行道树绿化模式夏季小气候效应与人体舒适度研究

王美莲，李志强，银 红，高润宏

（内蒙古农业大学 林学院，内蒙古 呼和浩特010019）

城市行道树是城市绿化的重要组成部分，行道树不仅能调节道路附近地区的温度、湿度、减低风速，而且还能净化空气、调节气候、除尘灭菌、减低噪音，防尘及提供阴凉等功能，也可以提高城市的景观质量［1-2］。目前国内许多专家学者主要集中在城市道路绿化形式和配置模式［3-8］、绿化树种的选择与配置［3-9］，也有少数研究者对校园、城市绿化、城市行道树树种的降温增湿效应做了研究［10-15］，而对城市行道树不同模式的小气候效应研究相对甚少。城市道路是个比较特殊的场所，该场所有硬化的沥青地面和各种模式的绿化带，为过往流动人群营造了独特的小气候特征。鉴于此本研究对呼和浩特市行道树绿化现状进行调查，从不同道路绿化设计模式的气候效应量化角度分析，为城市道路合理绿化建设提供一定理论依据。

1 研究区概况

呼和浩特市位于内蒙古自治区中部，地处110°46′-112°10′N、40°51′-41°8′E。市域土地面积17 224km2。呼和浩特属中温带大陆性气候，其特点为冬季漫长而寒冷，夏季短暂而炎热，春季和秋季较长，光照充足，温差大，降水少，气候干燥。

呼市市区目前主要有 “一板两带式”和“三板四带式”2种道路设计，“一板两带式”有1条车道，车道外侧有行道树绿化带，“三板四带式”有1条车道和2条人行道，车道外侧和人行道外侧均有行道树绿化带，无分车绿带，行道树单行配置，株距平均5m。

2 材料与方法

选择不同走向的2种绿化模式进行试验，兴安路南北走向车道路面宽27m，南段为三板四带式，北段为一板两带式，人行道宽7m，主要树种有国槐（Sophora japonica）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、白蜡（Fraxinus chinensis）、垂柳（Salix babylonic），平均冠高6.5m，平均胸径0.159m，平均冠幅5.5 m，平均枝下高2.3m。大学路为三板四带式，大学东街为一板两带式，东西走向车道路面宽20m，人行道宽7m，主要树种有新疆杨（Populus alba）和臭椿（Ailanthus altissima），平均冠高7.9m，平均胸径0.246m，平均冠幅7.0m，平均枝下高2.4m。行道树路面一致为沥青油路，选择沥青油路无行道树作为对照点。

根据“代表性、典型性、一致性”的原则选择周围无建筑遮挡的道路作为观测路段，在观测路段分别设置3个互不影响的观测点，南北走向测点设置在车道东侧人行道路中央，东西走向测点设置在车道北侧人行道路中央，应用TBQ-2太阳总辐射表（辽宁锦州阳光科技发展有限公司）对到达地表面的太阳总辐射强度观测，用Kestrel 3500小型手持气象站对1.5m处的空气温度、空气相对湿度和1min平均风速进行实测，观测点的植被情况采用目测法观测。试验于2013年6、7、8月上、中、下旬每旬选3个晴天进行，在7：00-20：00进行，每小时观测1次，观测时疏散人群。采用往返读数，即于整点前将所有观测项目各进行1次，整点后再进行1次，各要素观测距整点前后时间相等，校正整理后取各要素的平均值，消除时间差，作为整点的气象要素值。应用EXCEL处理数据并绘图分析，采用PASW statistics18.0软件对不同板式行道树的小气候效应进行方差分析。

3 结果与分析

3.1 太阳总辐射强度分析

由图1、图2可以看出，2种板式不同走向的行道树在观测时间内各个观测点上太阳总辐射强度变化曲线都呈倒“u”字型，于12：00左右达到最大值，而且人行道上的太阳总辐射强度均比对照点的小，10：00-17：00行道树减弱辐射作用效果显著。与对照相比，东西向减小幅度最大值出现在11：00-12：00左右，一板两带减小幅度最大可达25W／m2、三板四带减小幅度最大可达303W／m2。南北向一板两带与对照相比上午没有遮光，下午有明显的减弱，减小幅度最大值出现在15：00左右，达97.8 W／m2，三板四带减小幅度最大值接近正午时刻，达247.6W／m2。通过方差分析知三板四带与对照相比在10：00-18：00差异极显著（p＜0.01），一板两带与对照相比在13：00-17：00差异显著（p＜0.05）；东西走向三板四带与对照相比在各个观测点差异显著（p＜0.05），而一板两带与对照相比各个观测点差异不显著（p＞0.05）。

图1 东西向太阳总辐射强度日变化曲线Fig.1 Diurnal changes of total solar radiation intensity in the east-west direction

从观测结果分析可以看出，三板四带不论走向如何均有很好的减弱作用，而一板两带东西向上下午均有减弱作用，南北向上午基本没有减弱作用，下午减弱明显，说明行道树对辐射的减弱程度还与太阳方位有关。

图2 南北向太阳总辐射强度日变化曲线Fig.2 Diurnal changes of total solar radiation intensity in the north-south direction

3.2 空气温度分析

虽然行道树板式在减弱太阳辐射方面有显著差异，但在影响空气温度方面却有不同。三板四带与对照相比有显著差异（p＜0.05），而一板两带与对照相比差异均不显著（p＞0.05）。但从图3、图4仍可看出，不同板式行道树对空气温度有降温的作用，人行道的气温均比对照点气温低，东西向一板两带一天中最高温度为25.3℃，比对照点低1.9℃，三板四带最高温度为24.4℃，比对照点低2.7℃；南北向一板两带一天中最高温度为26.5℃，比对照点低1.7℃，三板四带最高温度为26.1℃，比对照点低2.1℃。可以看出三板四带降温效果明显，可达2.1～2.7℃。这主要是由于三板四带式人行道两侧都有行道树，茂盛的枝叶吸收和反射太阳辐射使到达地面的辐射总量减弱，而地面又是低层大气的热源，故气温较低。这一结果与刘振威对校园不同树种行道树生态效应的研究结果一致，绿化的叶片对太阳辐射的吸收和反射可有效降低局部区域气温［10］。

图3 东西向空气温度日变化曲线Fig.3 Diurnal changes of air temperature in the east-west direction

图4 南北向空气温度日变化曲线Fig.4 Diurnal changes of air temperature in the north-south direction

在观测时段内，三板四带式空气温度平均值为21.2～23.1℃，极值差为6.8～9.7℃，一板两带空气温度平均值为22.7～22.9℃，极值差为7.9～11.6℃，说明通过行道树的影响使人行道在高温季节三板四带空气温度比一板两带的低且变化和缓。

3.3 空气相对湿度分析

空气相对湿度是空气中实际水汽压与同温度下饱和水汽压的百分比。从图5、图6可以看出，在观测时段内，各测点上空气相对湿度变化与空气温度变化相反，曲线均呈“u”字型，一天中空气相对湿度最高值出现在早晨7：00，最小值出现在14：00-16：00。东西走向空气最小相对湿度一板两带为34%，三板四带为38%，分别比对照高4%和7%，南北向空气最小相对湿度一板两带为27%，三板四带为33%，比对照高1%和4%。可见行道树具有增加空气相对湿度的作用，而且三板四带增加空气相对湿度效果较明显，但不同时段增湿效果并不均显著，经方差分析得知，一天中只有在20：00板式与对照之间差异极显著（p＜0.05）。

图5 东西向空气相对湿度日变化曲线Fig.5 Diurnal changes of air humidity in the east-west direction

图6 南北向空气相对湿度日变化曲线Fig.6 Diurnal changes of air humidity in the north-south direction

3.4 平均风速分析

由图7、图8可以看出，在观测时段内，各测点上风速变化不规律，但不论是东西向还是南北向，行道树均起到减小风速的作用。东西向对照最大风速为4.8m／s时，三板四带式最大风速0.7m／s，减弱达4.1m／s，一板两带最大风速3.3m／s，减弱达1.5 m／s；南北向对照最大风速为4.1m／s时，三板四带式最大风速1.3m／s，减弱达2.8m／s，一板两带最大风速2.6m／s，减弱达1.3m／s。同时从数据分析可知在风向相同的情况下三板四带对风速的减弱作用比一板两带的大，进而使得三板四带风速较小，而且变化比较平缓。通过方差分析得出，三板四带与对照差异极显著（p＜0.01），一板两带与对照差异显著（p＜0.05）。这是因为气流的运动时引起行道树枝叶的摇摆，摇摆的枝叶反过来影响气流运动的方向、大小和结构，三板四带行道树的枝叶相比一板两带要稠密的多，从而三板四带使空气运动减弱强度大，使得三板四带风速较小，而且变化比较平缓。

图7 东西向平均风速日变化曲线Fig.7 Diurnal changes of average speed in the east-west direction

图8 南北向平均风速日变化曲线Fig.8 Diurnal changes of average speed in the north-south direction

从观测数据计算得出，东西向日平均风速三板四带式为0.6m／s，一板两带为1.2m／s，南北向日平均风速三板四带式为0.7m／s，一板两带为1.3 m／s，东西走向总体减弱作用强度比南北向的大，这是由于观测当日盛行西北风，盛行风向与行道树走向相近，使得行道树的减弱作用小。

3.5 人体舒适度比较

人体舒适度指数是为了从气象角度来评价在不同气候条件下人的舒适感。本研究以目前用的较好的上海气象局提出的综合舒适度指标为依据进行统计分析。其表达式为：S=0.6（｜Ta-24｜）+0.07（｜RH-70｜）+0.5（｜V-2｜）。式中，S 为综合舒适度指标；Ta为空气温度（℃）；RH 为空气相对湿度（%）；V 为风速（m／s）。并确定：S≤4.55为舒适；4.55＜S≤6.95为较舒适；6.95＜S≤9.00为不舒适；S＞9.00为既不舒适，难以忍受［19］。

由表1可知，行道树不同配置模式舒适度值均比对照点的小，且舒适度指标均在6.95以下，说明通过道路绿化可提高流动人群的舒适度。相比较而言，不论东西还是南北走向三板四带式舒适度较好，主要与行道树枝叶遮光作用进而影响小气候要素有关。

4 结论与讨论

行道树有减弱太阳辐射的效果，减弱效果与行道树的走向有关。不论观测点设置在道路哪一侧，郁闭度较大的三板四带在人行道两侧均有行道树，由于受太阳高度和太阳方位的影响，使得南北走向比东西走向遮荫效果显著，而一板两带式东西走向有较小的减弱，南北走向只有下午有减弱。刘振威［10-11］等，以及陈高娃［12］等的研究都是针对不同树种消减辐射的研究，观测点都设置在树荫下进行，所以这些研究者的遮光效果在一天中的各个时段都比较显著，但整个观测时段中差异不是很大，遮光率变化在29%～56%，而本文是行道树对人行道小气候的影响研究，观测点设置在人行道中央，在观测时段内由于行道树的走向不同和太阳高度角的变化使得观测结果差异很大，一板两带东西向遮光率变化在0～50%，南北向变化在0～50%，三板四带东西向遮光率变化在18%～48%，南北向变化在9%～47%。因此观测点位置的设置对研究结果影响很大。

表1 呼市行道树不同配置模式人体舒适度比较Table 1 Comfortability degree of human body of two planting patterns

行道树具有明显的降温增湿作用，总体三板四带降温增湿比一板两带的效果显著，主要是三板四带枝叶繁茂使吸收和反射太阳辐射多且蒸腾量增大所致。这一结果与宋丽华［16］、马秀枝［13］、吴菲［14］等研究者的研究结果一致，降温增湿效果仍与观测点的设置、树种以及树冠幅大小等有关。

三板四带繁茂的枝叶对空气运动的干扰作用大，使得风速的减弱明显大于一板两带，减弱强度随风速的增加表现更明显，不同走向减弱作用还与该地当日盛行风向有密切关系，宋兆民［18］在林带与风向成不同交角时防风效果和透风系数关系的探讨一文中研究指出林带的当透风系数相同时，防风效果在林带前1倍树高和林带后1倍树高均有减弱，林带与风向交角不同时减弱程度也不同，这与本文的研究结果相一致，当日盛行西北风，行道树走向为东西时，减弱效果三板四带式为1.92m／s，一板两带为1.48m／s，南北向减弱效果三板四带式为2.1m／s，一板两带为1.5m／s。而大多数研究者对风速的影响研究时，很少结合当地盛行风向或当日风向对研究结果的影响进行讨论，所以建议加强这方面的研究。

行道树不同配置模式绿化均可提高人体舒适度，尤其是三板四带式。但从本研究的结果来看，行道树对人体舒适度的改善效果不是很理想，作者认为与计算舒适度时没考虑太阳辐射的影响有很大关系，关于舒适度的计算还需深入研究。

呼和浩特市行道树地表草坪密度小，树种单调，植物层次搭配简单，配置不美观缺乏地方特色。就目前行道树配置现状提出几点建议。

1）在道路宽度允许的情况下，尽量设置成三板四带式，这样不仅给行人提供舒适的通行环境，同时也可加大行人安全系数。

2）以冠茂荫浓高大的乔木为主体，配以各种开花灌木，不仅充分发挥其遮光降温增湿、滞尘减噪的功能，还可形成错落有致的植物景观。

3）城区道路绿化树种选择时与呼和浩特市历史文化紧密结合，既可以改善行人舒适度还可突出呼和浩特市的风格和特色，形成城市的独特风貌。

实际中要灵活应用，因地制宜选择好的配置模式，丰富道路绿化的层次感，充分发挥行道树的生态气候效应和景观功能。

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