秦 仲 李湛東

1中國林學會秘書處 北京100091；2北京林業(yè)大學園林學院 北京100083

1 引言

近年來，隨著城鎮(zhèn)化進程的飛速發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，城市中建筑、廣場、道路等硬質下墊面大量增加，導致城市熱島效應愈發(fā)明顯。尤其在炎熱的夏季，熱島效應給人們生活帶來了諸多影響，如引發(fā)人口傷亡[1-2]、增加能源消耗和污染物排放[3]、大量已排放污染物滯留[4]，等等。眾所周知，城市園林綠地作為城市用地類型中的綠色下墊面，可以通過綠地中植物群落對太陽輻射的遮擋、植物自身的生理活動等方式，發(fā)揮降溫增濕作用，有效緩解城市熱島效應[5]。因此，剖析城市園林綠地溫濕效應的形成原因，探索城市園林綠地溫濕效應的研究方向和研究策略，對于改善城市小氣候，進一步優(yōu)化園林綠化生態(tài)功能的評價與調控技術，具有重要的生態(tài)戰(zhàn)略意義。

2 城市園林綠地溫濕效應的形成原因

關于城市園林綠地溫濕效應的形成機制，眾多學者從生物學、氣象學和地理學等方面進行了深入研究，主要概括為3個方面[6-9]：（1）對太陽輻射的遮擋作用；（2）植物的蒸騰作用和下墊面的蒸發(fā)作用；（3）調節(jié)環(huán)境中的碳氧平衡。

2.1 植物群落對太陽輻射的遮擋作用

由于城市園林綠地中植物群落冠層對太陽輻射的遮擋作用，使得綠地內的光照狀況一般可分為3部分：一部分被群落冠層吸收；一部分被群落冠層反射；還有一部分透過冠層進入綠地內部。但是，由于植物群落冠層結構的不同和環(huán)境中天氣狀況的改變，這3部分光照所占比重也發(fā)生相應變化[10]。針對單層的植物葉片，已有研究發(fā)現(xiàn)其可以對太陽直接輻射和散射輻射進行有效阻擋，進而吸收80%、反射10%而僅透射10%的可見光[11-12]。然而植物群落的冠層通常是由多層的植物葉片構成，因此可以更為有效地遮擋太陽輻射，減少透射到群落內部的輻射數(shù)量。在炎熱的夏季，正常生長的植物群落冠層可以遮擋80%～90%左右的太陽輻射，從而使內部環(huán)境溫度降低，濕度增加[13]。根據(jù)霍曉娜[10]的研究，在夏季20種北京常用植物群落對可見光的遮擋率為75%～96%，而對紫外線的遮擋率可達68%～99%。

此外，植物群落可以遮擋建筑物和其他構筑物的反射光，因而可以對建筑內部環(huán)境起到遮蔭作用，使得建筑內部空間的熱環(huán)境有效改善，最終減少因空調使用而排放的溫室氣體，間接對環(huán)境中的溫濕效應起到調節(jié)作用。據(jù)研究，1株正常生長的成年樹每天可以傳遞9.6E+05KJ（230000 kcal）的能量，幾乎等同于5臺空調每天工作19h[14]。所以，在中午時段，種植在建筑周圍的植物群落可以降低室內溫度約0.47℃，以此節(jié)約空調能耗25%～80%[15]。

綜上所述，植物群落的遮陰作用有效減少了進入群落內部的太陽輻射以及來自其他物體表面的散射輻射，對城市園林綠地內部空間和周圍環(huán)境的熱交換起到重要的調節(jié)作用，有利于改善城市環(huán)境中的人體舒適度，是綠地發(fā)揮溫濕效應的主要原因。

2.2 植物的蒸騰作用和下墊面的蒸發(fā)作用

植物葉片的蒸騰作用和下墊面的蒸發(fā)作用是城市園林綠地發(fā)揮溫濕效應的另一個原因。蒸騰作用是指水分從活的植物體表面（主要是葉子）以水蒸汽狀態(tài)散失到大氣中的過程。植物群落冠層可以將吸收的太陽輻射用于蒸騰作用、光合作用等自身生理活動，進而將熱能轉化為潛熱，同時，根系從土壤中獲得的水分大多通過蒸騰作用散發(fā)出來，進而增加環(huán)境濕度，降低空氣溫度[16-17]。而蒸發(fā)作用是指通過太陽的熱力使地表的水分源源不斷地進入空氣中的過程。城市環(huán)境中不同的下墊面，特別是草地和水面，可將水分從土壤或水體散失到大氣中，使得近地面的空氣溫度明顯低于以不透水表面為主的硬質鋪裝區(qū)域。李永杰[18]通過對北京常見綠化樹種蒸騰吸熱量的測定，結果發(fā)現(xiàn)碧桃（Prunus persica）的日蒸騰吸熱量最高，達3816.08kj/m2，最低的是白玉蘭（Magnolia denudata），僅1473.56kj/m2。這說明園林植物群落通過蒸騰作用消耗熱量的同時，散發(fā)出大量水分，從而降低空氣溫度，增加相對濕度。但是，不同園林植物的蒸騰吸熱存在較大差異，導致它們對溫濕度的調節(jié)作用也相應不同。

2.3 調節(jié)環(huán)境中的碳氧平衡

18世紀60年代，工業(yè)革命的興起導致環(huán)境中二氧化碳等溫室氣體大量排放，溫室效應愈發(fā)顯現(xiàn)，因此全球氣候呈明顯的變暖趨勢。城市園林綠地中的植物可以通過光合作用吸收環(huán)境中的二氧化碳釋放出氧氣，調節(jié)大氣中的碳氧平衡，進而緩解溫室效應，起到降溫增濕作用，尤其是多層結構的高大喬木效果最好[19-20]。據(jù)估算，綠量為136～385.9m2的7種落葉喬木每天吸收二氧化碳約1759～4819g，而低矮灌木和草坪由于綠量顯著小于高大的落葉喬木，所以每天吸收二氧化碳的量約為3.9～250g[7]。其他相關研究在不同地區(qū)以不同園林植物為研究對象，對其固碳釋氧能力與降溫增濕作用的關系進行了量化研究，研究結論均表明，植物可以通過對二氧化碳的消耗作用，緩解溫室效應，對抑制全球溫度升高有積極作用[8，21]。

3 城市園林綠地溫濕效應的研究展望

近年來，在探明城市園林綠地溫濕效應形成原因的基礎上，關于綠地溫濕效應的研究也日益增多，主要集中在植物樹種[23-24]、綠地結構類型[25-26]、綠地面積[27-28]、植物群落冠層結構[29-30]、周圍下墊面組成[31-32]等因素對溫濕效應的影響。上述研究結論為城市園林綠地溫濕效應的進一步深入研究奠定了基礎，對于城市園林綠地的可持續(xù)發(fā)展具有積極意義。然而現(xiàn)有研究也存在定量分析深度不夠，統(tǒng)計的影響因子不全面，研究方法單一，尺度效應結論不明確等問題，尚無法準確評價城市園林綠地的溫濕效應，難以為城市園林綠地的建設提供直接指導。因此，在今后的研究中，還需在以下方面進一步探索，以期繼續(xù)豐富和拓展城市公園綠地的溫濕效應研究，為園林綠化生態(tài)功能評價與調控技術研究提供理論基礎。

3.1 探究城市園林綠地溫濕效應與其影響因素之間的數(shù)量關系

在城市園林綠地中，植物樹種、綠地結構類型、綠地面積、群落冠層結構等均可影響溫濕效應。但是，綠地內不同樹種群落的溫濕效應存在怎樣的差異，喬、灌、草的組成比例如何影響溫濕效應，不同綠地面積與溫濕效應是否存在一定數(shù)量關系，以及群落冠層結構與溫濕效應存在怎樣的數(shù)量關系，等等，對于這些問題尚缺乏深入的量化研究。同時，對于影響溫濕度的相關因素的統(tǒng)計不能局限于某一個或部分指標，應擴展到自身影響因素、周邊用地類型以及局地氣候特征等因素，進而針對不同類型的城市園林綠地選取更具代表性、精度更高的研究變量，并建立這些變量與溫濕效應的數(shù)量關系，對于量化評價城市綠地的溫濕效應具有直接作用，是城市園林綠地規(guī)劃設計的重要理論依據(jù)。

3.2 揭示城市園林綠地發(fā)揮溫濕效應的尺度效應

城市園林綠地在夏季可以發(fā)揮溫濕效應，但對于溫濕效應的尺度效應目前尚缺乏一致結論。比如，當綠地面積逐漸增大時，其溫濕效應也相應增強，但是是否存在一個或多個拐點尚不清楚。城市園林綠地可以影響其周圍環(huán)境的溫濕度，但是在綠地周圍，隨著距綠地邊緣越遠，綠地周圍溫濕效應減弱的時空變化規(guī)律尚不明確。與之類似，在綠地內部，溫濕效應具有怎樣的分布格局，與距綠地邊緣的距離存在怎樣的數(shù)量關系？對于這些問題不同學者得出不同結論。城市園林綠地的種植設計不同于單純的造林建設，其用地規(guī)模非常有限，因此，揭示城市園林綠地溫濕效應的尺度效應，可以使有限的城市園林綠地充分發(fā)揮溫濕效應。

3.3 利用多種研究方法剖析城市園林綠地的溫濕效應

現(xiàn)有研究主要采用實地觀測探究城市園林綠地的溫濕效應，在中小尺度綠地上可以獲取更為直接、準確的測定數(shù)據(jù)，但難以同時獲得大范圍的數(shù)據(jù)，限制了研究尺度的擴展；采用數(shù)學模型模擬可以靈活地模擬大多數(shù)尺度下的場景，觀察在擬定條件下不同因子對城市園林綠地溫濕效應的影響，該方法為今后溫濕效應的深入量化研究提供了方向，但是其模擬的結果也需要實地觀測的數(shù)據(jù)加以校正和驗證，以提升數(shù)值模型模擬的可信度；采用衛(wèi)星遙感技術可以在較大尺度上同時獲取多個樣本的地表溫度和綠地空間分布情況等數(shù)據(jù)且能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時更新，但是衛(wèi)星遙感法也存在耗資大、衛(wèi)星過境周期較長、易受大氣等外界因素影響等問題。因此，根據(jù)不同的研究目的和對象，充分結合實地觀測、衛(wèi)星遙感技術及數(shù)值模型模擬等研究手段，將在城市園林綠地溫濕效應研究中發(fā)揮重要作用。

3.4 緩解熱島效應、改善人居環(huán)境已成為城市園林綠地建設的重要意義

隨著物質生活水平的提高，人們對戶外環(huán)境中人體舒適度提出了越來越來高的要求。現(xiàn)有研究已經(jīng)表明，城市園林綠地可以發(fā)揮遮蔭、降溫、增濕、隔噪等作用，對人體舒適度的影響最大。但目前在城市園林綠地建設過程中，對人體舒適度的關注卻很少。因此，今后研究可以在探明城市園林綠地溫濕效應的基礎上，通過溫度、相對濕度等數(shù)據(jù)推導人體舒適度，且針對多個樣本進行連續(xù)觀測，以此為基礎進一步修訂和完善現(xiàn)有的人體舒適度預測模型，增加其預測的可靠度和適用性，最終使之成為評價城市園林綠地人體舒適度的有效途徑，這對指導人們在城市園林綠地中游憩和城市公園的經(jīng)營管理具有實際的參考價值。

綜上所述，園林生態(tài)的研究成果最終將服務于城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃、設計與管理。本文通過分析城市園林綠地溫濕效應的形成原因，在總結目前研究現(xiàn)狀的基礎上，提出了未來城市園林綠地溫濕效應的研究方向和研究策略，旨在使得城市園林綠地溫濕效應的研究結論可以指導城市園林綠地建設和評價園林綠化的生態(tài)功能。