城市绿地降温增湿效益研究进展

龙　珊，苏　欣，王亚楠，陈韩文，闫殊以，周蕴薇

(东北林业大学 园林学院，哈尔滨 150040)



城市绿地降温增湿效益研究进展

龙珊，苏欣，王亚楠，陈韩文，闫殊以，周蕴薇*

(东北林业大学 园林学院，哈尔滨 150040)

摘要：本文在对大量国内外文献资料研究的基础上，针对城市化进程中愈演愈烈的城市热岛效应等现状，对城市绿地缓解热岛效应、改善城市生态环境的生态效益的理论基础和技术方法进行了综述。目前国内外对城市绿地降温增湿效益的研究较多，主要集中于研究城市绿地降温增湿能力及其影响因子等；分析前人的研究成果，主要介绍了城市绿地不同植物种类和不同植物群落结构的降温增湿效益的差异；总结了其时空变化规律；分析了不同主客观因素对城市绿地增湿降温这一生态效益的影响。在此基础上探讨了对今后城市绿地降温增湿效益相关研究的几点建议，以期为今后相关研究及实际城市绿化原理运用提供参考。

关键词：城市绿地；热岛效应；降温增湿

引文格式：龙珊，苏欣，王亚楠，等.城市绿地降温增湿效益研究进展[J].森林工程，2016，32(1)：21-24.

0引言

近年来城市化进程加快，经济快速发展，城市内的生态环境遭到严重破坏。城市硬质铺装覆盖率高，硬质铺装比郊区的土壤、植被具有更大的热容量和吸热率，从而使城市地区储存了较多的热量，同时向四周和大气中大量辐射，造成了同一时间城区气温普遍高于周围的郊区气温的生态现象，形成城市热岛效应。城市热岛效应已逐渐成为严重影响城市人居环境和居民健康的重要因素[1]。城市绿地通过蒸腾作用将水分从活的植物体表面(主要是叶子)的气孔以水蒸汽状态散失到大气中，降低温度、增大空气湿度，改善城市生态环境。绿地的降温增湿效应与高温同步，有效的缓解了城市高温，尤其是城市热岛效应对城市居民带来的不适，城市绿地在改善城市人居环境中起着不可替代的作用[2]。许多学者研究城市绿地不同植物种类降温增湿效益，为城市规划者与管理者制定政策提供依据[3]。研究不同群落结构降温增湿效益方面的学者也很多，而大部分学者对于绿地降温增湿范围的研究尚处于初级阶段[4]。该文总结了国内外研究城市绿地降温增湿效益的现状及成果，主要分析了城市绿地不同植物种类、不同群落结构降温增湿效益、其时空变化规律及影响因素，探讨了研究中可以进一步完善处理的问题，为今后相关研究提供参考依据。

1城市绿地不同植物种类和不同群落结构降温增湿效益

1.1不同城市绿地植物种类降温增湿效益

许多学者研究城市环境中主要园林绿化树种的降温增湿效益，发现不同树种之间降温增湿效益存在差异，其降温增湿效益的影响范围也有所不同，如张艳丽[5]等对成都市主要园林绿化树种的降温效益进行了研究，发现日降温增湿效果由强到弱为垂柳、山杜英、水杉、天竺桂、黄葛树、香樟、银杏和桂花。蒸腾最强的垂柳与最弱的桂花使周围1000m3空气降温幅度相差约为1倍，说明植物蒸腾作用强弱不同使其周围空气降温程度不同。究其原因，主要是树木单株单位叶面积日降温增湿量及单株单位土地面积的降温增湿量不同。陈少鹏[6]等对长春市30种园林树木温湿效益进行了研究，结果发现30种园林树木单位叶面积日降温量为0.40~1.22℃，单株单位土地面积的日降温量为2.42～10.76℃。说明单株单位土地面积更能准确地反映出树木的降温增湿能力。30种园林树木单位叶面积的增湿量为2.08～6.32 kg/(m2.d)，单株单位土地面积的增湿量为12.52～55.74 kg/(m2.d)。不同树种之间在增湿量方面存在一定的差异，但不同树种之间单位叶面积的增湿量变化较小，单株单位土地面积上的日增湿量变化较大。另外，乔木类与灌木类树种的降温增湿也有所不同。乔木类与灌木类之间的平均单位叶面积的增湿降温量差异不大，而在单位土地面积的日均增湿降温量比较中，乔木类是灌木类的1.3倍。陈少鹏[6]等的研究结果中降温增湿量最小的树种为旱柳，最大的为梓树，二者相差2.04倍。测定的30种园林树木中，不同树种间的降温增湿量差异是较为明显的。郑鹏[7]、秦仲[8]、林木龙[9]、李想[10]、谭庆[11]、栗辉[12]等分别对武汉市、北京市、洋浦经济开发区、青岛市、武汉市野生植物、黑龙江省森林植物园等做了类似研究，并得出各地区不同树种降温增湿能力的具体结论。除了树种存在差异外，藤本植物降温增湿效益也存在差异。韩庆典[13]等对藤本植物降温增湿效益的研究中发现，金银花降温0.37℃、扶芳藤降温0.35℃、爬山虎降温仅为0.18℃，对周围空气的相对湿度的增加量顺序也一致，分别为0.58%、0.55%、0.28%，可以分析出金银花与扶芳藤降温增湿能力相近，而爬山虎则较二者低。各研究学者对不同城市园林常用绿化植物降温增湿能力研究分析出的结果，对当地的城市植物景观配置有一定的指导作用。

1.2不同城市绿地植物群落结构降温增湿效益

国内外学者的相关研究都表明城市绿地降温增湿效果显著，Bernatzky[14]研究发现一小块城市绿地的降温效果可以达到3~3.5℃。张彪[3]等研究发现北京建成区6.1万hm2绿地夏季可蒸腾吸热4.61×1 015J，平均每公顷绿地每天吸热8.4亿J，相当于10台1000W空调的降温作用。不同群落结构的绿地蒸腾能力不同、降温增湿值不同，乔灌木结合的林荫道比广场低1.3～2.76℃，乔灌草结构绿地降温增湿效益最大，灌草结构绿地次之，草坪结构绿地最小。这与张文豹[15]等研究结果相一致，乔灌草群落增湿效应最明显，其次是灌草群落，草坪地虽具有一定的增湿效应，但是效果较差。不同城市绿地植物群落结构降温增湿效益不同，乔灌草>灌草>草地，与陈朱[16]、纪鹏[17]、徐高福[18]等的研究结果相一致。

2城市绿地降温增湿效益的时空变化规律

2.1城市绿地降温增湿效益时间变化规律

城市绿地植物的生态功能之一是降温增湿。植物一方面能直接阻挡阳光，减少到达地面的辐射热量；另一方面能通过蒸腾作用吸收周围环境中的热量降低空气温度，同时向环境中释放水分增加空气湿度，从而能降温增湿而调节局部小气候[15]，其调节温湿度具有一定的日变化规律，张文豹[15]等对城市绿地空间3种配置模式增湿效应研究发现，3种绿化配置类型在不同测点上湿度的日变化曲线均呈“U”型，在最干燥的10：00-14：00时段，乔灌草群落、灌草群落、草坪地空气湿度增湿率分别为14.4%、8.9%、3.7%，三者呈现出较明显的差异，乔灌草群落增湿效应最明显，其次是灌草群落，草坪地虽具有一定的增湿效应，但是效果较差。秦仲[19]等研究的日变化规律也支持这一结论。不同的季节对植物群落的温湿效益也会产生影响，吴菲[20]等研究植物群落季节的相对湿度发现，不同类型植物群落春季、夏季、冬季的相对湿度高低趋势一致，均为乔灌草>灌草>草坪，秋季为灌草>乔灌草>草坪。在秋季，灌木的增湿作用最强。分析主要原因为秋季一些乔木的叶片已经开始变黄、脱落，故其蒸腾作用开始减弱，其增湿作用开始下降。张艳丽[5]等对成都市主要园林绿化树种的降温效益进行研究，发现整个生长季节同类植物各季节的单位面积降温增湿能力表现出夏季>秋季>春季。

2.2城市绿地降温增湿效益空间变化规律

Spronken-Smith和Oke[21-22]用遥感数据和气温观测数据，研究两个处于不同气候带城市的“公园冷岛效应”，并通过景观模拟确定热量传输过程对城市公园夜间降温的相对贡献及地表温度的时空变化特征。国内学者郝兴宇[23]等研究也发现不同绿地周边都存在明显的热力效应，森林有明显的热力效应，灌丛和草坪的冷热源效应较森林明显减弱，影响的高度和距离也明显减小。在国内外对城市植物群落的小气候效应和缓解城市热岛效应的研究中[24]可以发现，目前对城市这些方面的研究还需进一步细化，如需要进一步量化研究城市植物群落在时空变化的小气候效应。黄和平[25]等研究城市不同植物群落在小尺度范围内增湿效应的空间变化，结果表明乔木林、灌木丛和草坪的增湿效应随距离的增大而减少，相对湿度差值在水平和垂直方向上的变化趋势基本一致。在水平和垂直方向上，绿地面积、绿量与绿地降温增湿效应均显著正相关，绿地面积越大，绿量越大，其对周边环境小气候的改善作用越明显。因此要注重提高城市绿化覆盖率、建设和保护大面积的绿地，丰富绿地植被层次，提高绿量，以充分发挥绿地改善城市生态环境的效益[26]。

3城市绿地降温增湿效益的影响因素

城市绿地降温增湿效益的影响因素很多，主要有林冠面积、总面积、绿量和叶面积指数等。刘娇妹[27]等提出立体温度效应，即水平温度效应和垂直温度效应，主要跟树冠遮挡太阳辐射的面积、树冠疏密度相关。不同类型的绿地公园绿地、附属绿地夏季蒸腾吸热量较大，防护绿地、道路绿地次之，生产绿地最小，主要是因为绿地绿量不同，另外乔灌草面积比例也是原因之一，城市绿地的三维绿量越大、乔木和灌木的比例越大则绿地的降温增湿效益越好。这与李英汉[28]等的研究结论相一致。陈朱[16]等研究面积对城市公园气温的影响，发现并非公园面积越大降温效果越好。在市区，公园的降温效果与公园面积呈现负相关，小公园降温效果甚至优于大公园。这与前人的研究结论存在差异，分析原因可能有：取样数量不同；公园取样的位置区分不同；观测时间不同；观测的地理位置和气候条件不同等。朱春阳[29]等研究了带状绿地宽度与温湿效益的关系，表明城市绿地宽度要达到34 m左右(绿化覆盖率为80%)才能明显发挥温湿效益，此时绿地表现出较佳的温湿效益；而绿地宽度达到42 m左右(绿化覆盖率为80%)，才能够稳定自身内部空间的温湿条件，并对周围环境做出贡献。刘娇妹[27]等在夏季对北京公园绿地的温湿效益进行研究，结果表明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。除了绿量、覆盖率等之外，植物群落的冠层结构参数也有一定影响。郁闭度低于31%时有一定的温湿效应但不显著，当郁闭度超过67%，绿地降温增湿效应才显著且趋于显著[30]。栾树群落的郁闭度与叶面积指数及平均叶倾角呈显著相关[19]。秦仲[8]和张明丽[31]分别对北京市和上海市不同植物群落的降温增湿效应研究都表明，郁闭度与降温效果呈极显著正相关；平均冠幅与降温效果呈正相关；叶面积指数对降温效果起到一定影响。除了植物本身条件因素外，外界环境因素也是需要考虑到的问题。植物的光合作用受内部生理因子及外部环境因素共同影响，短时间内其生理因子相对稳定，环境因素成为主要影响光合蒸腾作用的因素[32]。国内外研究发现夏季高温条件下，植物气孔关闭，光合作用减弱[33-34]等规律支持了这一观点。而目前环境因素对城市绿地降温增湿效益影响的研究并不很多，值得深入全面研究。

城市绿地降温增湿效益的客观影响因素是一方面，另一方面主观的评价方法也是影响其效益评定的因素。郭太君[35]等将树冠分4个部位，以最外部5cm为表层、内部三等分依次为外层、中层和内层，分别测定其降温增湿数值，用偏离程度和离散系数与平均值比较发现外层和中层与各测定部位偏离程度接近，且外层离散系数最低，故外层的叶片作为取样部位来评价园林树木降温增湿效益更为合理。值得探讨的是，以9种树木为例所做实验，并一定能代表所有树木均符合此规律，另外也还有可能与气候、季相等相关，这些都是今后学者可以进一步研究的地方。

4城市绿地降温增湿效益的研究展望

综述以上研究成果，发现国内外对城市绿地降温增湿效益的研究主要集中在研究其降温增湿效益能力及其影响因素(绿地面积、植物群落结构、郁闭度和树种等)。各学者在城市绿地不同植物群落结构的降温增湿效益、影响因素等方面研究较多较为深入，其时空变化规律、机理性研究方面则相对较少，垂直绿化和绿屋顶降温增湿效益和城市绿地降温增湿效益的评价方法等相关研究更是刚刚起步，这些方面都值得在今后进行更加深入的研究。

目前相关研究中尚存在待改进的问题，如实地测定数据时受人力物力等的限制，存在误差，且气候环境因素考虑得少；实验大多针对部分绿地或部分树种进行，不能完全准确的代表全部绿地等。今后相关实验研究中先进技术(如定位遥感测定数据)等进一步推广，减少人工实地测定误差和气象影响因素，并且测定范围能更广而不是测定一部分绿地或部分树种。另外，城市绿地降温增湿效益的相关研究应长期进行，得出更加准确而全面的结果。

【参考文献】

[1]白杨，王晓云，姜海梅，等.城市热岛效应研究进展[J].气象与环境学报，2013，29(2)：101-106.

[2]蔺银鼎，梁锋.城市灌木群落小气候效应的时空分布[J].中国农学通报，2007，23(3)：313-317.

[3]张彪，高吉喜，谢高地，等.北京城市绿地的蒸腾降温功能及其经济价值评估[J].生态学报，2012，32(24)：7698-7705.

[4]苏泳娴，黄光庆，陈修治，等.城市绿地的生态环境效应研究进展[J].生态学报，2011，31(23)：302-315.

[5]张艳丽，费世民，李智勇，等.成都市沙河主要绿化树种固碳释氧和降温增湿效益[J].生态学报，2013，33(12)：3878-3887.

[6]陈少鹏，庄倩倩，郭太君，等.长春市园林树木固碳释氧与增湿降温效应研究[J].湖北农业科学，2012，51(4)：750-756.

[7]郑鹏，史红文，邓红兵，等.武汉市65个园林树种的生态功能研究[J].植物科学学报，2012，30(5)：468-475.

[8]秦仲，巴成宝，李湛东.北京市不同植物群落的降温增湿效应研究[J].生态科学，2012，31(5)：567-571.

[9]林木龙，陈秋波，邓小果.洋浦经济开发区城市森林对降温增湿遮荫的作用[J].热带农业科学，2010，30(4)：15-19.

[10]李想，李海梅，马颖，等.居住区绿化树种固碳释氧和降温增湿效应研究[J].北方园艺，2008，31(8)：99-102.

[11]谭庆，童俊，戢小梅，等.武汉31种野生地被植物的固碳释氧和降温增湿研究[J].中国园林，2010(8)：93-95.

[12]栗辉，刘晓东，邢军会.黑龙江省森林植物园固碳释氧及降温增湿效益[J].东北林业大学学报，2008，36(11)：39-40+47.

[13]韩庆典，谢宝东.3种绿化藤本植物降温增湿效应的研究[J].中国农学通报，2014，30(31)：224-228.

[14]Bernatzky A.The contribution of trees and green spaces to a town climate[J].Energy and Buildings，1982，5(1)：1-10.

[15]张文豹，徐敏，张小茜.城市绿地空间3种配置模式降温增湿效应比较[J].江苏林业科技，2011，38(6)：22-25.

[16]陈朱，陈方敏，朱飞鸽，等.面积与植物群落结构对城市公园气温的影响[J].生态学杂志，2011，30(11)：2590-2596.

[17]纪鹏，朱春阳，李树华.河流廊道绿带结构的温湿效应[J].林业科学，2012，48(3)：58-65.

[18]徐高福，洪利兴，柏明娥.不同植物配置与住宅绿地类型的降温增湿效益分析[J].防护林科技，2009，(3)：3-5.

[19]秦仲，李湛东，成仿云，等.夏季栾树群落冠层结构对其环境温湿度的调节作用[J].应用生态学报，2015，28(6)：1634-1640.

[20]吴菲，朱春阳，李树华.北京市6种下垫面不同季节温湿度变化特征[J].西北林学院学报，2013，28(1)：207-213.

[21]Spronken-Smith R A，Oke T R.The thermal regime of urban parks in two cities with different summer climates[J].International journal of Remote Sensing，1998，19(11)：2085-2104.

[22]Spronken-Smith R A，Oke T R.Scale modelling of nocturnal cooling in urban parks[J].Boundary-Layer Meteorology，1999，93：287-312.

[23]郝兴宇，蔺银鼎，武小钢，等.城市不同绿地垂直热力效应比较[J].生态学报，2007，27(2)：685-692.

[24]Wilby R L，Perry G W.Climate change biodiversity and the urban environment；A critical review based on London，UK[J].Progress in Physical Geography，2006，30(1)：73-98.

[25]黄和平，邹金浪.城市不同植物群落在小尺度范围内降温增湿效应的时空变化[J].水土保持通报，2013，33(4)：307-311.

[26]武小钢，蔺银鼎，闫海冰，等.城市绿地降温增湿效应与其结构特征相关性研究[J].中国生态农业学报，2008，16(6)：1469-1473.

[27]刘娇妹，李树华，杨志峰.北京公园绿地夏季温湿效应[J].生态学杂志，2008，27(11)：1972-1978.

[28]李英汉，王俊坚，李贵才，等.居住区植物绿量与其气温调控效应的关系[J].生态学报，2011，31(3)：830-838.

[29]朱春阳，李树华，纪鹏，等.城市带状绿地宽度与温湿效益的关系[J].生态学报，2011，31(2)：383-394.

[30]朱春阳，李树华，纪鹏，等.城市带状绿地结构类型与温湿效应的关系[J].应用生态学报，2011，22(5)：1255-1260.

[31]张明丽，秦俊，胡永红.上海市植物群落降温增湿效果的研究[J].北京林业大学学报，2008，38(2)：39-43.

[32]Hoyaux J，Moureaux C，Tourneur D，et al.Extrapolating gross primary productivity from leaf to canopy scale in a winter wheat crop[J].Agricultural and Forest Meteorology，2008，148(4)：668-679.

[33]Haldimann P，Feller U.Inhibition of photosynthesis by high temperature in oak(Quercus pubescens L.)leaves grown under natural conditions closely correlates with a reversible heat-dependent reduction of the activation state of ribulose-1，5-bisphosphate carboxylase/oxygenase[J].Plant Cell and Environment，2004，27(9)：1169-1183.

[34]Fritz J J，Neale P J，Davis R F，et al.Response of antarctic phytoplankton to solar UVR exposure：inhibition and recovery of photosynthesis in coastal and pelagic assemblages[J].Marine Ecology Progress Series，2008，365：1-16.

[35]郭太君，林萌，代新竹，等.园林树木增湿降温生态功能评价方法[J].生态学报，2014，34(19)：5679-5685.

Research Progress in Cooling and HumidifyingEfficiency of Urban Green Spaces

Long Shan，Su Xin，Wang Yanan，Chen Hanwen，Yan Shuyi，Zhou Yunwei*

(College of Landscape Architecture，Northeast Forestry University，Harbin 150040)

Abstract：Based on the review of a large number of domestic and foreign literatures，in this paper the theoretical basis and methods of urban green space to ease the heat island effect and improve the ecological benefits of urban green space were summarized.At present，there are many studies associated with the cooling and humidification of urban green space，which mainly focuses on the research of the urban green space cooling and moisture capacity and its influencing factors.The study results of previous scholars were analyzed and the differences of cooling and humidification efficiency of different plant species and plant community were introduced.The spatio-temporal variation rules were summarized and impacts of different subjective and objective factors on the efficiency of cooling and humidification were analyzed.On the basis of the above analysis，several suggestions on the related research of urban green space cooling and humidification were put forward，which has provided references for the future study and the application of actual urban greening.

Keywords：urban green spaces；urban heat island effect；cooling and humidifying

*通信作者：周蕴薇,博士，教授。研究方向：园林植物应用。E-mail: dlzhyw@126.com

作者简介：第一龙珊，本科生。研究方向：园林。

基金项目：林业公益性行业科研专项(201404202)；大学生科研训练项目(KY2014049)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(2572015EY03)

收稿日期：2015-07-07

中图分类号：S 714.8

文献标识码：A

文章编号：1001-005X(2016)01-0021-04