植物景观微气候调节效应研究

赵冬琪

（长春大学，吉林 长春 130000）

1 研究进展

1.1 研究内容和尺度

1.1.1 植物单体形态特征

针对单株植物的微尺度研究，一直是国外研究的热点，将组成树木的各个部分提取出来用于研究，更能揭示植物群落调节微气候的内在机理。对于单株乔木来说，植株高度、分枝高度、冠幅等物理特征在一定程度上影响着微气候因子，而植物枝叶特征、分枝方式和树冠形状等形态特征是影响微气候的最主要因素。早在1986 年，Heisler[1]就证明，枝叶密集的树种降低太阳辐射的能力，除此之外，叶片质感、颜色、厚度也会在一定程度上植物的降温能力。马秀枝[2]实测研究表明，分支点高的树木的遮荫作用要小。李孟柯[3]通过Sketch up 模型模拟以及实测研究，得出中央领导主干形态的落叶乔木透阳率最好，无中央领导主干的乔木次之，多领导主干的大乔木最次。

1.1.2 植物群落结构特征

植物群落水平结构与垂直结构特征反映植物景观在特定空间内的数量、组合及排布，不同植物组成、种植密度和种植形式形成的群落空间特征不同，因此对城市气候下太阳辐射、风速、温度、湿度的反应产生差异，从而影响群落空间内的微气候舒适度。邱英浩等[4]探讨了不同植栽配置情形对风环境的影响，结果表明互植配置的挡风成效要优于对置配置。而植栽配置的行数越多，种植间距越小，挡风效果越好。群落层次丰富度是描述群落垂直结构特征的重要指标，Hardin P J 等人[5]经实地测试证明植物群落层次越丰富，植物群落的降温增湿效果和滞尘效果越好，而单层的灌木或草坪型绿地降温效果欠佳。群落冠层结构特征是近些年研究的重点，其中郁闭度、叶面积指数（LAD）是定量描述植物群落冠层结构的重要指标。姜宗香等对植物群落冠层特征的降温增湿效应进行了实测研究，结果表明郁闭度和降温、改善人体舒适度之间有显著正相关，郁闭度和增湿之间没有显著相关性。

1.1.3 绿地形态与格局特征

Hardin P J 城市绿地改变了城市原有的下垫面属性，缓解了热岛效应的发生。绿地周边区域温度会受其影响而下降，影响的范围与强度与绿地边界的距离具有一定的相关性，同时也受绿地形状、大小和空间布局的影响。绿地的大小、周长及其边界的复杂性是衡量绿地形态特征的重要指标。Dimoudia 经模拟研究表明，公园的降温增湿效果与公园面积大小呈正相关，公园面积越大，降温增湿效果越好。陈朱等人研究表明，公园面积确实对公园的降温增湿效果产生影响，但公园面积与温度、湿度之间是否存在定量关系，还取决于公园的周边环境情况。后续的研究表明，采用面积指标衡量绿地的降温能力，往往会忽视绿地的边界特征，因此绿地的几何形状差异产生的温度效应更具有研究价值。

随着遥感、卫星等大数据方法普及后，绿地景观格局特征的作用被重视起来。城市绿地景观格局打破了原有的硬质铺装下垫面格局，城市环境中绿地斑块的平均面积越大、完整度指数越高，则降温增湿作用越大。

1.2 研究方法

近几年，围绕城市开放绿地空间展开的植物微气候效应研究，在研究方法上也有所突破，从实地实测的数据分析，逐渐发展为基于群落空间三维模型开展的数值模拟研究。从数据分析的方法上看，也经历了从定性描述到定量分析的过程。

1.2.1 实地测量法

目前国内针对植物景观微气候效应的主要研究方法为实地观测法，即借助Tseto、N962 等微气候测量仪器获取场地微气候数据，该方法获取数据快速且直观，因此被广泛应用到小场地研究中。实地观测法按照检测方式又可分为定点测量法和移动观测法。其中定点测量法是一种比较传统简单的实测方法，即在样本场地中均匀分布或有规律的分布监测点，以获取对应的微气候数据。移动测量法则是在机动车或手推车上装配数据采集和地理信息设备，在车辆匀速行驶的过程中快速采集微气候和地理信息的一种测量方法，该方法获取数据全面，广泛用于城市街道、大型公园的微气候研究中。通过实地测量方法获取的微气候数据，可以直接用以比较不同测定样本的微气候差异，分析影响植物景观微气候效应的驱动机制。

1.2.2 数值模拟法

近年来，随着计算机模拟性能的提高和模拟城市气候模型技术的发展，数值模拟方法因具有节省人力、时间、实验可反复操作校验、获取数据量大且全面等有点而逐渐成为城市微气候效应研究的又一重要工具。从1980 年左右，数值模拟方法在植物微气候领域逐渐得到重视，1979 年美国普渡大学M. H. Halstead运用计算机对城市微气候进行了模拟研究，但是由于计算机计算能力有限，对气候研究存在局限性。20 世纪80 年代末，数值模拟研究得到进一步的发展，不过数值模型依然存在模拟盲区，不能对植被湍流、水蒸气通量等因素进行模拟。21 世纪至今，数值模拟内容和模拟结果的精确性得到完善和提高，模拟指导设计的范围逐步扩大，指导绿化设计逐步成为现实。目前，适用于中小尺度下植物群落对于微气候的影响研究主要应用的数值模拟软件计算流体力学CFD 模型和ENVI-met 等模型为主，均可以用于研究中小尺度的三维流场和温度场。

2 国内外研究趋势分析

2.1 定量研究的发展

量化研究不仅体现在研究结果的数据化上，对研究内容也是一个由定性描述到定量信息的过程，随着国内外量化研究的推进，研究不再局限于对植物景观特征的简单描述，植物景观特征的量化信息被提取出来，加上大量数理统计分析的方法的应用，使植物景观特征与微气候因子之间的关系日渐明晰。

2.2 实地测量和数字模拟的协作

数值模拟软件是目前植物景观微气候调节效应研究的热点方法，它虽然在某种程度上弥补了实测研究的不足，但却不能够取代实地测量这一传统方法。实地测量方法的实验场景具备真实性，而数值模拟创建的是虚拟的场景，无法对复杂的室外环境做出全方位的判断和数据输入。此外，数值模拟软件中构建模型场景的真实性和内部参数运行的可靠性仍旧值得探究，大部分的数值模拟研究由于忽略掉自然中存在的影响因素，如云量、行人、车辆和下垫面等，获得的数据会相对理想化。因此目前大部分的数值模拟研究都会以实地测量为基准进行数值的校验，保证输入参数的可靠性和输出参数的准确性。两种方法协同作用，数据之间相互校验，保证了研究的可靠性。

2.3 风景园林设计实践的应用

在各学科对植物景观微气候效应基础研究的推动下，20 世纪末风景园林学科开始利用其相关基础研究成果，集中探讨城市微观层面下如何建构良好微气候效应的植物空间，在通过实地测量和数值模拟与量化分析的过程中，对风景园林设计实践提出相应的解决策略和设计依据。如李国杰探讨了步行街行道树种类与种植形式对街道微气候的影响，研究为寒地城市步行街道的行道树树种选择提供理论依据。刘滨谊探讨了滨水环境下植被空间结构、群落郁闭度、灌木高度等要素对于滨水带环境小气候影响的环境物理规律，为滨水空间的植物种植提供设计依据。

3 国内研究展望

国外在城市微气候研究方面已经取得不少成果，尤其是针对群落小尺度空间和植物单体方面的研究较为深入，而国内研究集中在群落和绿地对城市小气候的影响，缺少对植物形态和植物生理与小气候效应内在联系上的研究。

此外，国内研究的空间载体仍旧局限于社区、街道、建筑外环境的绿化体系或者公园住区等整体绿化中；对于植物单体、植物群落、绿地等植物景观的研究仅以植物为唯一的研究对象，往往忽略了植物所处空间环境的影响，包括建筑、水体、景观构筑物等。事实上植物、水体、建筑、铺装、地形之间的小气候综合效应和他们各自小气候效应的相互关系及耦合作用需要通过测试、模拟等方法进行系统的研究，这样才能在风景园林设计实践中，最大限度发挥景观元素的微气候调节功能。