劉海軒 吳 鞠 許麗娟 徐程揚(yáng)

(北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院 北京 100083)

隨著城市化進(jìn)程加速及氣候變化影響加劇，城市熱島效應(yīng)成為十幾年來(lái)全球的研究熱點(diǎn)。改變城市形態(tài)(Wangetal.,2016)或城市土地利用結(jié)構(gòu)(Connorsetal.,2013)、優(yōu)化城市森林空間格局(賈寶全等，2016)、提高居住區(qū)樹(shù)冠覆蓋度(高美蓉等,2014)、改善樹(shù)木空間配置(Wuetal.,2017)、優(yōu)選適宜樹(shù)種(Rahmanetal.,2015;Linetal.,2017)等，成為探索解決熱島效應(yīng)問(wèn)題的重要途徑。針對(duì)緩解地面熱效應(yīng)和提高人體舒適度要求，如何科學(xué)構(gòu)建城市森林已成為城市森林建設(shè)中亟待解決的問(wèn)題。選擇適宜的城市森林結(jié)構(gòu)指標(biāo)、理清城市森林結(jié)構(gòu)與人體舒適度關(guān)系，是科學(xué)構(gòu)建城市森林的重要基礎(chǔ)(Taleghanietal.,2014；Qinetal.,2014)。

城市熱島效應(yīng)的研究尺度集中在城市(Estoqueetal.,2017)和城市內(nèi)典型地段，其中后者以類(lèi)型間比較為主(Klemmetal.,2015;Rahmanetal.,2015)，但很少建立典型地段城市森林結(jié)構(gòu)與降溫強(qiáng)度或人體舒適度間的關(guān)系(苑征，2011；潘劍彬等，2015；劉海軒等，2015；齊石茗月，2016)。有限的研究表明，城市森林舒適度與林分結(jié)構(gòu)顯著相關(guān)(苑征，2011；Rahmanetal.,2015)。在結(jié)構(gòu)相似的城市森林中，郁閉度和葉面積指數(shù)(潘劍彬等，2015；劉海軒等，2015；齊石茗月，2016)、林分規(guī)模(劉海軒等，2015)等結(jié)構(gòu)參數(shù)可解釋溫度變化的60%以上，但對(duì)舒適度變化的解釋程度一般為20%～30%(齊石茗月，2016)。

由于城市生態(tài)系統(tǒng)中綠色基礎(chǔ)設(shè)置和灰色基礎(chǔ)設(shè)置通常是混雜的，城市森林結(jié)構(gòu)本身變化也非常大。復(fù)雜結(jié)構(gòu)林分中人體舒適度是否由多種結(jié)構(gòu)因素共同影響？哪些結(jié)構(gòu)指標(biāo)是影響林內(nèi)舒適度的主導(dǎo)因素？仍是待解決的問(wèn)題。鑒于此，本研究選取6個(gè)一維度城市森林冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)，構(gòu)建8個(gè)多維度冠層結(jié)構(gòu)指數(shù)，分別與舒適度建立關(guān)系，選擇與舒適度緊密相關(guān)的城市森林冠層結(jié)構(gòu)指數(shù)，以期為進(jìn)一步優(yōu)化城市森林結(jié)構(gòu)、改善城市森林熱環(huán)境提供參考。

1 研究區(qū)概況

北京市(115.7°—117.4°E,39.4°—41.6°N)屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，年均降水量571.9 mm左右，但季節(jié)分配不均，主要集中在6—8月。全年平均太陽(yáng)輻射量112～136 Kcal·cm-2。年均氣溫12.3 ℃，7月最熱，平均氣溫26.2 ℃。

在北京市區(qū)內(nèi)選取8個(gè)城市公園和城市森林公園為研究區(qū)域，包括朝陽(yáng)公園、海淀公園、奧體公園、龍?zhí)豆珗@、樹(shù)村公園、元大都遺址公園、八家郊野公園和奧林匹克森林公園，研究區(qū)域內(nèi)的林分為喬草結(jié)構(gòu)，多為闊葉混交林，偶有針闊混交林，土壤類(lèi)型為黃棕壤。受人為清掃影響，林下鮮有枯枝落葉。主要樹(shù)種有旱柳(Salixmatsudana)、國(guó)槐(Sophorajaponica)、毛白楊(Populustomentosa)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、白蠟(Fraxinusbungeana)、欒樹(shù)(Koelreuteriapaniculata)、銀杏(Ginkgobiloba)、臭椿(Ailanthusaltissima)、圓柏(Sabinachinensis)、側(cè)柏(Platycladusorientalis)和白皮松(Pinusbungeana)等。

2 研究方法

2.1 樣地布設(shè)

在研究區(qū)域內(nèi)選取喬木為主并能為游人提供游憩空間的典型林分，以游客開(kāi)展休憩、娛樂(lè)等活動(dòng)的適宜面積為參考(苑征，2011；劉海軒等，2015)，布設(shè)20 m×20 m的樣地，于每塊樣地外20 m范圍內(nèi)無(wú)其他林分干擾的空地處設(shè)置對(duì)照點(diǎn)(賈寶全等，2016)，用于觀測(cè)林外照度、林外溫濕度、林外風(fēng)速等。試驗(yàn)共設(shè)置1 444塊樣地，基本涵蓋研究區(qū)域內(nèi)主要林分類(lèi)型。按胸徑大小范圍劃分，樣地?cái)?shù)量和群落基本結(jié)構(gòu)如表1。

2.2 冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)選擇及數(shù)據(jù)獲取

參考前人研究結(jié)果(賈寶全等，2012;Abreu-harbichetal.,2015;劉海軒等，2015;齊石茗月,2016)，本研究選取葉面積指數(shù)(LAI)、平均葉傾角(MTA)、冠層厚度(CTH)、枝下高(UBH)、冠高比(RCT)和冠層通透度(PC)6個(gè)冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)。其中，LAI和MTA采用LAI-2200型冠層分析儀(Li-cor,USA)直接測(cè)定，分別表征單位面積上覆蓋的葉片總面積和葉片與水平面的平均夾角；冠層厚度指林木樹(shù)高與枝下高差值的均值，表征葉片在垂直空間中的分布狀況；枝下高指林分平均活枝下高，表征冠下空間大??；冠高比為冠層厚度與平均樹(shù)高的比值，表征冠層和林下空間的協(xié)調(diào)程度；冠層通透度為林內(nèi)平均照度和林外照度的比值，表征冠層透光度。

于2013—2016年的7—8月典型晴天(表2)，調(diào)查樣地林分基本結(jié)構(gòu)，并監(jiān)測(cè)林內(nèi)外氣象因子和光照強(qiáng)度。其中林分基本結(jié)構(gòu)包括樹(shù)高、胸徑、冠幅、第一活枝下高、葉面積指數(shù)和平均葉傾角等。采用kestrel4000(Kestrel,USA，溫度精度±1.0 ℃，濕度精度±3%，風(fēng)速精度±3%)記錄林內(nèi)外空氣溫、濕度和風(fēng)速，并采用照度計(jì)(HT-8318)測(cè)定林內(nèi)外照度(其中測(cè)得照度的樣地共558塊)。

表1 基于胸徑大小范圍統(tǒng)計(jì)的樣地基本情況Tab.1 Basic information of the sample plots based on the range of DBH

表2 試驗(yàn)期間天氣狀況①Tab.2 Weather conditions during experimental period

①數(shù)據(jù)來(lái)自天氣后報(bào)http://www.tianqihoubao.com.Source of the data is http://www.tianqihoubao.com.

2.3 舒適度指標(biāo)計(jì)算

選取舒適度指標(biāo)(黃良美等，2008)反映城市森林林內(nèi)外舒適狀態(tài)，計(jì)算公式為：

S=0.6×(|T-24|)+0.07×(|Hr-70|)+

0.5×(|v-2|)。

式中：S為綜合舒適度指標(biāo)，S值越小舒適度越高；T為平均氣溫(℃)；Hr為空氣相對(duì)濕度(%)；v為平均風(fēng)速(m·s-1)。

以Sd表示舒適度相對(duì)變化，表達(dá)如下：

Sd=(S1-S2)/S2。

式中：S1為林內(nèi)舒適度；S2為林外舒適度。

2.4 多維度樹(shù)冠結(jié)構(gòu)指數(shù)構(gòu)建

氣溫、空氣相對(duì)濕度以及風(fēng)速適中的環(huán)境舒適度較高(黃良美等，2008)，而具有濃密樹(shù)冠、較高樹(shù)冠覆蓋度、良好通風(fēng)狀況結(jié)構(gòu)的森林會(huì)有較高舒適度(劉海軒等，2015)。因此，采用與林內(nèi)舒適度相關(guān)性較高的葉面積指數(shù)、平均葉傾角、冠層厚度、枝下高和冠高比這5個(gè)一維度結(jié)構(gòu)指標(biāo)(表3)，分別從冠層結(jié)構(gòu)對(duì)熱擴(kuò)散和林內(nèi)舒適度影響的角度，構(gòu)建多維度冠層結(jié)構(gòu)指數(shù)：較大的冠層厚度和葉面積指數(shù)使林分具有更強(qiáng)蒸騰能力，可帶走大量潛熱，較低的平均葉傾角一方面可阻隔垂直向下的熱輻射，一方面增大了葉片受光面積，增加冠層蒸騰效率，因此從垂直方向上以最大限度增加潛熱的角度構(gòu)建潛熱擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)(structure index for latent heat diffuse,SIL)、以增加潛熱降低顯熱的角度構(gòu)建熱垂直擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)(structure index for heat vertically diffuse,SIV)；冠下空間大的林分有利于氣體的水平交換，樹(shù)高一定，冠高比越大的林分冠下空間越小，阻礙氣流交換，因此從水平方向上影響熱量交換的角度構(gòu)建熱水平擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)(structure index for heat horizontally diffuse,SIH)；綜合5項(xiàng)指標(biāo)對(duì)熱量的影響，構(gòu)建綜合熱擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)(comprehensive structure index for heat diffuse,CSI)。各指數(shù)計(jì)算公式如下：

SIV=MTA/(CTH×LAI)；

SIH=UBH/RCT；

SIL=LAI×CTH；

CSI=(MTA×UBH)/(CTH×RCT×LAI)。

SIV越小，林分阻隔顯熱、增加潛熱的能力越高；SIH越小，林分阻隔水平熱氣流的能力越強(qiáng)；SIL越大，林分蒸騰帶走潛熱的能力越強(qiáng)；CSI越小，林分阻隔顯熱、增加潛熱以及通風(fēng)的能力越強(qiáng)。

選取與舒適度相對(duì)變化相關(guān)性較高的葉面積指數(shù)、冠高比和冠層通透度這3個(gè)一維度結(jié)構(gòu)指標(biāo)(表3)，從冠層結(jié)構(gòu)對(duì)林內(nèi)外熱交換和對(duì)舒適度相對(duì)變化的影響角度，構(gòu)建多維度冠層結(jié)構(gòu)指數(shù)。對(duì)同樣高度的林分來(lái)說(shuō)，高葉面積指數(shù)阻礙林冠上下間的氣流交換；冠高比越大，意味著冠層越厚，而樹(shù)高較小的樹(shù)木枝下高越低，這將在一定程度上阻礙氣流在水平方向的流動(dòng)(劉海軒等，2015)。因此從林冠層對(duì)氣流交換的影響角度構(gòu)建垂直冠層指數(shù)(vertical canopy index，VCI)。通透度較低，意味著林隙少且冠層均勻，葉面積指數(shù)大，說(shuō)明樹(shù)冠濃密，阻隔垂直向下的熱輻射，因此以垂直方向上冠層對(duì)熱交換的影響角度構(gòu)建樹(shù)冠均勻指數(shù)(canopy uniformity index，CU)。冠高比大，一定程度上阻隔了水平方向上林外熱氣流的流入，而較低的通透度可以從垂直方向上減少顯熱，因此從冠層對(duì)顯熱的阻礙作用角度構(gòu)建樹(shù)冠垂直均勻指數(shù)(canopy vertical evenness index，CVE)。綜合考慮3項(xiàng)指標(biāo)對(duì)熱量的影響構(gòu)建冠層綜合指數(shù)(comprehensive canopy index，CC)。計(jì)算公式如下：

VCI=1/(LAI×RCT)；

CU=PC/LAI；

CVE=PC/RCT；

CC=PC/(LAI×RCT)。

VCI越小，冠層對(duì)熱氣流交換的阻礙能力越強(qiáng)；CU越小，冠層在垂直方向上阻隔熱輻射的能力越強(qiáng)；CVE越小，冠層降低林內(nèi)顯熱的作用越強(qiáng)；CC越小，林分冠層阻隔熱輻射，減少熱對(duì)流的能力越強(qiáng)。

2.5 數(shù)據(jù)處理

受林內(nèi)舒適度和舒適度相對(duì)變化取值范圍限制，根據(jù)實(shí)際觀測(cè)結(jié)果，對(duì)林內(nèi)舒適度和舒適度相對(duì)變化值相同的樣地進(jìn)行分組平均處理，最終對(duì)101組林內(nèi)舒適度數(shù)據(jù)和82組舒適度相對(duì)變化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。使用spss18.0軟件進(jìn)行相關(guān)分析、線性回歸分析，使用Origin8.0軟件繪圖。

3 結(jié)果分析

3.1 一維度樹(shù)冠結(jié)構(gòu)指標(biāo)與舒適度的關(guān)系

除冠層通透度與林內(nèi)舒適度不顯著相關(guān)外，其他5個(gè)樹(shù)冠結(jié)構(gòu)指標(biāo)均與林內(nèi)舒適度顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)相關(guān)(表3)。葉面積指數(shù)、平均葉傾角、冠層厚度、平均枝下高和冠高比與林內(nèi)舒適度的擬合優(yōu)度整體較低，說(shuō)明一維結(jié)構(gòu)指標(biāo)對(duì)林內(nèi)舒適度的解釋度普遍較弱，僅變化在0～30.5%(無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系的結(jié)構(gòu)指標(biāo)對(duì)舒適度的解釋力視為0)。

表3 一維度樹(shù)冠結(jié)構(gòu)指標(biāo)與舒適度指標(biāo)的關(guān)系①Tab.3 Relationship between one dimension indicators of canopy structure and comfort index

①LAI:葉面積指數(shù)Leaf area index;MTA:平均葉角Mean tilt angle of leaf;CTH:冠層厚度Canopy thickness;UBH:枝下高Under branch height;RCT:冠高比Ratio of canopy thickness to tree height;PC:冠層通透度Permeability of canopy.

葉面積指數(shù)、冠高比和冠層通透度與舒適度相對(duì)變化極顯著(P<0.01)相關(guān)，其他指標(biāo)與舒適度相對(duì)變化無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系(表3)。只有冠層通透度和舒適度相對(duì)變化的擬合優(yōu)度較高(R2=0.535)。6個(gè)一維結(jié)構(gòu)指標(biāo)對(duì)舒適度相對(duì)變化的解釋能力均較弱，變化在0～53.5%(無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系的結(jié)構(gòu)指標(biāo)對(duì)舒適度相對(duì)變化的解釋力視為0)。

3.2 多維度樹(shù)冠結(jié)構(gòu)指數(shù)與舒適度的關(guān)系

在多維度冠層結(jié)構(gòu)指數(shù)中，除潛熱擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)外，其他3個(gè)結(jié)構(gòu)指數(shù)均與林內(nèi)舒適度極顯著(P<0.01)正相關(guān)(表4)。相較一維度結(jié)構(gòu)指標(biāo)，多維度指數(shù)與林內(nèi)舒適度的相關(guān)關(guān)系有所提升。潛熱擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)、熱垂直擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)、熱水平擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)和綜合熱擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)等多維度指數(shù)對(duì)林內(nèi)舒適度的解釋力變化在0～37.5%(無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系的結(jié)構(gòu)指數(shù)對(duì)舒適度的解釋力視為0)。熱水平擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)對(duì)林內(nèi)舒適度的解釋力比枝下高提高了22.95%，說(shuō)明多維度指數(shù)提高了對(duì)林內(nèi)舒適度的解釋力。

表4 多維度樹(shù)冠結(jié)構(gòu)指數(shù)與舒適度指標(biāo)間的關(guān)系①Tab.4 Relationship between multidimensional indices of canopy structure and comfort index

①SIV：熱垂直擴(kuò)散結(jié)果指數(shù)Structure index for heat vertically diffuse;SIH:熱水平擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)Structure index for heat horizontally diffuse;SIL：潛熱擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指標(biāo)Structure index for latent heat diffuse;CSI：綜合熱擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)Comprehensive structure index for heat diffuse;VCI:垂直冠層指數(shù)Vertical canopy index;CU:樹(shù)冠均勻指數(shù)Canopy uniformity index;CVE:樹(shù)冠垂直均勻指數(shù)Canopy vertical evenness index;CC:冠層綜合指數(shù)Comprehensive canopy index.

多維度冠層結(jié)構(gòu)指數(shù)與舒適度相對(duì)變化均極顯著(P<0.01)正相關(guān)(表4)，明顯高于一維度結(jié)構(gòu)指標(biāo)的相關(guān)性。4個(gè)多維度冠層結(jié)構(gòu)指數(shù)對(duì)舒適度相對(duì)變化的解釋力為30.9%～55.1%。對(duì)舒適度相對(duì)變化解釋程度最高的指數(shù)為樹(shù)冠垂直均勻指數(shù)(R2=0.572)，相較冠層通透度提高了6.9%。

3.3 多維度樹(shù)冠結(jié)構(gòu)指數(shù)對(duì)舒適度的協(xié)同影響

在熱垂直擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)不變時(shí)，林內(nèi)舒適度隨熱水平擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)升高而升高；在熱水平擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)不變時(shí)，林內(nèi)舒適度隨熱垂直擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)升高而升高(圖1)。70%的樣點(diǎn)分布在誤差限(1倍標(biāo)準(zhǔn)差，下同)以內(nèi)，2個(gè)指數(shù)的協(xié)同作用對(duì)林內(nèi)舒適度的解釋程度為43.5%，高于單一結(jié)構(gòu)指標(biāo)和單一結(jié)構(gòu)指數(shù)的解釋力。

在垂直冠層指數(shù)不變時(shí)，舒適度相對(duì)變化隨樹(shù)冠均勻指數(shù)升高而升高；在樹(shù)冠均勻指數(shù)不變時(shí)，舒適度相對(duì)變化隨垂直冠層指數(shù)升高而升高(圖2)。垂直冠層指數(shù)和樹(shù)冠均勻指數(shù)對(duì)舒適度相對(duì)變化的解釋程度為57.3%，相較單一結(jié)構(gòu)指數(shù)無(wú)明顯提升。

圖1 舒適度隨SIV和SIH的變化趨勢(shì)Fig.1 Changes of S with SIV and SIH(S=4.78×lg (SIV+1)+26.21×lg (SIH+1)-14.71 ;R2=0.435**)

圖2 舒適度相對(duì)變化隨VCI和CU的變化趨勢(shì)Fig.2 Changes of Sd with VCI and CU(Sd=0.877×lg (VCI+1)+0.338×lg (CU+1)-0.668 ;R2=0.573**)

圖3 舒適度相對(duì)變化隨VCI和CVE的變化趨勢(shì)Fig.3 Changes of Sd with VCI and CVE(Sd=1.037×lg (VCI+1)+0.372×lg (CVE+1)-0.896;R2=0.639**)

舒適度相對(duì)變化隨樹(shù)冠垂直均勻指數(shù)和垂直冠層指數(shù)升高而升高(圖3)，63.2%的樣點(diǎn)分布在誤差限以內(nèi)。樹(shù)冠垂直均勻指數(shù)和垂直冠層指數(shù)對(duì)舒適度相對(duì)變化的解釋程度為63.9%，高于單個(gè)結(jié)構(gòu)指標(biāo)的解釋力。相比樹(shù)冠垂直均勻指數(shù)，2個(gè)指數(shù)的協(xié)同作用對(duì)舒適度相對(duì)變化的解釋力提升了11.7%。

4 討論

4.1 一維度冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)合理性

在一維度結(jié)構(gòu)指標(biāo)中，對(duì)林內(nèi)舒適度的解釋程度最高的是枝下高。較小的冠下空間一方面有利于增加冠層生態(tài)場(chǎng)對(duì)林下空間的影響(藺銀頂?shù)龋?006)，另一方面增大了林分阻隔林外熱氣流的能力。因此，較低的冠下空間有利于增加舒適度。

在一維度結(jié)構(gòu)指標(biāo)中，對(duì)舒適度相對(duì)變化解釋力最強(qiáng)的是冠層通透度。較低的通透度有利于阻隔垂直方向上的熱輻射，導(dǎo)致林內(nèi)外溫度差異(王昭燕，2008；康滿春，2016)，進(jìn)而引起林內(nèi)外舒適差異。

葉面積指數(shù)與林內(nèi)舒適度和舒適度相對(duì)變化顯著相關(guān)，但對(duì)舒適度的解釋力較低。葉面積指數(shù)較高的林分有較強(qiáng)蒸騰能力，帶走大量潛熱的同時(shí)也會(huì)大幅增加林內(nèi)濕度(Qinetal.,2014)，而在高溫高濕天氣下的較高濕度不利于林內(nèi)舒適，因此葉面積指數(shù)對(duì)林內(nèi)舒適度的代表性較差。

總體來(lái)看，單一冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)無(wú)法很好地解釋林下熱舒適。

4.2 多維度冠層結(jié)構(gòu)指數(shù)合理性

森林主要通過(guò)蒸散帶走潛熱或遮蔭降低顯熱產(chǎn)生降溫效應(yīng)(Gkatsoploulos,2017)。目前植被蒸散研究主要集中在農(nóng)田和山區(qū)森林，而鮮有城市森林蒸散研究(趙慧穎等,2017;張雪松等，2017)。根據(jù)彭曼公式，影響蒸散的因素主要有氣候因素、植被指數(shù)、地理位置和冠層結(jié)構(gòu)等。那么據(jù)此推測(cè)城市森林冠層結(jié)構(gòu)對(duì)能量流動(dòng)的影響，郁閉度高并枝繁葉茂的樹(shù)冠可增大林分的遮蔭性和蒸騰能力，既可以阻隔太陽(yáng)輻射又可以帶走大量潛熱。本研究從能量平衡角度構(gòu)建了多維度冠層結(jié)構(gòu)指數(shù)，并分析表明多維冠層結(jié)構(gòu)指數(shù)對(duì)舒適度具有較高代表性。在多維度冠層結(jié)構(gòu)指數(shù)中，熱水平擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)對(duì)林內(nèi)舒適度的解釋力最大。因?yàn)闊崴綌U(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)降低，可阻隔林外熱氣流，同時(shí)利于狹管風(fēng)形成(楊德江等，2008；辛渝等，2015)，使林下保持較低溫度，利于提高林下舒適度。樹(shù)冠垂直均勻指數(shù)對(duì)舒適度相對(duì)變化解釋程度最高，這是因?yàn)檩^低的樹(shù)冠垂直均勻指數(shù)可在垂直和水平方向上最大限度地降低林分和環(huán)境間的熱交換，利于維持林下舒適氣候。

熱垂直擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)和熱水平擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)是根據(jù)林下舒適狀態(tài)構(gòu)建的多維度冠層結(jié)構(gòu)指數(shù)；垂直冠層指數(shù)和樹(shù)冠垂直均勻指數(shù)是根據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)舒適度的作用強(qiáng)度構(gòu)建的多維度冠層結(jié)構(gòu)指數(shù)。這些多維度指數(shù)對(duì)林內(nèi)舒適度和舒適度相對(duì)變化影響的普遍適用性，有待進(jìn)一步研究。

多維度結(jié)構(gòu)指數(shù)對(duì)舒適度指標(biāo)的解釋程度高于單一結(jié)構(gòu)指標(biāo)和結(jié)構(gòu)指數(shù)，說(shuō)明林分對(duì)舒適度的影響是多個(gè)指數(shù)共同作用的結(jié)果。此外，本研究構(gòu)建的多維度指數(shù)對(duì)舒適度的解釋力最高達(dá)到63.9%，說(shuō)明仍有36.1%的舒適度變化是由其他因子引起的。盡管不同結(jié)構(gòu)城市森林可對(duì)氣候舒適度產(chǎn)生顯著影響，但影響氣候舒適度的原因多樣，如水面及其大小(彭保發(fā)等，2013)、不透水地面大小及其面積比例(Connorsetal.,2013)、城市建筑容積率(應(yīng)天玉等，2010)、建筑表面材料對(duì)陽(yáng)光的反射能力(姚玉龍等，2013)等。作為綠色基礎(chǔ)設(shè)施，城市森林與建筑等灰色基礎(chǔ)設(shè)施通常是融為一體的。本研究在各樣點(diǎn)調(diào)查冠層結(jié)構(gòu)時(shí)，盡量避開(kāi)周邊灰色基礎(chǔ)設(shè)施，但仍難以排除其影響，因此，欲通過(guò)城市森林結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)林內(nèi)舒適度，需將周邊灰色基礎(chǔ)設(shè)施考慮在內(nèi)。如何構(gòu)建包含灰色基礎(chǔ)設(shè)施在內(nèi)的城市森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)指數(shù)，以及這類(lèi)指數(shù)是否能更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)林內(nèi)舒適度，還有待進(jìn)一步研究。

4.3 舒適度指數(shù)選擇

目前評(píng)價(jià)人體舒適度應(yīng)用最廣的是舒適指數(shù)或不適指數(shù)(齊石茗月，2016)，主要適用于無(wú)遮擋的戶外環(huán)境，而本研究在北京城市森林中開(kāi)展，因此選用在南寧市試驗(yàn)得出的群落舒適指數(shù)(黃良美等，2008)作為評(píng)價(jià)城市森林舒適度的指標(biāo)。群落舒適度評(píng)價(jià)法是根據(jù)人在森林群落中對(duì)氣象環(huán)境的真實(shí)感受擬合成溫度、濕度、風(fēng)速與舒適度的關(guān)系式，再根據(jù)關(guān)系式計(jì)算群落舒適等級(jí)，據(jù)此評(píng)判森林群落內(nèi)的舒適程度，評(píng)判結(jié)果主要受群落結(jié)構(gòu)影響，而主要?dú)庀笠蜃?溫度、濕度、風(fēng)速)已考慮在關(guān)系式中，所以評(píng)判結(jié)果受南北方氣象條件差異的影響較小。

5 結(jié)論

1) 與林內(nèi)舒適度相關(guān)性較高的一維度結(jié)構(gòu)指標(biāo)為葉面積指數(shù)、平均葉傾角、冠層厚度、枝下高和冠高比；與舒適度相對(duì)變化顯著相關(guān)的一維度結(jié)構(gòu)指標(biāo)為葉面積指數(shù)、冠高比和冠層通透度。

2) 與林內(nèi)舒適度相關(guān)性較高的多維度結(jié)構(gòu)指數(shù)為熱垂直擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)、熱水平擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)和綜合熱擴(kuò)散結(jié)構(gòu)指數(shù)；與舒適度相對(duì)變化顯著相關(guān)的多維度結(jié)構(gòu)指數(shù)有垂直冠層指數(shù)、樹(shù)冠均勻指數(shù)、樹(shù)冠垂直均勻指數(shù)和冠層綜合指數(shù)。

3) 多維度冠層結(jié)構(gòu)指數(shù)對(duì)舒適度的解釋力高于一維度冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)，在本研究范圍內(nèi)，使用多維度指數(shù)代表舒適度比一維度指標(biāo)更合理，多維度冠層結(jié)構(gòu)指數(shù)的應(yīng)用將為優(yōu)化城市森林結(jié)構(gòu)提供參考。