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        秋季校園不同下墊面小氣候特征比較分析

        2022-06-29 03:57:54胡懿航古扎麗努爾熱木扎王新禹
        林業(yè)科技情報(bào) 2022年2期
        關(guān)鍵詞:宿舍風(fēng)速

        胡懿航 古扎麗努爾·熱木扎 王 越 王新禹

        (東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院,哈爾濱 150040)

        近年來(lái)城市化作用和工業(yè)發(fā)展使得熱島效應(yīng)逐漸增加[1-3]。目前,彭歷[4]等(2017)人發(fā)現(xiàn)小氣候受下墊面的影響;賀曉冬[5]等人揭示了不同下墊面氣象因子的變化趨勢(shì)和原因;汪永英、孔令偉[6]等(2014)對(duì)哈爾濱城市森林不同林型的小氣候特征和人體舒適度進(jìn)行了分析;任桂萍[7]等(2019)對(duì)嘉峪關(guān)市不同下墊面小氣候特征及其生態(tài)意義進(jìn)行分析研究。環(huán)境是指人體以外的空間和影響人的物質(zhì)及能量的總和。人類是否感到舒適很大一部分上取決于環(huán)境的各種因素,諸多環(huán)境中與學(xué)生有著密切關(guān)系的環(huán)境非校園環(huán)境莫屬。校園環(huán)境的舒適性與校園師生的快樂(lè)學(xué)習(xí)和生活有著密切關(guān)系,為了探究不同類型校園綠地所產(chǎn)生的小氣候效應(yīng),我們選取東北林業(yè)大學(xué)校區(qū)內(nèi)具有代表性的草坪、籃球場(chǎng)、林場(chǎng)和宿舍4個(gè)下墊面進(jìn)行試驗(yàn)。

        1 研究區(qū)概況與研究方法

        1.1 研究區(qū)概況

        研究區(qū)域選在了黑龍江省哈爾濱市東北林業(yè)大學(xué)校區(qū)(45.72°N,126.63°E),實(shí)驗(yàn)區(qū)的氣候特點(diǎn)為夏季炎熱、冬季寒冷、春季和秋季的氣溫變化幅度較大、變化時(shí)間較短。本次實(shí)驗(yàn)研究時(shí)間選在了一年中的秋季(9-11月),實(shí)驗(yàn)區(qū)在北方冷空氣的入侵下氣溫逐漸降低。校園內(nèi)的植物種類多樣、分布廣泛,包括水曲柳、白樺、紅皮云杉等喬木,以及榆葉梅、丁香類等灌木[8]。

        研究地點(diǎn)選在東北林業(yè)大學(xué)校園內(nèi)的4種不同類型的下墊面進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析,在每個(gè)下墊面均設(shè)置5個(gè)1m×1m的實(shí)驗(yàn)樣方,并保證樣方內(nèi)各種影響因素分布較為均勻,對(duì)照組選擇黑龍江省氣象局發(fā)布的官方數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行分析比較,選取的4處實(shí)驗(yàn)樣地下墊面的結(jié)構(gòu)類型及特征為:

        (1)宿舍區(qū)—4號(hào)學(xué)生公寓后:地表無(wú)植物覆蓋主要由磚塊構(gòu)成,僅在中午存在陽(yáng)光直射,由于樓體密集風(fēng)速較小,下墊面周圍存在一些水曲柳等喬木和少量灌木,人流密度較大。

        (2)草坪區(qū)—草坪:位于主樓正南方向,地表由草本植物覆蓋,植被覆蓋率大于60%。樣方南側(cè)種植一排喬木使得草坪四周均有建筑物或樹(shù)木阻擋,風(fēng)速較小。草坪區(qū)由于位置空曠所以陽(yáng)光照射時(shí)間較長(zhǎng),此外人流密度較小,受人類影響較少。

        (3)活動(dòng)區(qū)—籃球場(chǎng):下墊面由水泥上方鋪設(shè)一層橡膠軟墊構(gòu)成,實(shí)驗(yàn)區(qū)域無(wú)植被,實(shí)驗(yàn)區(qū)周圍存在幾棵喬木。實(shí)驗(yàn)區(qū)位置空曠,僅有一面存在建筑物遮擋所以陽(yáng)光直射時(shí)間長(zhǎng),升溫快,風(fēng)速較大。午后至傍晚時(shí)分人員密度較大,易受人們行動(dòng)影響。

        (4)林場(chǎng)——水曲柳林地:實(shí)驗(yàn)區(qū)位于林場(chǎng)東側(cè),區(qū)域內(nèi)存在大量喬木和灌木,植被覆蓋率較高。由于樣方周圍樹(shù)木密集所以陽(yáng)光直射時(shí)間極少、風(fēng)速較低,此外人流密度極低,人類活動(dòng)對(duì)林場(chǎng)的感擾可以忽略不計(jì)。

        1.2 研究方法

        2020年9-11月,每月選擇6 d,每日從7:00—19:00每隔2 h進(jìn)行一次測(cè)量,共測(cè)量7次。實(shí)驗(yàn)區(qū)的溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速使用TES溫濕度儀和Testo410-1風(fēng)速儀進(jìn)行測(cè)量。每個(gè)下墊面均采用五點(diǎn)取樣法(四方樣地頂角四點(diǎn)和中心一點(diǎn)),每個(gè)點(diǎn)每次采樣1min,共采樣3次,測(cè)量高度為距離地面1.5m處,與成人呼吸高度基本一致。

        1.3 數(shù)據(jù)處理

        研究選用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、計(jì)算和分析,增溫率、降濕率和降風(fēng)率計(jì)算公式[9]為:

        TN=(Tn-To)/To×100%

        (2-1)

        FN=(Fo-Fn)/Fo×100%

        (2-2)

        VN=(Vo-Vn)/Vo×100%

        (2-3)

        式中:TN為降溫率(%),To為對(duì)照點(diǎn)溫度(℃),Tn為林內(nèi)溫度(℃);FN為增濕率(%),F(xiàn)o為對(duì)照點(diǎn)濕度(%),F(xiàn)n為林內(nèi)濕度(%);VN為降風(fēng)率(%);Vo為對(duì)照點(diǎn)風(fēng)速(m/s);Vn為林內(nèi)風(fēng)速(m/s)。

        2 結(jié)果分析

        2.1 不同下墊面空氣溫度的比較

        草坪、籃球場(chǎng)、林場(chǎng)、宿舍和對(duì)照點(diǎn)的秋季平均氣溫分別為:10.45℃、10.90℃、10.45℃、10.87℃和9.12℃??傮w來(lái)說(shuō),四個(gè)下墊面的季平均溫度均高于對(duì)照值??赡芘c人類活動(dòng)頻繁程度、建筑及植被有關(guān)。由圖1可知,不同月份4個(gè)下墊面與對(duì)照的溫度日變化特征相同,均呈現(xiàn)先上升后下降的單峰曲線,且這三個(gè)月份的最高氣溫都出現(xiàn)在在13:00。9月,4個(gè)下墊面除個(gè)別點(diǎn)外,各時(shí)段平均值均高于對(duì)照點(diǎn)。草坪和林場(chǎng)每個(gè)時(shí)段的溫度都低于宿舍和籃球場(chǎng),宿舍在上午溫度較高,籃球場(chǎng)溫度在下午較高,與宿舍相比,林場(chǎng)的降溫幅度為0~0.4℃,草坪的降溫幅度-0.4~0.3℃,籃球場(chǎng)的降溫幅度為-0.5~0.0℃。10月,4個(gè)下墊面平均氣溫均高于對(duì)照點(diǎn)。草坪和籃球場(chǎng)每個(gè)時(shí)段的氣溫都要低于宿舍和林場(chǎng),宿舍在上午溫度較高,林場(chǎng)溫度在下午較高,與宿舍相比,林場(chǎng)的降溫幅度為-1.4~0.9℃,草坪的降溫幅度-0.8~1.1℃,籃球場(chǎng)的降溫幅度為-1.0~0.5℃。11月,4個(gè)下墊面數(shù)值均高于對(duì)照點(diǎn)。大部分時(shí)間都是籃球場(chǎng)溫度較高,傍晚宿舍溫度較高。與宿舍相比,林場(chǎng)的降溫幅度為-0.3~2.0℃,草坪的降溫幅度-0.3~1.0℃,籃球場(chǎng)的降溫幅度為-0.8~1.0℃。

        圖1 不同下墊面9-11月氣溫的日變化曲線

        2.2 不同下墊面相對(duì)濕度的比較

        草坪、籃球場(chǎng)、林場(chǎng)、宿舍及對(duì)照點(diǎn)的秋季平均相對(duì)濕度分別為:58.20%、55.99%、58.67%、54.12%、64.26%。與對(duì)照點(diǎn)相比,總體來(lái)說(shuō),4個(gè)下墊面都有明顯的降濕現(xiàn)象,其中宿舍和籃球場(chǎng)的降濕程度要高于草坪和宿舍。 由圖2可知,實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的濕度變化趨勢(shì)基本一致,均為早晚較高中午較低與溫度變化相反。通過(guò)后續(xù)計(jì)算我們知道溫度與濕度存在顯著負(fù)相關(guān),通過(guò)溫度和濕度的變化趨勢(shì)也可以印證這一結(jié)論。從圖2我們可以看出,9-11月相對(duì)濕度最低值大部分出現(xiàn)在13點(diǎn),與氣溫在13點(diǎn)出現(xiàn)最大值相聯(lián)系,然而在11點(diǎn)和15點(diǎn)也出現(xiàn)過(guò)最小值,說(shuō)明相對(duì)濕度不僅與氣溫有關(guān),也受風(fēng)速等因素的影響。此外我們可以看出在9、10月份,草坪和林場(chǎng)的曲線要高于宿舍和籃球場(chǎng),而在11月,4條線相差不大,說(shuō)明植被相對(duì)于柏油路面存在一定的增濕效應(yīng)[10]。

        圖2 不同下墊面相對(duì)濕度日變化曲線

        2.3 不同下墊面風(fēng)速的比較

        草坪、籃球場(chǎng)、林場(chǎng)、宿舍和對(duì)照點(diǎn)的秋季平均風(fēng)速分別為:0.65、0.87、0.41、0.73和3.22m/s。與對(duì)照點(diǎn)相比較,總體來(lái)說(shuō)降風(fēng)功能分別為:林場(chǎng)>草坪>宿舍>籃球場(chǎng)。

        由圖3可知,不同月份四個(gè)下墊面的風(fēng)速變化各不相同。9月和11月,籃球場(chǎng)風(fēng)速最大;10月,宿舍風(fēng)速最大;秋季,林場(chǎng)風(fēng)速月平均風(fēng)速一直最小。

        圖3 不同下墊面風(fēng)速日變化

        2.4 不同下墊面增溫率、降濕率、降風(fēng)率的比較

        根據(jù)計(jì)算公式(2-1)、(2-2)和(2-3)計(jì)算可得出在增溫方面,相對(duì)于對(duì)照點(diǎn),9月,4個(gè)下墊面都有不同程度的增溫情況,籃球場(chǎng)和宿舍的增溫量大于草坪和林場(chǎng)的增溫量;10月,草坪低于其他3個(gè)下墊面的增溫率但4個(gè)下墊面的增溫量差距在減小;11月,4個(gè)下墊面增溫效應(yīng)的差距更加的小。

        在減濕效應(yīng)方面,相較于對(duì)照點(diǎn),9月:林場(chǎng)<草坪<宿舍<籃球場(chǎng);10月:林場(chǎng)<草坪<籃球場(chǎng)<宿舍;11月:草坪<宿舍<籃球場(chǎng)<林場(chǎng)。4個(gè)下墊面相對(duì)于對(duì)照點(diǎn)均有一定的減濕作用,其中籃球場(chǎng)和宿舍相對(duì)于林場(chǎng)和草坪減濕作用更加明顯,可能與植被有關(guān),植被多,濕度減少反而不明顯。在降低風(fēng)速方面,4個(gè)下墊面均表現(xiàn)出降風(fēng)作用。林場(chǎng)在3個(gè)月份降風(fēng)效果均很顯著,草坪在10月和11月降風(fēng)效應(yīng)較好,籃球場(chǎng)降風(fēng)效率較低,說(shuō)明降低風(fēng)速除了與植被有關(guān)外,受周圍建筑物結(jié)構(gòu)很大影響。

        3 結(jié)論

        4個(gè)下墊面互相進(jìn)行對(duì)比,大部分時(shí)間溫度表現(xiàn)為:宿舍樓、籃球場(chǎng)>草坪、林場(chǎng),而11月,籃球場(chǎng)、宿舍樓>草坪>林場(chǎng)。經(jīng)分析這與供暖有關(guān),草坪、籃球場(chǎng)和宿舍樓的選址位于校園人流比較大的主校區(qū),而林場(chǎng)的位置比較偏僻,很少有供暖管道與設(shè)施。

        秋季濕度表現(xiàn)為:草坪、林場(chǎng)>籃球場(chǎng)、宿舍,9月降水量高于10月、11月,所以會(huì)呈現(xiàn)出空氣相對(duì)濕度9月>10月>11月的特征。

        秋季風(fēng)速日變化起伏較大,表現(xiàn)為:宿舍樓、籃球場(chǎng)>草坪、林場(chǎng),其中林場(chǎng)在風(fēng)速較大時(shí)對(duì)風(fēng)的消減作用明顯。上午風(fēng)速增加快,而下午風(fēng)速減弱的慢。

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