戴忠煒 吳姝婷 程惠珊 王 丹 李霄鶴 蘭思仁，

1 福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院 福州 350002 2 福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院 福州 350002

21世紀(jì)，全球氣候變暖和城市化是人類(lèi)面臨的兩項(xiàng)最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[1]。森林公園的植被具有高度調(diào)節(jié)氣候的潛力[2-3]，它通過(guò)降低周?chē)鷾囟染徑鉄釅毫蛢?yōu)化人體舒適度。深入研究森林植物的降溫效應(yīng)可以為森林公園的營(yíng)建提供指導(dǎo)。

在植被對(duì)微氣候影響的研究方面，ágnes Takács等[4]在匈牙利的東南部城市塞格德選取了5個(gè)健康的遮蔭樹(shù)樣本，探討遮蔭植被對(duì)微氣候的影響；Ruzana Sanusi等[5]在澳大利亞的墨爾本選取了3條南北走向的街道，探討不同行道樹(shù)種的葉面積指數(shù)對(duì)微氣候效益的影響。我國(guó)學(xué)者對(duì)此領(lǐng)域也做了大量研究，例如閆偉姣等[6]在南京紫金山森林公園選取了5個(gè)植被結(jié)構(gòu)相似的林地作為觀(guān)測(cè)點(diǎn)，探究植被的葉面積指數(shù)、天空可見(jiàn)度和高程信息對(duì)降溫效應(yīng)的影響；武峰等[7]以廣東省淇澳島紅樹(shù)林林內(nèi)和林外無(wú)林地作為研究對(duì)象，評(píng)估紅樹(shù)林溫濕小氣候環(huán)境對(duì)人體的舒適度的影響；秦仲等[8]在北京市植物園選取14個(gè)不同結(jié)構(gòu)特征的植物群落作為研究對(duì)象，分別研究郁閉度、平均冠幅、葉面積指數(shù)與降溫增濕效應(yīng)之間的相關(guān)性。

而針對(duì)森林公園植被對(duì)微氣候的影響和熱環(huán)境的人體舒適度研究較少。本次研究以福州國(guó)家森林公園為例探究其不同植被對(duì)微氣候的影響，研究的主要目的:一是觀(guān)察福州國(guó)家森林公園建成區(qū)的樹(shù)木、灌木和草地降溫效果；二是分析不同綠地類(lèi)型和管理方式在氣溫、濕度、熱舒適性方面的差異。此項(xiàng)工作有助于了解福州森林公園的降溫效果和森林公園的營(yíng)建與科學(xué)管理。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域

福州國(guó)家森林公園位于福建省福州市晉安區(qū)新店鎮(zhèn)。公園東邊以福飛路為界限，西邊延伸至湖頂與葉洋村接壤，南面為八一水庫(kù)，與福州動(dòng)物園相鄰，北邊與筆架山毗鄰[9]。公園創(chuàng)建于1959年，總規(guī)劃面積約2 891 hm2，現(xiàn)已建成的經(jīng)營(yíng)面積為859.3hm2，是福建省首家國(guó)家級(jí)森林公園，全國(guó)十大森林公園之一[10]。地理坐標(biāo)為東經(jīng) 119°16′， 北緯 26°07′， 屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均降雨量約1 438.5 mm[11]。公園根據(jù)植被群落結(jié)構(gòu)劃分為植物大觀(guān)園、生態(tài)游覽區(qū)、森林游憩區(qū)、特色經(jīng)濟(jì)林區(qū)、季相林帶等功能分區(qū)。園內(nèi)還分布園林建筑、紀(jì)念性建筑、游覽建筑和旅館建筑等十余處，代表性建筑有森林博物館、觀(guān)心亭、假日賓館、森林小屋和正心寺廟等[12]。

1.2 觀(guān)測(cè)地點(diǎn)和樹(shù)種選擇

實(shí)驗(yàn)選取了森林公園3種不同的植被類(lèi)型，包括喬木、灌木叢和草地。樹(shù)木作為森林公園重要的載體，優(yōu)勢(shì)樹(shù)種為池杉、榕樹(shù)、金山葵和白千層。金邊連翹、葉子花和紅葉石楠在森林公園非常受歡迎。為了避免交通和建筑對(duì)本次實(shí)驗(yàn)觀(guān)測(cè)的影響，觀(guān)測(cè)地點(diǎn)與交通道路和建筑物的距離需要大于20 m。因此在福州森林公園一共調(diào)查了15個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn) (表1)，其中5處是喬木，5處是灌木叢，5處是草地。

表1 福州國(guó)家森林公園15個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)概況

1.3 觀(guān)測(cè)方法

選擇7月5—7日這3天時(shí)間分別對(duì)喬木、灌木叢和草地的微氣候特征進(jìn)行觀(guān)測(cè)。每個(gè)植被類(lèi)型選取了5個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，且在1天內(nèi)同時(shí)完成測(cè)量。在無(wú)風(fēng) (風(fēng)速＜2 m/s)、晴天 (天空云蓋度＜10%)、白天平均氣溫大于30℃進(jìn)行微氣候觀(guān)測(cè)，利用華誼MS8229多功能數(shù)字萬(wàn)用表 (T的準(zhǔn)確度為±5%度，RH的準(zhǔn)確度為±5%)，在1.5 m的高度記錄每個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)的空氣溫度 (T)、相對(duì)濕度(Rh)。在實(shí)驗(yàn)地周?chē)O(shè)置2個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)，并展開(kāi)同步測(cè)量。其中一個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)位于植被生長(zhǎng)區(qū)，另一個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)在距離植被10 m處，是完全暴露在太陽(yáng)下的硬質(zhì)場(chǎng)地，沒(méi)有植被和水體。每日觀(guān)測(cè)時(shí)間在9∶00—18∶00，數(shù)據(jù)每隔10 min自動(dòng)記錄并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)記錄器中。

1.4 數(shù)據(jù)分析

每個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)的降溫值 (ΔT)是暴露在太陽(yáng)下的對(duì)照點(diǎn)的溫度與實(shí)驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)的差值，并由空氣溫度修正參數(shù)進(jìn)行修正而得出的，見(jiàn)公式 (1)；同樣，通過(guò)公式 (2)可以計(jì)算出植被區(qū)的空氣濕度增加效應(yīng) (ΔRH)。采用北京氣象局于 1997年發(fā)布的人體舒適度指數(shù)CIi(公式3)， (ΔCI)是人體舒適度的提高效應(yīng)為 (公式4)。為便于在不同觀(guān)測(cè)時(shí)段進(jìn)行比較，將整個(gè)觀(guān)測(cè)時(shí)間(9∶00—18∶00) 分為上午 (9∶00—12∶00)、中午 (12∶00—15∶00)和下午 (15∶00—18∶00)，并使用spss軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 森林公園灌木的降溫效果

灌木雖然沒(méi)有明顯的主干，不能像喬木一樣可以為游人提供遮蔭，但是它具有抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣的特點(diǎn)，可以進(jìn)行大面積種植。研究表明，福州國(guó)家森林公園的灌木在白天平均降低空氣溫度0.28℃，增加1.28%的相對(duì)空氣濕度，提高0.54的人體舒適指數(shù)，這說(shuō)明灌木有助于森林公園微氣候的改善。此外，我們還發(fā)現(xiàn)有無(wú)自動(dòng)噴灌系統(tǒng)對(duì)灌木叢的降溫效果有顯著的差異。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，自動(dòng)噴灌的灌木叢可降低空氣溫度為0.38℃～0.45℃，而無(wú)噴灌的灌木叢僅降低空氣溫度0.17℃～0.22℃。同時(shí)，有自動(dòng)噴灌的灌木叢的相對(duì)空氣濕度升高了2.00%～2.05%，改善人體舒適指數(shù)0.74～0.83，而無(wú)自動(dòng)噴灌的灌木叢僅增加了空氣濕度0.71%～0.83%，人體舒適指數(shù)僅提高0.25～0.52。由此可見(jiàn)，常規(guī)的自動(dòng)噴灌管理讓灌木叢有更好的降溫效果，首先，這可能是由于噴灌的水對(duì)灌木叢進(jìn)行了局部的降溫；其次，定時(shí)灌溉有利于灌木叢的生長(zhǎng) (表2)。

表2 福州森林公園不同觀(guān)測(cè)點(diǎn)灌木叢的降溫效果

2.2 森林公園喬木的降溫效果

喬木是森林公園的骨干綠化樹(shù)種，無(wú)論在功能上還是景觀(guān)美化上都能提供主導(dǎo)作用，例如，它通過(guò)蒸騰作用可以冷卻周?chē)奈h(huán)境，茂密的枝葉可以吸收太陽(yáng)輻射并為游人提供林下遮蔭[13-14]。研究結(jié)果表明，福州森林公園的喬木在白天平均降低空氣溫度0.97℃，使空氣濕度增加1.2%，人體舒適性指數(shù)改善了1.61，以獲得更舒適的熱環(huán)境。此外，喬木的不同空間布局可能對(duì)微氣候的降溫效果有所影響，例如叢植和孤植的種植形式。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，叢生樹(shù)可降低氣溫1.16℃～1.67℃，孤植樹(shù)的降溫范圍為0.44℃～0.82℃，樹(shù)叢相對(duì)濕度提高1.37%～2.26%，人體舒適性指數(shù)降低1.22～2.67，而孤植樹(shù)僅降低0.77～1.5。研究還發(fā)現(xiàn)，與硬質(zhì)鋪磚相比，林下有草或灌木的叢生樹(shù)具有更顯著的降溫效果，這可能是由于喬木與林下層植被的協(xié)同效應(yīng)所致。因此我們鼓勵(lì)更多的喬灌草混合種植，增加林分的豐富度。此外，與下午相比，喬木在上午和中午更顯著地降低空氣溫度，增加相對(duì)濕度和提高人體熱舒適度 (表3)。

表3 福州森林公園不同觀(guān)測(cè)點(diǎn)喬木的降溫效果

2.3 森林公園草坪的降溫效果

除了景觀(guān)和美學(xué)價(jià)值外，森林公園的草坪還具有多方面的生態(tài)效益，如調(diào)節(jié)暴雨徑流、緩解熱島效應(yīng)和作為應(yīng)急避難等[15-16]。研究表明，福州國(guó)家森林公園的草地白天平均比裸露地區(qū)冷0.25℃，同時(shí)5個(gè)草坪平均增加了1.07%的空氣濕度，提高了人體舒適度指數(shù)1.00，這意味著部分草地的熱環(huán)境得到了改善。此外，在管理方式上是否有自動(dòng)噴灌，這些草坪的冷卻效果有驚人的差異。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，自動(dòng)噴灌的草坪可降低空氣溫度0.4℃左右，相對(duì)濕度升高1.82%～1.99%，改善人體舒適指數(shù)0.78～0.8；而無(wú)自動(dòng)噴灌的草坪僅降低空氣溫度0.13%～0.17℃，相對(duì)空氣僅增加0.46%～0.58%，人體舒適度的改善也僅為0.33～0.50。因此，對(duì)草坪進(jìn)行常規(guī)的自動(dòng)噴灌管理可以有效地提高冷卻效果，這可能是由于灌溉草的生長(zhǎng)狀況優(yōu)于干草所致。

表4 福州森林公園不同觀(guān)測(cè)點(diǎn)草坪的降溫效果

2.4 森林公園植被的總體降溫效果

調(diào)查結(jié)果表明，福州森林公園的喬木、灌木叢和草地對(duì)夏季炎熱的微氣候產(chǎn)生了明顯的影響。為了更加舒適的熱環(huán)境，它們比裸露地平均一天減少空氣溫度0.25℃～0.97℃，以及增加空氣濕度1.07%～1.28%，提高人體舒適指數(shù)0.54～1.61。然而，不同景觀(guān)類(lèi)型之間的冷卻效果存在明顯差異 (圖1)。除蒸騰作用外，福州森林公園的喬木由于其遮蔭功能，能夠比灌木叢和草地達(dá)到更好的降溫效應(yīng)，而灌木叢和草地的常規(guī)灌溉能顯著提高相對(duì)空氣濕度。

圖1 福州國(guó)家森林公園15個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)的總體對(duì)比

3 結(jié)論與討論

本文研究了福州國(guó)家森林公園內(nèi)喬木、灌木叢和草地對(duì)夏季微氣候的影響。結(jié)果表明，林下有植被覆蓋的喬木比無(wú)植被覆蓋的喬木、灌木叢和草地具有更高的降溫效果，而適當(dāng)?shù)膰姽喙芾矸绞娇梢蕴岣吖嗄緟埠筒莸氐慕禍匦Ч?。一般?lái)說(shuō)，植被冷卻效果會(huì)受土地覆蓋類(lèi)型、面積、形狀，甚至灌溉等因素的影響，而森林公園植被對(duì)微氣候的積極影響在下午比上午更明顯。因此，森林公園的設(shè)計(jì)者和管理者應(yīng)該積極利用喬木、灌木叢和草地的降溫效應(yīng)來(lái)應(yīng)對(duì)城市熱島的挑戰(zhàn)。在設(shè)計(jì)中使用更多的喬木，并在林下搭配灌木或草本植物，這有助于最大限度地提高森林公園的降溫效果；另外，對(duì)灌木叢和草地進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓喔瓤梢詭椭徑獬鞘械臒釐u效應(yīng)。

然而，本次研究存在著2個(gè)局限性。1)此次研究是在亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候條件下進(jìn)行的，其結(jié)果不適用于其他氣候特征的森林公園；2)本次研究只是從規(guī)劃和管理的角度探討森林公園的喬木、灌木叢和草地的不同降溫效果，忽視了樹(shù)種和草種間的差異。針對(duì)以上的局限性，我們建議在后續(xù)應(yīng)做進(jìn)一步的實(shí)證研究，以深入闡明森林公園植被對(duì)微氣候的影響。