绿量的城市热环境效应研究现状与展望

绿量对城市热环境的调控功能已成为目前研究热点。本文从绿量的概念与发展、绿量与城市热环境的调查方法、绿量与城市热环境的关联性以及其在城市规划方面的启示4方面进行论述,总结国内外研究进展,提出了未来该领域的4个发展方向,包括三维绿量调查方法的改善、城市热环境的监测与预测、城市绿量三维空间格局指标体系的构建以及关联绿量与城市热环境研究的三维空间格局分析方法的创建。本文为研究绿量调控城市热环境提供了一种三维空间分析的视角,以期更深入地探索城市绿量的三维空间格局、平衡城市热环境的适宜性和多方面生态效益,为城市绿色空间规划与设计提供科学依据,也为人类适应气候变化并科学调控城市热环境提供理论支持。     

基于视觉指数的城市热环境效应——以徐州市为例

城市热环境与人居环境、居民健康以及城市可持续发展密切相关。本研究以绿视率(GVI)为基础,提出地上构筑物视率(CVI)和硬化地表视率(R&PVI)2种新的视觉指数,使用移动观测方法,在夏季末获取徐州市主城区、风景区、大学校园外部以及大学校园的城市热环境数据,并同步获取采样沿线的影像和坐标信息,分析以视觉指数所表示的城市构成对城市热环境的影响。结果表明: 在采样沿线上,研究区主城区平均气温(T_a,30.42 ℃)最高但相对湿度(RH,40.7%)最低,风景区的平均T_a(29.35 ℃)最低但RH(48.4%)最高;平均风冷温度(T_aW)在主城区最高(32.95 ℃),在风景区最低(31.93 ℃)。CVI由高至低依次为:主城区、大学校园、大学校园外部和风景区,GVI与CVI相反。CVI分别与T_a和T_aW呈极显著正相关,与RH呈极显著负相关;GVI分别与T_a和T_aW呈极显著负相关,与RH呈极显著正相关;R&PVI分别与T_a和T_aW呈显著和极显著正相关,与RH的相关性不显著。CVI和GVI对T_a的贡献显著,独立贡献率分别为10.4%和18.9%,联合贡献率分别为7.8%和11.3%;对RH而言,二者贡献同样显著,独立贡献率分别为37.5%和15.7%,联合贡献率分别为51.4%和30.2%;对T_aW而言,3种参数的贡献均达到显著水平,三者的独立贡献率和联合贡献率均低于对T_a的影响;3种参数对RH的影响高于对T_a和T_aW。研究结果可为优化城市热环境和缓解城市热岛效应提供思路,也对城市更新以及人居环境质量提升具有实践意义。     

北京2种阔叶树不同高度枝干的呼吸速率及其对温度的敏感性

该研究采用红外气体分析法(IRGA)于2013年3-12月原位测定了北京市东升八家郊野公园中2个主要阔叶树种(槐(Sophora japonica)、旱柳(Salix matsudana)) 3个高度上的枝干呼吸(R_w)日进程, 旨在量化R_w的种间差异, 探索种内R_w及其温度敏感系数(Q₁₀)的时间动态和垂直分布格局。研究结果显示: (1) R_w在不同树种之间差异明显, 相同月份(4月份除外)槐R_w是旱柳的1.12 (7月)-1.79倍(5月)。两树种枝干表面CO₂通量速率均表现出明显的单峰型季节变化, 峰值分别出现在7月((5.13 ± 0.24) μmol·m^-2·s^-1)和8月((3.85 ± 0.17) μmol·m^-2·s^-1)。同一树种在生长月份内的平均呼吸水平显著高于非生长季, 但其Q₁₀值季节变化趋势与之相反。(2) R_W随测量高度的增加而升高, 并在3个高度上表现出不同的日变化规律: 其中, 树干基部及胸高位置为单峰格局, 而一级分枝处的呼吸速率在一天内存在两个峰值, 中间出现短暂的“午休”现象。温度是造成一天内呼吸变化的主要原因。此外, 顶部R_w及其对温度的敏感程度明显高于基部。温度本身和Q₁₀值差异可在一定程度上解释R_W的垂直梯度变化。(3)在生长月份, 单位体积木质组织的日累积呼吸速率(mmol·m^-3·d^-1)与受测部位直径倒数(D^-1)呈极显著正相关关系。单位面积(μmol·m^-2·s^-1)可准确表达两树种在生长期间的R_W水平, 能合理有效地比较不同个体的呼吸差异及同一个体的时空变异。这些结果表明, 采用局部通量法上推至树木整体呼吸时, 应全面考虑R_w的时、空变异规律, 并选择恰当的表达单位, 以减小估测误差。     

Respiration rates of stems at different heights and their sensitivity to temperature in two broad-leaved trees in Beijing

该研究采用红外气体分析法(IRGA)于2013年3–12月原位测定了北京市东升八家郊野公园中2个主要阔叶树种(槐(Sophora japonica)、旱柳(Salix matsudana))3个高度上的枝干呼吸(Rw)日进程,旨在量化Rw的种间差异,探索种内Rw及其温度敏感系数(Q10)的时间动态和垂直分布格局。研究结果显示:(1)Rw在不同树种之间差异明显,相同月份(4月份除外)槐Rw是旱柳的1.12(7月)–1.79倍(5月)。两树种枝干表面CO2通量速率均表现出明显的单峰型季节变化,峰值分别出现在7月((5.13±0.24)μmol·m–2·s–1)和8月((3.85±0.17)μmol·m–2·s–1)。同一树种在生长月份内的平均呼吸水平显著高于非生长季,但其Q10值季节变化趋势与之相反。(2)RW随测量高度的增加而升高,并在3个高度上表现出不同的日变化规律:其中,树干基部及胸高位置为单峰格局,而一级分枝处的呼吸速率在一天内存在两个峰值,中间出现短暂的"午休"现象。温度是造成一天内呼吸变化的主要原因。此外,顶部Rw及其对温度的敏感程度明显高于基部。温度本身和Q10值差异可在一定程度上解释RW的垂直梯度变化。(3)在生长月份,单位体积木质组织的日累积呼吸速率(mmol·m–3·d–1)与受测部位直径倒数(D–1)呈极显著正相关关系。单位面积(μmol·m–2·s–1)可准确表达两树种在生长期间的RW水平,能合理有效地比较不同个体的呼吸差异及同一个体的时空变异。这些结果表明,采用局部通量法上推至树木整体呼吸时,应全面考虑Rw的时、空变异规律,并选择恰当的表达单位,以减小估测误差。     

居住区绿地影响室外热环境的研究进展

城市绿地系统对室外热环境具有显著影响, 但与城市景观规划与设计领域的关联较少。通过文献梳理指出造成城市热环境恶化的主要原因有城市活动、气候变化、下垫面; 然后从降温增湿、通风和减少热辐射三个方面对绿地改善热环境效应进行系统评述, 并从绿地面积和绿地率、植物种类以及绿地结构三个方面探讨了居住区绿地对热环境效应的影响。在此基础上提出展望: 有必要加强在植物空间配置、绿地布局等视角所展开的绿地生态效应研究; 室外热环境数据采集方法及数据精准性需进一步提升; 需要将定量的研究结果引用到设计实践中。     

高层住宅小区建筑形态对微气象影响研究

以北京逸成东苑小区为原型, 基于ENVI-met 构建塔式建筑群和板式建筑群模型, 对其在典型春季、夏季各一天1.50 m 处微气象特征进行模拟分析。结果表明, 除夏季风速外, 两季节塔式和板式建筑群模型其他各微气象要素时间序列模拟结果变化趋势基本相同, 两模型春季模拟结果差异较小, 而夏季模拟结果差异较大。春季, 塔式建筑群比板式建筑群平均温度高0.16 ℃, 平均相对湿度低0.89%, 平均风速高0.18 m·s^–1, 平均辐射温度高2.21 ℃。夏季, 塔式建筑群比板式建筑群平均温度低0.18 ℃, 平均相对湿度低16.35%, 平均风速低0.14 m·s^–1, 平均辐射温度高1.24 ℃。春季板式建筑群的室外热舒适度优于塔式建筑群, 而夏季塔式建筑群的室外热舒适度优于板式建筑群。该结果可为住区规划、提高居民热舒适度等提供参考。     

高层住宅小区中心绿地布局对微气象影响研究

以北京聚福苑小区为原型, 基于ENVI-met 构建八种不同中心绿地布局的高层住宅小区模型, 对其在典型夏季晴天中多个时刻1.50 m 处微气象特征进行模拟分析。结果表明, 八种中心绿地布局下的高层住宅小区气温和相对湿度差异显著, 而风速却无显著差异。其中, 中心绿地为一整块绿地和绿地中间建有中心广场的布局方式, 相比于其他在中心绿地建设小路的布局, 具有明显的降温和增湿作用, 气温平均下降0.80 ℃, 相对湿度平均增加29.79%。中心绿地南北方向的小路对温度斑块具有明显的分割作用, 而东西方向的小路并没有; 小路越多越密集, 越有助于降低中心绿地高温斑块面积。下垫面类型对温度、相对湿度和风速有影响。该结果可为相同气候带中类似的城市住宅区的景观规划提供一定的理论支撑。     

居住区形态的气温调控效应——以徐州市为例

城市化进程的持续推进致使大量居住区取代原有林地和农田，导致城市热岛效应频发，尤其在夏季，居住区高温严重威胁市民的健康与生命。虽然学者们已经意识到通过生态调控思想合理配置居住区形态可有效调节气温、改善局地微气候，但当前仍然缺乏以气温调节为导向的居住区形态的规范和要求。本研究以徐州市的15个居住区作为研究区域，通过现场观测，获取3类居住区形态参数和气温数据，分析不同居住区形态的气温调控效应。结果表明：早晨和下午影响气温的关键居住区形态参数具有差异性。在早晨，建筑密度、平均街道高宽比和完整的纵横比的独立贡献率分别为15.4%、7.3%和6.8%;在下午，建筑密度、天空可视指数和建筑表面积与平面面积比的独立贡献率分别为21.1%、23.1%和6.9%。调控气温的居住区参数效率阈值在早晨和下午具有差异，部分居住区形态参数之间存在显著的相关关系。研究结果可为徐州及周边地区的居住区设计提供数据支撑和方法参考。