基于温湿度实效的绿量测度算法对比研究

谭 瑛 刘 思

为正确测度用地绿化状况，中国于20世纪80年代提出“绿量”这一概念，发展至今。随着城市的多元化发展，在既有绿量测度的具体评测过程中，出现了一些较为特殊的区域，如城市历史性地区。城市历史性地区是指能够反映城市社会文化多样性，并能对其代表的历史传统内涵提供生动物证的地区[1]。此类地区的绿化通常具有总量少、尺度小、立体程度高、密度高、强度低、物种多样性不足、绿化形式多样等特点；其中屋顶绿化、垂直绿化、盆栽绿化、阳台绿化等独具特色的绿化方式是其常见形式。因此虽然历史性地区绿地率较低, 但建筑低矮, 庭院或道路边角的大树华盖于屋面上，加以丰富的立体绿化，依然形成了郁郁葱葱的景象[2]。而目前通用的绿地指标测度算法为城市人均公共绿地面积、绿地率及绿化覆盖率3项，均为二维绿化指标[3]，难以反映历史性地区的真实绿化生态效益。与此同时，以叶面积说和体积说为基础的三维绿量测度指标提供了从三维空间反映绿化质量的方法，理论上更能反映植物的实际生态功能水平。

虽然城市绿地具有多样的生态功能，但对于城市历史性地区的绿地而言，最重要的是通过调节气温、湿度、气流(空气交换、防风)来改善场地气候，降低场地噪声，最终创造舒适的生存环境[4]。因此本研究从调节微气候真实效果的角度对各绿量测算方法进行测评，以期遴选1种能够更真实地反映城市历史性地区这一特殊区域绿化状态的绿量指标。

1 试验比较对象及判别依据的选择

本次试验方案选择绿地率(GR)和绿色容积率(GPR)分别作为二维和三维指标的代表来加以比较。在既有二维绿化指标中，绿地率是目前使用最为广泛的评判指标，能较为准确地从二维层面反映城市绿地状况；而绿色容积率则是基于三维绿量指标发展的一种新型绿量指标，更充分考虑了绿化环境与建成环境的关系。最终，以试验地块内绿化的微气候调节实效作为比较判别的依据。

1.1 绿地率的测度算法

绿地率(Green rate)指用地内绿地总面积与用地总面积的比值，其计算公式为：

式中：Gs为绿地率，∑i为用地范围内各类绿地的总和，S0为用地总面积。具体测度较为简单，分为确定用地总面积、确定用地范围内各类绿地的位置及面积并计算总和、根据公式计算局部地块的绿地率3个步骤。

1.2 绿色容积率的测度算法

绿色容积率(Green plot ratio，简称GPR)，即三维绿量指标叶面积总量与地块面积的比率[5]。它关注同等绿地面积下不同植被状况的生态学差异，更突出了绿量在生态建设中的作用[6]。计算公式为：

式中：Gp为绿色容积率，S0为用地面积，S1为单位体积叶面积，V为树冠体积。具体测度绿色容积率的操作主要包括以下几个步骤。

1)确定树冠体积。实地踏勘，确定试验地块内的树种分类、植株数量、胸径等基础数据，运用模拟方程法测度不同树种单株样本植物的树冠体积。

2)确定单株样本植物的单位体积叶面积。

3)计算叶面积总量。不同树种单位体积内叶片总面积与单株样本植物树冠体积相乘，可得到单株样本植物的叶面积总量。统计叠加全部物种的叶面积总量得到整个试验地块的总绿量(场地叶面积总量)。

4)根据计算公式计算绿色容积率。

1.3 微气候调节实效的测度算法

在既有研究中，环境小气候的数据有很多种，如风速、气温、相对湿度、太阳辐射强度、CO2浓度、环境噪声强度等。而人体所感受到外界环境的舒适度主要由环境中的温度、湿度、噪声和风速决定；其中温度、湿度在特定时空中较为稳定，便于测量；噪声强度次之，而风速的随机性最大。因此实验最终选择和人体舒适度最为密切且较为稳定的降温增湿能力来表征城市历史性地区绿地实效状况，即试验中需要现场测量的数据内容为空气温度值和空气湿度值。

2 试验准备

本试验方案中，先选择功能类似、位置相近、绿化层次差异大的2块城市用地作为试验地块(其中1块为城市历史性地区用地)；应用2种测度算法分别对试验地块进行测算；然后将两者测度结果与场地绿化温湿度实效实测记录相比较，以确定更能真实反映城市历史性地区的绿量情况的测度方法。

2.1 试验地块的选择

通过在南京建成区内反复筛选，最终确定以南京大油坊巷历史风貌区作为城市历史性地区类型试验地块，南京宏图上福园小区作为比较项的现代居住区类型试验地块(图1)。

1)试验地块1：南京大油坊巷历史风貌区。

南京大油坊巷历史风貌区位于南京老城东南部，内秦淮河东段以东；北到小油坊巷、小西湖小学，东至箍桶巷，南抵马道街，西至大油坊巷，总用地面积为46 900m2，建筑以1～2层传统居住建筑为主，局部镶嵌多层现代建筑。内部缺少公共绿化区域，大乔木不多但是树龄较长、树冠较大，居民自发种植的果蔬花木较多，垂直绿化、屋顶绿化、阳台绿化、盆栽绿化等绿化方式广泛分布在风貌区的各个区域。

据现场踏勘，风貌区内目前有15种大乔木、8种灌木及藤本植物。

2)试验地块2：南京宏图上福园小区。

南京宏图上福园小区位于内秦淮河东段以西，与大油坊巷历史风貌区隔河而望；西邻军师巷，北侧是马道街，总用地面积为17 857m2。小区建筑面积达5万m2，以多层坡顶住宅为主。小区内植物种类和数量均较多。

小区内目前有19种大乔木、23种灌木及藤本植物。

2.2 试验方法的确定

图1 试验地块区位图

在试验时间选择上，南京园林绿地对城市生态环境的改善作用最明显的季节是夏季，此时气候较为恶劣，而植物叶片生长情况也最为旺盛；且在南京绿地微气候观测试验中发现，绿化对温湿度的冬季影响度远低于夏季影响度[7]；此外为排除气象因素的干扰，最佳测定时间应当选在晴朗、静风(风速≤0.5m/s)的夏季[8]。因此试验时间确定为2016年6月中晴朗、静风的9—11日连续3d的9：00—17：00。

1)绿量测度方法。

本次试验采用模拟方程法对2块试验地块的三维绿量进行测度。在实测中使用软尺对试验地块内所有乔木树种进行胸径测量，对所有圆灌木进行半径测量，对所有方灌木进行长宽测量，进而通过模拟方程得到该植物的真实三维绿量。

2)温湿度实效测度方法。

使用Thermo Recorder TR-72U型数显温湿度测量仪，在2块试验地块中心区域的树下分别选择1个观测点，并于1.5m高度处进行温湿度测量[9]；与此同时，在2块试验地块的中心空地分别选择1个对照观测点进行同步测定(表1)。每隔1h测量1次，共计9个时间点，连续观测3d。所有数据均采用Excel软件进行分析处理，将3d测量的数据取平均值，进而对平均降温率、平均增湿率进行计算，然后对2块试验地块的温湿度实效进行比较。

3 试验地块的绿量测度比较

3.1 大油坊巷历史风貌区的绿量测度

1)绿地率的测度。

大油坊巷历史风貌区用地总面积S0地块1为46 900m2，绿地面积∑i地块1为100m2。根据绿地率计算公式可得出该试验地块绿地率Gs地块1为0.21%。

2)绿色容积率的测度。

风貌区内街巷狭窄、建筑较为密集，高大乔木的冠幅较难进行准确的测量。因此首先选择对主干明显的12种树种进行胸径测量，然后根据既有研究得出的“胸径-冠幅”相关方程[10]对这12种树种的冠幅进行计算(表2)。除了12种大乔木通过模拟方程计算得出冠幅外，调研也对另3株主干不明显的乔木冠幅进行了实测，分别得出：D桂花=3.5m，D石榴=5.2m，D夹竹桃=7.25m。由此，根据既有研究得出的植物树冠体积-冠幅的相关关系[10]可计算出风貌区内15种乔木树种的树冠体积(表3)。

表1 试验观测点位置确定

表2 大油坊巷部分种大乔木的胸径-冠幅计算表

针对大油坊巷历史风貌区常见的垂直绿化、屋顶绿化等绿化特征，对于绿化主体之一的灌木、草本和藤本植物采用低矮植物树冠有效体积方程进行计算。根据其生长和修剪情况，可将不同类型的灌木分为长方体及球形(表4)2类，然后加以计算。

通过以上的模拟方程测度，可以得出历史风貌区内各类乔木树种及低矮植物的有效树冠体积。再结合既有研究中对不同树种、不同月份的单位体积内叶片总面积的计算指标[10]，最终计算得到大油坊巷历史风貌区的总绿量，即叶面积总量(表5)。

因此，大油坊巷历史风貌区总绿量∑n地块1为64 293m2，总用地面积S0地块1为46 900m2，得绿色容积率为1.371。

3.2 宏图上福园小区的绿量测度

1)绿地率的测度。

南京宏图上福园用地面积S0地块2、绿地面积∑i地块2、绿地率Gs地块2分别为17 857m2，8 571m2，47.99%。

图2 试验地块随时间变化降温趋势(2016年6月9—11日)

图3 试验地块随时间变化增湿趋势(2016年6月9—11日)

表3 大油坊巷部分种乔木的冠幅-树冠体积计算表

表4 大油坊巷球形灌草藤植物的树冠体积计算表

2)绿色容积率的测度。

采用与大油坊巷历史风貌区相同的计算方法，完成上福园小区内19种乔木树种的树冠体积计算，灌木、草本和藤本植物的树冠总面积计算及叶面积总量计算(表6)。

因此，上福园小区总绿量∑n地块2为45 169m2，已知的总用地面积S0地块2为17 857m2，可求得大油坊巷绿色容积率为2.529。

3.3 两个试验地块的温湿度实效测度

针对2幅试验地块测定的降温率走势来看，可将其归为单峰值曲线类型(图2)。2块试验地块的绿地温度走势基本一致，其降温曲线的相关性可分为3个阶段。9：00—11：00，上福园小区降温率领先于大油坊巷，这与大油坊巷高密度的建设有关。因缺少复合的绿化结构，因而在早期大油坊巷里作为对照点裸地升温更快，降温率更低。11：00—14：00，大油坊巷平均降温率超越了上福园小区，此时间段2块试验地块内裸地基本已升温充分，同一时间点大油坊巷裸地的平均温度高出上福园1℃，树下温度虽也高于上福园，但降温率却已超越。两者温度变化在14：00时达到最高峰，大油坊巷降温率达到4.31%，上福园降温率达到3.91%。因天气变化，14：00—17：00，2块试验地块平均降温率交替下降，但总体呈现缓慢下降趋势。这与裸地比热容小而散热快、树下小环境散热较慢有关。总体来看，上福园小区全天的平均降温率为2.07%，大油坊巷全天的平均降温率为1.86%。上福园小区全天平均降温率为大油坊巷的1.11倍。

针对2块试验地块测定的增湿率走势来看，也可将其归为单峰值曲线类型(图3)。与平均降温率相同，总体趋势相一致，并可分为3个阶段。9：00—11：00，上福园小区增湿率领先于大油坊巷，这应与大油坊巷高密度的建设和密集的巷道布局有关。因环境常年潮湿、通风阻滞，因而在早期大油坊巷里作为对照点裸地湿度降低更慢，试验地块平均增湿率更低。在11：00—14：00此时间段大油坊巷裸地与树下湿度均低于上福园，而平均增湿率超越了上福园小区。两者湿度变化在14：00时达到最高峰，大油坊巷增湿率高达7.76%，上福园增温率达到5.79%。在14：00—17：00，2块试验地块平均增湿率交替下降，但总体呈现快速下降趋势。这与南京的气候有着密切的关系，14：00后气温下降较快，增湿更加迅速。总体来看，上福园小区全天的平均增湿率为3.09%，大油坊巷全天的平均增湿率为2.76%。上福园小区全天平均增湿率为大油坊巷的1.12倍。

表5 大油坊巷历史风貌区叶面积总量计算表

4 结论与讨论

综合比较2个试验地块的绿地率及绿色容积率的测度结果(表7)，可以看出以下内容。

1)以绿地率为绿量测度标准，宏图上福园绿化达标，大油坊巷历史风貌区绿化不达标。宏图上福园绿地率高出国家标准(老居住区绿地率≥25%)1.92倍；大油坊巷历史风貌区绿化率与上福园小区相差近230倍，更远远低于国家标准。

2)以绿色容积率为绿量测度标准，2个试验地块的绿量差距明显缩小。城市历史性地区绿量较二维测度算法显著上升，2个试验地块的绿量差距由230倍缩小为1.84倍。

3)分析2块样地的温湿度实效结果可见，2块样地的平均降温增湿率走势及差距相似。上福园小区全天平均降温率、平均增湿率仅略高于大油坊巷。

4)结合以上结果进行评估，2块样地通过绿色容积率测量的绿量差异较绿地率算法更接近温湿度实效测量结果。探究2种测算方法结果差异，其主要原因应有2点。一是绿色容积率从三维角度计算绿量，比二维绿化指标更具功能性；二是绿色容积率将被既有测度算法忽视的垂直绿化、屋顶绿化、阳台绿化等历史性地区特有的绿化方式纳入测度体系，大大增加了城市历史性地区绿量的覆盖范围，使得测度结果更加接近实际产生生态效益的真实绿量情况。

城市历史性地区具有独特的绿化特征。在对其进行绿化质量评价时，应当尊重场地本身的特性，用更恰当的测度方式评估其真实的绿量情况。以绿色容积率为代表的新型绿化指标是对既有绿量测度体系的有益补充，使其更加适宜城市历史性地区的绿化评估需求。

注：文中图片均由刘思拍摄或绘制。

表6 南京宏图上福园小区叶面积总量计算表

表7 2种测度算法结果比较