四個參數(shù)，即溫度、空氣相對濕度、空氣流速和熱輻射。林盤中的植被一方面通過吸收和遮擋太陽輻射，以及自身的光合作用等方式對環(huán)境的微氣候產(chǎn)生影響，達到改善空氣溫度、濕度，降低熱島效應的作用，另一方面還通過植被的防風固沙能力，調(diào)節(jié)林盤內(nèi)部風速，起到涵養(yǎng)水源的作用。

然而隨著城市化和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的快速推進，傳統(tǒng)農(nóng)耕生產(chǎn)生活模式逐漸被規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式和新型農(nóng)村社區(qū)所取代[2]。隨著成都市不斷深入推進城鄉(xiāng)一體化，農(nóng)村新型社區(qū)如雨后春筍般出現(xiàn)，導致傳統(tǒng)林盤受到巨大的沖擊，從數(shù)量和形態(tài)上均發(fā)生明顯變化。一方面，傳統(tǒng)林盤正逐年減少，尤其是第二圈層；另一方面，隨著農(nóng)民進入城鎮(zhèn)或農(nóng)村新型社區(qū)居住，林盤中住戶也大幅度減少，許多傳統(tǒng)林盤成為空心林盤。以郫縣為例，15年前縣域中共有大小林盤11 000多個，9年前迅速縮減為不到8 000個，傳統(tǒng)川西林盤逐年走向衰敗。直到2007 年成都市出臺了《成都市林盤保護規(guī)劃》，林盤的生態(tài)價值和園林價值才受到當?shù)貓@林工作者們的真正關注。然而，由于川西林盤是四川地區(qū)獨有的農(nóng)居風貌，因此全國范圍內(nèi)的相關研究并不多。目前能檢索到的文獻不到60篇，均成型于2006年以后，且研究尚不夠深入?，F(xiàn)有文獻主要圍繞林盤的政策性保護與開發(fā)[3-5]、林盤的植物景觀群落認知[6-8]和林盤對災后重建規(guī)劃中的啟示[9-11]等方面展開，還未嘗有研究涉足林盤微氣候領域。

本文以成都市郫縣三道堰鎮(zhèn)的12個傳統(tǒng)林盤為例，調(diào)查面積和植物分布形式對冬季林盤內(nèi)部微氣候的影響。三道堰鎮(zhèn)位于成都市西北部，屬于川西林盤的第二圈層，現(xiàn)有林盤600余個。區(qū)域中林盤分布較為集中，喬木層以落葉闊葉林為主，樹種搭配較有規(guī)律，面積通常分布在2 000～10 000 m2之間，傳統(tǒng)林盤保存相對完整。同時由于毗鄰縣城且新農(nóng)村建設的力度較大，在后期保護上容易受到城市的干擾，因此亟需作為保護對象開展研究。另外，成都平原的冬季寒冷干燥、風速較快，是四季中人體舒適度最差的季節(jié)，研究極端氣候，能更好認識林盤對環(huán)境的調(diào)節(jié)作用。對林盤自然景觀生態(tài)性的研究與學習，不僅能為林盤保護提供基礎的數(shù)據(jù)、為保持成都平原生態(tài)良性循環(huán)提供依據(jù)，還能為營造生態(tài)可持續(xù)的四川地域性景觀提供靈感。

1 樣地與方法

1.1 林盤樣地的選擇

林盤樣地位于成都市郫縣三道堰鎮(zhèn)。本文選取了自然環(huán)境相似、地理位置接近的鄰近村落的12個傳統(tǒng)林盤作為研究對象。所有樣地植物組成相似程度高，林盤郁閉度均在60%左右，周邊均無自然水系。林盤冬季平均溫度6 ℃，雨量5～15 mm/月，風速0.7 m/s，平均濕度40%～50%。林盤樣地按照喬木的分布方式，被劃分為環(huán)繞、居中、單側(cè)和零散四種類型，隨后再按照面積大小進行編號，具體信息見表1-2。

1.2 實驗儀器及測量方法

為避免陰雨天對空氣相對濕度的影響，課題組選擇冬季12月至1月份之間持續(xù)4個晴天進行測量，測量時段為第3天的上午11∶00—14∶00。分別在林盤的外部、邊緣、中部同時取點測量，每個地點獲取三組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)間隔3分鐘，第4天為重復。測試時使用進口Kestrel 4000測量風速、溫度和濕度；采用進口Field Scout照度計測量光量子通量，比較光照強度。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

連續(xù)測量兩天的數(shù)據(jù)獲得平均值后，按照林盤面積和植被分布方式進行聚類分析。12個林盤樣地的外部、邊緣及中部數(shù)據(jù)兩兩求差，例如：溫度差△T1=T外-T邊，△T2=T邊-T外，△T3=T外—T中，使用統(tǒng)計學軟件Spss11.0和數(shù)學分析軟件Origin8.0進行分析并制作圖表。

表1 四類林盤的平面及立面示意圖Tab.1 the plane and elevation of four Linpan samples

表2 林盤樣地的基本情況Tab.2 the variation trend of the temperature in the 12 Linpan samples

2 結果與分析

2.1 林盤冬季溫度分析

由圖1可見，12個樣地的1-6號（面積＜5×103 m2）林盤的冬季溫度分布較有規(guī)律（T外＞T邊＞T中），表明林盤從外到內(nèi)，溫度呈現(xiàn)依次遞減的趨勢，且差異明顯。但從7號林盤（面積＞5×103 m2）開始，T邊和T中的溫度開始上升，有個別林盤甚至出現(xiàn)了反轉(zhuǎn)。按照林盤尺度劃分出五個面積范圍（＜3.5×103 m2、3.5～4.5×103 m2、4.5～5.5×103 m2、5.5～6.5×103 m2、＞6.5×103 m2）與區(qū)域溫差進行比較分析后發(fā)現(xiàn)（圖2），隨著林盤面積的增大，林盤外部、邊緣和中心區(qū)域兩兩之間的溫差逐漸變小，尤其是外部與中心的溫差縮小程度最為顯著。相關性分析表明三組溫差（△T1=T外—T邊，△T2= T邊—T中，△T3=T外-T中）都與林盤面積呈強負相關，其中△T3相關指數(shù)高達0.9816，呈極強負相關。相關性證明了溫度受到林盤面積的影響極為顯著，尤其是林盤中心的溫度最易受到面積的影響，當林盤面積增大到一定程度，中心區(qū)域溫度甚至會反超外部溫度，呈現(xiàn)保溫效果。

由圖3可知，林盤中骨干喬木的分布方式對林盤的溫度變化也有一定程度的影響。在四種模式中，環(huán)繞模式下的三區(qū)域之間的溫度差整體高于其他三種類型，表明此模式冬季降溫效果最好，保溫效果最差。與之相反，零散模式的△T3為0、△T2為負值，綜合比較后發(fā)現(xiàn)表明此模式內(nèi)外溫差最小，冬季保溫效果最佳。居中和單側(cè)模式對林盤邊緣溫度的調(diào)控效果均不敏感，但居中模式對中心區(qū)域的保溫效果優(yōu)于單側(cè)模式。

2.2 林盤光照強度分析

由圖4可以看出12個樣地的外部、邊緣及中部光照強度的變化趨勢（I外＞I邊＞I中），光照強度呈現(xiàn)出從外到內(nèi)依次遞減的狀態(tài)。結合圖5可以看出，隨著林盤面積的增大，△I1=I外-I邊緩慢增加，△I2=I邊-I中和△I3=I外-I中變化趨勢都是由低到高再到低，采用差異顯著性分析后證明數(shù)據(jù)之間的差異雖存在，但不顯著。隨后的相關性分析證明相關系數(shù)小于0.1，因此可以推斷得出12個樣地的林盤面積與光照強度的無相關性。不同的分布模式中，環(huán)繞型的變化最小、光強分布最為均勻，與其余三類分布方式的差異性極其顯著。居中和單側(cè)兩種類型△I3顯著高于其余兩類分布方式，零散型△I2最小。我們推測均勻分布的喬木在林盤內(nèi)部容易形成連貫的、有一定厚度的垂直結構，進而帶來了良好的遮光效果。綜合以上分析，我們認為林盤的大小對林盤各部分的光照強度的影響可以忽略，制約林盤內(nèi)部采光的主要因素還是喬木層的冠層郁閉度和下層植物群落的垂直結構。

2.3 林盤風速分析

林盤對冬季冷風風速的減緩有利于改善林盤內(nèi)的保暖效果，提高居住的舒適度。圖6和圖7分別給出了12個林盤的外部、邊緣及中部風速的變化與兩兩差值。由圖8可以看出，W外＞W(wǎng)邊＞W(wǎng)中，且中部顯著低于外部和邊緣區(qū)域。這是由于林盤地處平原，冬季風速較大，林盤邊緣和中部的樹林對風產(chǎn)生阻滯作用，一定程度減弱了風速，使得林盤中部呈現(xiàn)出靜風或微風狀態(tài)。結合圖8的差值分析發(fā)現(xiàn)，林盤均存在外部和邊緣的差值較小，而邊緣與中部的差值較大的現(xiàn)象。這表明，林盤需要有一定水平及垂直厚度的植物群落才能有效的降低風速。然而，兩圖都沒有呈現(xiàn)出風速隨面積變化的規(guī)律。結合圖8的分析進一步證明了在2.5～7.5×103 m2的尺度范圍內(nèi)，林盤面積對風速的減緩作用不顯著。此外，不同的骨干喬木的分布模式對林盤風速的影響較大，防風效果最好的是零散型，最差的是單側(cè)型。

圖1 12個林盤冬季溫度的變化趨勢Fig.1 the variation trend of the temperature in the 12 Linpan samples

圖2 溫度差與林盤面積的相關性分析Fig.2 the correlation analysis on temperature difference and area

圖3 溫度差與林盤骨干植物分布規(guī)律分析Fig.3 analysis on the relation of temperature difference and plant distribution

圖4 12個林盤冬季光照強度差的變化趨勢Fig.4 the variation trend of the illumination intensity difference in the 12 Linpan samples

圖5 光強差與林盤骨干樹種分布規(guī)律及林盤面積（×103 m2）的相關性分析Fig.5 the influence from plant distribution and area on the difference of illumination intensity

圖6 12個林盤不同位置的風速變化情況Fig.6 the variation of wind speed in different position of 12 Linpan samples

2.4 林盤的空氣相對濕度分析

成都平原的冬季較為干燥，較低的相對濕度容易造成不舒適的人體感受。圖9分別給出了12個林盤的外部、邊緣及中部空氣相對濕度的兩兩差值。我們發(fā)現(xiàn)△H1和△H3多為負值，表明林盤的邊緣與中部的相對濕度普遍高于林盤外部，林盤植被在冬季仍然具備增濕功能。

結合圖10可見，隨著林盤面積的增加，林盤的相對濕度呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢，這表明在同等綠化覆蓋率的前提下，面積越大、空氣濕度越大。此外，零散型林盤的△H3的負值最大，表明此種類型的林盤冬季增濕效益最佳，其次是居中型，最差的為環(huán)繞型。

總而言之，就冬季林盤的溫增濕功防風功能而言，大尺度（＞5.5×103 m2）的林盤優(yōu)于小尺度，骨干樹種的零散型分布模式是最佳的種植模式。

3 討 論

林盤中的光照強度、風速、溫度和相對濕度等因素相互作用，共同形成了林盤獨特的小氣候環(huán)境，帶給居住者不同的舒適度體驗。植物在影響林盤微氣候的過程中扮演著十分重要的角色，它通過影響林盤的采光、通風等來調(diào)節(jié)林盤內(nèi)部的微氣候。綠地微氣候的現(xiàn)有研究大多是圍繞城市綠地夏季的降溫增濕效果或阻礙熱島效應展開的[12-14]，鮮有針對冬季綠地的增溫增濕功能的研究。而本研究則是針對成都平原的林盤對冬季微氣候調(diào)節(jié)作用展開?？偟目磥?，在郁閉度基本持平的樣地中，林盤冬季的內(nèi)部溫度受到林盤面積的影響極為顯著，內(nèi)外溫差與面積呈顯著的負相關。本研究中，5.5×103 m2是林盤中心溫度反超外部溫度的臨界面積，但由于不同地域的冬季溫度差異大，此界限是否適用于其他地區(qū)還有待探討。此外，本研究證明了林盤冬季的內(nèi)部溫度會隨著面積的增加而增加，但增加趨勢會逐漸減緩、并最終穩(wěn)定，類似于綠地的夏季降溫效果[15]。由此趨勢我們可以推斷得出，在成都平原的冬季均溫下，較大林盤的保溫功能優(yōu)于較小林盤，也更符合冬季人體舒適性需求。但由于本研究的林盤樣地數(shù)量不夠，目前無法推斷出林盤的面積上限。喬木歷來被認為是綠地植物中最具生態(tài)效益的一種植被類型，通常作為骨架決定綠地的郁閉度[16]。而綠地的保溫效果通常是由光照、風速等因素的共同作用來決定的。在喬木的四種分布模式中，雖然零散分布未能獲得最高的光照強度，但冬季保溫效果最好。

圖7 12個林盤冬季風速差變化趨勢Fig.7 the variation trend of wind speed difference in the 12 Linpan samples

圖8 風速差與林盤骨干樹種分布規(guī)律及林盤面積（×103 m2）的相關性分析Fig.8 the relationship among the area, plant distribution and the difference of wind speed

圖9 12個林盤冬季相對濕度差變化Fig.9 the variation trend of the relative humidity difference in the 12 Linpan samples

圖10 林盤尺度（×103 m2）和植物分布形式對林盤冬季濕度差的影響Fig.10 the influence of area and plant distribution on the difference of relative humidity

光照強度被認為是影響植物群落溫濕效應的關鍵因子之一[17]。成都平原冬季寒冷，多以陰雨天氣為主，光照較少。本研究發(fā)現(xiàn)在郁閉度相似的林盤中，林盤面積與光照強度的變化無相關性，光照強度只受到喬木冠層郁閉度和群落的垂直結構的影響，且郁閉度與葉面積指數(shù)越大，對光照以及紫外輻射屏蔽效率越高[18]。王紀來等[15]也認為綠地中光照強度越大，群落內(nèi)部的溫度就越高；光照強度越小，群落內(nèi)部的溫度就越低。然而，結合后文對風速的分析，我們推測出在成都平原的冬季整體光照較少的情況下，光強已經(jīng)不是影響林盤溫度的主要因素，風速反而起到了關鍵作用。內(nèi)部光照強度最大的環(huán)繞型林盤并未獲得最高的內(nèi)部溫度。相比之下，零散型分布雖未獲得最多的內(nèi)部光照，但由于其容易形成層次多、垂直結構豐富連貫且均勻的林下群落，能有效的減緩林盤中部的風速，進而降低蒸騰速率、減少溫度損失，反而獲得了最佳的保溫效果。因此本研究推斷在成都平原的冬季，風速對林盤溫度的影響超越了本來就稀少的冬季光照。

莫庭坤[19]提出，相對濕度與光照度、溫度和風速都呈負相關關系。本研究發(fā)現(xiàn)，在相似郁閉度下，相對濕度卻與林盤面積呈現(xiàn)正相關關系，且零散型的林盤的增濕效果最佳。究其原因，一方面是由于零散型林盤水平結構均勻、垂直結構豐富，容易獲得較高的葉面積指數(shù)，蒸騰力度大；第二方面，零散型林盤的防風能力最佳，內(nèi)部接近靜風狀態(tài)，有利于濕度的保持；第三，零散型林盤內(nèi)部的冬季溫度高于其他類型，蒸騰速率最高。當然，雖然零散型林盤能在一定程度上增加空氣濕度，但增加幅度不大，冬季林盤的濕度仍然低于人體最舒適的濕度（50%～60%）。

4 展 望

林盤是成都平原上承載了當?shù)厝藬?shù)千年的生產(chǎn)和生活的一道獨特的風景，其內(nèi)部的微氣候環(huán)境與當?shù)厝松畹氖孢m性密切相關[20]。雖然隨著新農(nóng)村建設的推進，不少的當?shù)厝穗x開林盤搬入新居所，但他們?nèi)詫鹘y(tǒng)林盤充滿了各種留念。近年來隨著節(jié)約性園林的提出，我們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)林盤的植物景觀在不需要刻意的管理的前提下就能營造良好的生態(tài)效益。因此，在新農(nóng)村的園林建設中，如果能學習并利用林盤天然的微氣候調(diào)節(jié)功能，營造出類似于傳統(tǒng)林盤的植物景觀，不僅能幫助當?shù)厝烁玫娜谌胄颅h(huán)境，還能在保護地域特色景觀的基礎上，同時實現(xiàn)經(jīng)濟和生態(tài)的雙重效益。要做到這一點，就必須深入了解并量化傳統(tǒng)林盤中微氣候調(diào)節(jié)的各項指標間的相互關系與其作用機理。當然，由于林盤數(shù)量眾多、類型復雜，本課題組今后還將繼續(xù)調(diào)研其他類型林盤在各個季節(jié)的生態(tài)機制，以期為地域性園林植物景觀的節(jié)約型配置提供科學的依據(jù)。

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圖片來源：

圖1-11：作者繪制

Research on Winter Microclimate of Linpan in Western Sichuan Province

PU Dehua, LIU Meiling, ZONG Hua

Linpan is the most important and traditional rural settlement in Chengdu plain, which is also a beautiful rural landscape. Linpan improves the microclimate of living environment, and meets the needs of local residents. However, the ecological value of Linpan has been ignored so far. In this paper, the microclimate (illumination, wind speed, temperature and air relative humidity) of 12 Linpan samples located in Sandaoyan Town with the similar canopy density, was measured in winter. These samples were divided into four modes (around, middle, unilateral and scatter), according to the distribution mode of the woody. Meanwhile, the measurement points were selected at the outside, edge and center part of the Linpan. The effects of different size of Linpan and modes of plant distribution on the microclimate were analyzed and compared. The results showed that the temperature difference between the outside and inside of the Linpan would become smaller along with the increasing area. The correlation analysis showed that three groups of temperature difference (△T1=To-Te, △T2=Te-Tc, △T3=To-Tc) were showed a strong negative correlation with the area of Linpan. The heat preservation effect of the scatter mode was the most outstanding. In this study, illumination intensity showed a trend of Io>Ie>Ic. There was no correlation between the area and illumination intensity which was only affected by the canopy density and the vertical structure of plant community. Wind speed was also presented the situation of Wo>We>Wc, and the the scatter mode supplied the optimal capacity of preventing wind, while the unilateral mode was the worst. The relative humidity was observed the trend of He≥Hc>Ho, and it revealed a positive correlation with the area. Moreover, the scatter mode which showed the highest humidity difference was identified to produce the effect of increasing humidity. This study was not only expected to provide the basis microclimate data for Linpan protection, but also to provide inspiration for creating regional landscape.

Linpan; Plant; Area; Microclimate; Winter

P463.2

B

2095-6304（2016）06-0107-05

10.13791/j.cnki.hsfwest.20160618

2016-08-13

（編輯：申鈺文）

濮德華： 西南交通大學建筑與設計學院，碩士研究生，pdh20141101@163.com

劉美伶： 西南交通大學建筑與設計學院，碩士研究生

宗 樺：西南交通大學建筑學院，講師

濮德華, 劉美伶, 宗樺. 川西林盤冬季微氣候變化研究[J]. 西部人居環(huán)境學刊, 2016, 31(05): 107-111.