苏州城市公园景观的温湿效应研究743777世外桃园

时间: 2019-10-02

  苏州城市公园景观的温湿效应研究蒋华伟1 ,罗红雨 2 ,田 婷 1 ,李 欣 1 ,江 君 1 ,徐 君 1, 靖 晶1( 1 苏州市农业科学院,江苏苏州 215155;2 江苏三维园艺有限公司,江苏昆山 215341)摘 要:为研究苏州城市公园内不同景观类型的温湿效应,选取苏州市区苏州公园、桐泾公园、白塘生态植物园、苏州中国花卉植物园等4个公园内乔草密林、乔灌草混合林、乔草疏林、草坪、园内广场等5种景观类型作为研究对象,公园外道路作为对照。利用手持式温湿度仪测定不同类型样地1.5 m高度的空气温湿度。研究结果表明:(1)和园外道路、园内广场相比,有植被景观类型在不同季节均具有降温增湿效果;(2...

  苏州城市公园景观的温湿效应研究蒋华伟1 ,罗红雨 2 ,田 婷 1 ,李 欣 1 ,江 君 1 ,徐 君 1, 靖 晶1( 1 苏州市农业科学院,江苏苏州 215155;2 江苏三维园艺有限公司,江苏昆山 215341)摘 要:为研究苏州城市公园内不同景观类型的温湿效应,选取苏州市区苏州公园、桐泾公园、白塘生态植物园、苏州中国花卉植物园等4个公园内乔草密林、乔灌草混合林、乔草疏林、草坪、园内广场等5种景观类型作为研究对象,公园外道路作为对照。利用手持式温湿度仪测定不同类型样地1.5 m高度的空气温湿度。研究结果表明:(1)和园外道路、园内广场相比,有植被景观类型在不同季节均具有降温增湿效果;(2)不同景观类型中,乔草密林的降温增湿效果最好;(3)在夏季,公园的平均温度、湿度和园外道路相比,有极显著、显著差异;(4)在夏季,公园整体的降温增湿效果和公园面积、水体面积占比没有明显的相关性。这些结果可以给公园规划建设、市民出行游玩提供一定参考。关键词:温湿效应;景观类型;公园中图分类号:Q948.1 文献标志码:A 论文编号:casb17050090Effect of Temperature and Humidity of Urban Park Landscape in SuzhouJiang Huawei 1 , Luo Hongyu 2 , Tian Ting 1 , Li Xin 1 , Jiang Jun 1 , Xu Jun 1 , Jing Jing 1( 1 Suzhou Academy of Agricultural Sciences, Suzhou Jiangsu 215155;2 Jiangsu Sanwei Horticulture Co., Ltd, Kunshan Jiangsu 215341)Abstract: To study the temperature and humidity effect of different landscape types in Suzhou urban parks,five landscape types in Suzhou Park, Tongjing Park, Baitang Ecological Botanical Garden, Suzhou ChinaFlower Botanical Garden were selected, including the tree-grass thick grove, tree-shrub-grass grove, tree-grass sparse grove, lawn and park square, and the roads outside the park were used as control. Temperatureand humidity of 1.5 m height of the landscapes were determined with the hand-held temperature and humiditymeter. The results showed that: (1) landscapes with groundcover in different seasons had lowering temperatureand increasing relative humidity effect compared with road and square; (2) in the five researched landscapetypes, tree-grass grove had the best effect of lowering temperature and increasing relative humidity; (3) insummer, the average temperature and average relative humidity of the parks had extremely significantdifference, significant difference compared with roads outside the park; (4) in summer, the whole loweringtemperature and increasing relative humidity effect of the park had no obvious correlation to the park area andwater area ratio. These results could be as reference for park planning and public travel.Key words: temperature-humidity effect; landscape type; park0 引言城市热岛效应是指由城市化引起的城市地表及大气温度高于周边非城市环境的一种现象 [1] 。随着城市化进程的加快以及全球变暖的影响,城市热岛效应变得越来越强烈,热岛效应的影响范围也不断扩大。它不仅对区域气候变化、城市大气环境格局、能源消耗的影响日益增强,而且对城市居民健康的威胁也越来越严重 [2] 。已有医学研究表明,环境温度高于28℃时,人基金项目:苏州市应用基础研究项目“苏州城市绿道植物景观优化及生态功能评价研究”(SYN201529)。第一作者简介:蒋华伟,男,1981年出生,江苏沭阳人,助理研究员,硕士,研究方向:园林植物生理生态研究。通信地址:215155 苏州相城区望亭镇北苏州市农业科学院,Tel,E-mail:。收稿日期:2017-05-19。修回日期:2017-06-19。中国农学通报 2017,33(22):72-78ChineseAgricultural Science Bulletin 体会有不舒适感;高于34℃时,可能会显著增加心脏、脑血管和呼吸系统疾病的发病率 [3] 。因此,城市热岛效应已成为当今社会面临的一个重要环境问题,如何缓解城市热岛效应的影响已受到国内外学者的关注和重视 [4-7] 。城市公园是重要的绿色基础设施,除能够提供休憩娱乐、净化空气、维持生物多样性等功能外,对气候的温湿调节也是其重要的生态服务功能 [8-9] 。众多研究表明,公园是城市热岛中的低温区,成为城市热表面中的“冷岛”[8,10-12] 。公园景观的降温效果受公园面积、周长及形状复杂性指数等因素的综合影响,面积、周长与温度具有负相关关系 [11-14] ;对周围环境的降温影响方面,随着距离公园渐远,地表温度逐渐升高,且升温趋势变缓 [11,14] 。公园内不同景观类型斑块的降温效果也不同,如树林和混合绿地的降温效果明显好于草坪和裸地 [15] ,在夏季高温时段,绿地的温度随覆盖率的增加而降低,当覆盖率达到或高于60%时,其绿地才具有明显的降温增湿效果;覆盖率较高的乔-灌-草复合型绿地给环境带来的温湿度的空间影响范围较大,乔-灌-草复合型绿地的降温增湿效应好于草坪 [16] 。植被覆盖区的增湿效应随环境温度升高而增强,其相关系数可达0.8以上 [17] 。苏州地处亚热带边缘,夏季高温炎热,尤其随着近几年苏州城市发展速度加快,城市规模迅速扩大,更加剧了城市热岛效应,虽然天气炎热,但人们仍然愿意到公园中活动交流、纳凉避暑,而面积不同的公园在夏季的降温增湿效应以及公园内不同景观类型的降温增湿效应究竟如何,目前没有相关的实地研究。笔者选取苏州市区4个面积不同的公园作为研究对象,在4个公园中选择景观类型相似的样地进行测定,研究公园面积、景观类型对环境的降温增湿效应,旨在为苏州城市公园的建设、维护及市民游玩提供科学参考。1 研究区域和测定方法1.1 研究区及样地设置苏州位于长江三角洲中部、江苏省东南部,地处东经1195512120、北纬30473202之间,东傍上海,南接浙江,西抱太湖,北依长江,总面积8488.42 km 2 。全市地势低平,平原占总面积的54.8%,海拔4 m左右。丘陵占总面积的2.7%。苏州市区中心地理坐标在东经12037,北纬3119,地处温带,四季分明,气候温和,743777世外桃园藏宝图。雨量充沛。属北亚热带季风气候,年均降水量1100 mm,年均温 15.7℃,1 月均温 2.5℃。7 月均温28℃。本研究选取不同面积的公园进行研究,面积从小到大依次为苏州公园、桐泾公园、白塘生态植物园、苏州中国花卉植物园,4个公园的详细参数见表1。在每个公园选择乔-草密林、乔-灌-草混合林、乔-草疏林、草坪、园内广场5种不同的景观类型样地,以公园外道路作为对照 [16,18] ,样地概况见表2。1.2 测定方法使用Fluke 971温湿度测定仪(精度0.1)测定样地1.5 m高度的温湿度 [18] 。测定时选择十字交叉型的路线,能够充分代表所测样地的温湿度。2015年7月26日8月7日共11天,苏州气温均超过35℃,最低气温在28~30℃,属于一年中最热的时候,本时间段内典型天气白天温度变化为5:00 30℃、8:00 32℃、11:00 37℃、14:00 38℃、17:00 37℃,本次实验测定时间选择上午9:00、中午12:00、下午15:00 3个代表性的时间点,各测定1次,每个样地采集数据10~15个,每次测定时间在5 min内完成,以减少时间变化对温湿度造成的误差。其中苏州中国花卉植物园的样地,连续测定春夏秋3个季节的温湿度变化情况,数据采集时间为上午9:0010:00,下午14:0015:00,测定方法同上。1.3 数据分析数据分析处理及作图在 Microsoft Excel 2007 及公园名称苏州公园桐泾公园白塘生态植物园苏州中国花卉植物园公园概况位于姑苏区,面积约4.3万m 2 ,有植物60多种,始建于20世纪20年代,后被破坏并陆续修复,2001年修缮后开放位于姑苏区,面积约20万m 2 ,中心城区最大的市级公园,植物100多种,2003年建成开放位于工业园区、面积约60.5万m 2 ,依植物开花习性分为春夏秋冬4个版块,共有国内外植物500多种,2006年建成位于相城区,面积约133.4万m 2 ,苏州最大的人造公园,有植物种类及栽培种1800余种,2008年建成测定日期8月2日8月1日8月3日8月5日天气情况温度范围30~38℃,空气湿度70%,南风3级,气压1008 hPa温度范围29~37℃,空气湿度74%,南风3~4级,气压1009 hPa温度范围30~38℃,空气湿度68%,南风3级,气压1008 hPa温度范围29~37℃,空气湿度69%,东南风3级,气压1006 hPa水体面积占比/%5521.838.5表1 公园概况及天气情况蒋华伟等:苏州城市公园景观的温湿效应研究 73 中国农学通报 软件上完成。2 结果与分析2.1 夏季不同景观类型之间气温的比较从图1中可以看出,在3个测定时间段,景观类型从乔草密林、乔灌草混合林、乔草疏林、草坪、园内广场到园外道路的气温以线性方式递增,变化趋势基本一致。3个时间点乔草密林的温度均为最低,而园外道路的温度均最高。9:00时,6种景观类型中,乔草密林的气温最低(33.7℃),而道路的气温最高(38.1℃),两者温差为4.4℃,除园内广场外,其他景观类型样地均和园外道路有极显著差异( P 0.01);12:00的最大温差为3.2℃,除园内广场外,其他景观类型样地和园外道路仍有极显著差异;15:00时的最大温差进一步缩小为2.9℃,只有乔草密林和园外道路之间有极显著差异。图2结果表明,9:0012:00乔草密林、乔灌草混合林、乔草疏林、草坪、园内广场、到园外道路等景观类型的气温分别上升3.3、2.9、2.9、陕西证监局政府信息公开指南(2019年修订)六合2.6、2.3、2.1℃,且同一景观类型2个时间点之间均有显著差异( P 0.05),而12:0015:00草坪有0.7℃的升高,其他景观类型温度变化幅度在-0.1~0.2℃,无显著差异。2.2 夏季不同景观类型之间湿度的比较从图3可以看出,在9:00时,各景观类型空气湿度按照乔草密林、乔灌草混合林、乔草疏林、草坪、园内广场、园外道路的顺序逐渐递减,乔草密林的湿度最高(62.3%),园外道路的湿度最低(50.4%),两者差值11.9%,有极显著差异( P 0.01)。12:00时乔草疏林的湿样地苏州公园桐泾公园白塘生态植物园苏州中国花卉植物园乔草密林水杉、樟树、麦冬,树高18~20 m,郁闭度90%~95%乐昌含笑、银杏、无患子、黑麦草,树高15~16 m,郁闭度95%枫香、落羽杉、黑麦草,树高16~18 m,郁闭度95%樟树、朴树、黑麦草、树高14~15 m,郁闭度95%乔灌草混合林樟树、广玉兰、樱花、梅花、海桐、黑麦草,郁闭度65%,乔木高5~8 m、灌木高1 m广玉兰、紫叶李、女贞、朴树、八角金盘、杜鹃花、海桐、狗牙根,郁闭度55%,乔木高6~8 m,灌木高0.8 m槲栎、樱花、鸡爪槭、狗牙根、红花檵木,郁闭度60%左右,乔木高度4~7 m,灌木高0.8 m樟树、榉树、垂丝海棠、杜鹃、早熟禾,郁闭度60%,乔木高度4~8 m,灌木高1 m乔草疏林无鸡爪槭、樱花、狗牙根、黑麦草、羊茅草,郁闭度35%,乔木平均高度4 m樱花、板栗树、鸡爪槭、黄连木、狗牙根,郁闭度40%,乔木平均高度6 m樱花、梅花、黑麦草,郁闭度40%,乔木平均高度4 m草坪无狗牙根、马蹄金等狗牙根、早熟禾早熟禾、狗牙根园内广场铺石路面铺石路面铺石路面水泥路面园外道路干将西路,公园东门北侧,沥青路面桐泾路,公园西门路段,沥青路面南施街,公园西门路段,沥青路面太阳路,公园南门路段,沥青路面表2 景观类型样地概况AABBCCCDDAABBBCBCAABABABABB042乔草密林乔灌草混合林乔草疏林草坪园内广场园外道路景观类型空气温度/ ℃9:00 12:00 15:19:00 12:00 15:00时间空气温度/ ℃乔草密林 乔灌草混合林乔草疏林 草坪园内广场 园外道路图中大写字母表示数据之间有极显著差异( P 0.01)图1 不同景观类型的温度比较图2 各景观类型温度日变化 74 度最高(43.1%),比园外道路(38.5%)高4.6%,差异不显著;15:00时各景观类型的湿度比12:00时进一步降低,乔草密林的湿度最高(42.2%),园外道路湿度最低(36.6%),最大湿度差为5.6%,两者间有显著差异( P 0.05)。9:0012:00各景观类型的湿度均有较大幅度下降(图4),降幅最大为乔草密林19.4%,最小为园外道路11.9%,均有极显著差异( P 0.01);12:0015:00湿度进一步下降,降幅为0.7%~3.7%,差异不显著;日最大降幅为乔草密林,从62.3%降为42.2%,降低20.1%,日最低降幅为园外道路 ,从 50.4%降为 36.6% ,降低13.9%。2.3 夏季公园平均温湿度和道路的差异将4个公园内部的景观类型温湿度计算平均值,分别得出公园的平均温湿度,和4条道路的温湿度平均值进行比较(图5),4个公园的温湿度再计算平均值和道路平均值进行比较(图6)。从图5中可以看出,苏州公园、桐泾公园、中国花卉植物园的平均温度分别为36.9、37.1、37.1℃,三者基本相同 ,只有白塘生态植物园的平均温度稍高(38℃)。道路平均温度(39.5℃)比公园平均温度(37.3℃)高 2.2℃(图6),有显著差别( P 0.05);苏州公园、桐泾公园、白塘生态植物园、中国花卉植物园的平均湿度分别为46.1%、46.4%、45.1%、48.3%,4个公园的平均湿度为 46.5%,比道路的平均湿度 41.8%高4.7%,有极显著差别( P 0.01)。2.4 夏季公园温湿度与水体面积占比及公园面积之间的关联性分析4个公园的面积及水体面积占比见表1,将公园面积、公园水体面积占比和公园平均温度、湿度相关性进行分析,数据见表3,从数据上看,Pearson系数和 P 值无统计学上意义,表明在夏季,在选定的样本公园内,公园面积和水体面积占比对公园的平均温湿度的影响较小,无明显规律可循,这也说明,公园景观的温湿度35373941苏州公园桐泾公园白塘生态园花卉植物园园外道路景观类型空气温度/ ℃3空气相对湿度/ %温度 湿度baBA850园外道路 公园景观类型空气相对湿度/ %1空气温度/ ℃湿度温度AABABABABB3040506070乔草密林乔灌草混合林乔草疏林草坪园内广场园外道路景观类型空气相对湿度/ %9:00 12:00 15:09:00 12:00 15:00时间空气相对湿度/ %乔草密林乔灌草混合林乔草疏林草坪园内广场园外道路图中大写字母表示数据之间有极显著差异( P 0.01)图3 不同景观类型的湿度比较图4 各景观类型湿度日变化图5 各公园平均温湿度和道路的比较图中大写字母表示数据之间有极显著差异( P 0.01);图中小写字母表示数据之间有显著差异( P 0.05)图6 公园平均温湿度和道路的比较蒋华伟等:苏州城市公园景观的温湿效应研究 75 中国农学通报 变化受到多种因素的综合影响,如天气,季节、公园形状、绿化率、郁闭度等。2.5 不同景观类型的温湿度月度变化特征不同景观类型在310月的气温变化呈抛物线月各景观类型的气温均达到最高值,37月呈上升趋势,710月呈下降趋势(图7)。在所有月份中,植物园内的各景观类型样地的温度均低于园外道路,说明植物园有一定降温效果,但是园内不同景观类型的降温效果不尽相同,除了7、8月,其他月份各景观类型的温度排序为园外道路园内广场草坪乔草疏林乔灌草混合林乔草密林。7月的顺序为园外道路草坪园内广场乔草疏林乔灌草混合林乔草密林,草坪的温度高于园内广场,可能由于局部小环境、风向、风力等原因造成的。8月份的温度排序为园外道路草坪园内广场乔灌草混合林乔草疏林乔草密林,草坪温度高于园内广场,混合林的温度高于疏林。不同月份中各景观类型样地的湿度变化呈不规律折线),湿度变化随天气、浇水管理等变化而变化,但是各景观类型之间比较得出,园外道路的湿度均低于园内各景观类型,说明植物园有一定的增湿效果。园内各景观类型之间比较,有树木、草坪的景观类型均高于园内广场,说明地表有植被覆盖,能起到一定的保持水分,增加空气湿度的作用。3 结论与讨论3.1 不同景观类型的降温增湿效应绿色植物通过蒸腾蒸散作用,降低温度,增加湿度,是改善城市热岛效应的关键因素 [19-21] 。城市公园景观类型的植物组成、植物高度、密度、覆盖度均有所不同,从而导致不同景观类型的降温增湿效果有所差异。近年来,国内外学者对城市绿地景观类型的降温增湿效应有大量研究。陈旭等 [15] 研究得出,不同城市功能区内各绿地类型的降温效应存在明显差异,树林和混合绿地的降温效果明显好于草坪和裸地。何介南等 [22] 的研究也得出相似结果。具有乔木的复合林地降温、增湿效果均明显高于低矮的灌丛和草坪,各公园不同配置模式乔木林地在观测时间内的平均降温、增湿程度与郁闭度、乔木胸高断面积和植物三维绿量呈正相关关系 [23] 。不同林龄乔木林,随着林龄的增长,树林的降温效果会明显增强 [15,24] 。城市公园各景观类型的相对湿度在 14:00 时最小,8:00时最高。日间相对湿度均值、变化幅度没有明显的景观类型差异 [18] ,这和本研究的结论类似。城市公园各景观类型的空气温度在8:00时最低,14:00最高。空气温度是裸地最高,林地、草地、道路近似相等。随着太阳辐射增强,日间12:00时之后不同景观的热环境变化差异减小 [18] 。不同绿地类型(乔木林地、水体、草地)的温度都与其面积呈显著负相关,同时绿项目水体面积占比公园面积温度Pearson系数0.3890.180Sig. ( P 值)0.6110.820湿度Pearson系数0.4800.680Sig. ( P 值)0.5200.320表3 公园面积、公园水体面积占比和温湿度的相关性393 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月月份空气温度/ ℃园外道路 园内广场草坪 乔草疏林乔灌草混合林 乔草密林图7 3个季节不同景观类型气温的变化 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月月份空气相对湿度/ %园外道路园内广场草坪乔草疏林乔灌草混合林乔草密林图8 3个季节不同景观类型空气湿度的变化 76 地斑块的降温效果也受邻接绿地面积百分比的影响 [13] ;同一绿地,当结构和郁闭度无明显变化时,其增湿效应在相同季节基本稳定;绿地增湿效应与环境温度的关系及不同结构绿地的增湿效应差异等在不同季节仍具有一致的规律 [17] 。在本研究所选择的景观类型中,有植被覆盖的样地均表现出一定的降温增湿效果,但和园外道路相比,乔草密林均有最好的降温增湿效果,不管是在夏季,还是在春秋季节。3.2 影响公园绿地降温增湿效应的因素面积对公园温度的影响,涉及到多大面积的绿地具有最佳的降温效果,以及大公园是否可以被同等面积的多个小公园替代的问题,是城市绿地规划设计中至今尚无明确答案的问题之一 [25] 。Dimoudi等 [26] 做过一个经典模拟研究,结论为公园内的气温和公园下风方气温与周边地区的温差与公园的面积呈线性负相关,即公园降温效果随面积的增加而增大。国内众多学者的研究验证了此模拟结果,如陈康林等 [27] 认为绿地斑块面积越大,对应的地表温度越低,公园面积越大,降温效果越好。孟丹等 [11] 、冯晓刚等 [12]研究认为公园景观对应的温度随着公园面积、边界长度的增加而减小,随着公园周长面积比增大而增大,温度随着公园面积的增加而降低的速度是非均匀的,降温幅度随着公园面积增加而减慢;公园内部温度与林地、草地面积无显著相关性,主要受公园内植物三维绿量、水体面积及硬质地表比例的影响,绿量、水体面积越大,硬质地表与建筑比重越低,公园内冷岛效应越明显。然而,随着绿量、水体面积的不断增大,公园内温度的下降趋势逐渐趋于缓和 [10] 。苏泳娴等 [8] 认为水体面积比例较大的公园,比同等条件下水体面积较小的公园降温效果好,而长宽比较大(2)的公园,即使面积较小,降温效果也比较明显。陈朱等 [21] 研究显示,公园面积确实对公园的温度产生影响,面积与公园内的温度之间是否存在定量关系,取决于公园所处的位置,市区公园的日夜气温随公园面积的增加而增加,而冷岛强度随公园面积的增加而减弱;郊区公园也存在与市区公园类似的趋势,但是相关性不显著。由此可见,并非公园面积越大降温效果越好,在市区,公园的降温效果随着公园面积的增加而降低,小公园尽管温度变异很大,但降温效果甚至优于大公园。在本研究的几个公园中,公园面积和水体面积占比均对温湿度没有显著的影响,可能由于选取公园的数量较少,无统计学上的区分度;或是选择在夏季,气温非常高,气温本身的影响太大,掩盖了样本间其他因素的影响效果。在城市公园绿地建设中,建议建设部门在公园面积一定的前提下,通过增加植物绿量、适当提高水体面积的措施来发挥公园在缓解热岛效应方面的功能,同时规划好园内道路、廊道等通风条件,使公园绿地“绿肺、冷岛”的功能得到最大程度地发挥。参考文献[1] 彭保发,石忆邵,王贺封,等.城市热岛效应的影响机理及其作用规律 以上海市为例[J].地理学报,2013,68(11):1461-1471.[2] 谢苗苗,王仰麟,付梅臣.城市地表温度热岛影响因素研究进展[J].地理科学进展,2011,30(1):035-041.[3] Shahmohamadi P, Che- Ani A I, Etessam I, et al. 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