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全球城市化进程不断推进,城市下垫面环境发生改变,叠加热排放和温室气体排放的加剧致使全球年均温的上升,城市极端高温现象愈加频发[1],居民处于城市热环境中的不适感加剧,城市居民健康状况受到威胁[2]。城市绿地具有降温增湿、改善城市小气候的功能[3, 4]。城市绿地中的乔灌草复层结构群落是降温增湿、改善热舒适度效果最佳的群落结构[5, 6]。冠层郁闭度[6, 7]、植物种类[8, 9]、绿量[6, 10]等因素也对群落降温增湿效果有显著影响,其中三维绿量能较好的量化植物地上绿色生物量及其生态效益[11, 12]。为客观评价人体在复杂环境中的热感受需要引入热舒适度评价机制,热舒适度不仅与气温、湿度有关,还与风速、太阳辐射强度、人体活动强度等因素有关[13-15]。
为研究群落绿量对人体热舒适的影响,本文用三维绿量(下文简称绿量)量化植物地上绿色生物量,用生理等效温度(Physiological Equivalent Temperature,PET)作为评价热舒适度的指标。通过数据实测、统计分析,讨论乔灌草群落中绿量与热舒适度的关系,讨论在有限的城市空间内,使用较为经济的植物种植模式,发挥植被改善热舒适度的最佳效果。
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选定20个10 m×10 m的冠层高度适中、植被长势较好的乔灌草复层群落,以公园主广场为对照点,详细记录各样方内乔灌木的株高、冠幅、枝下高等生理数据。
乔木与孤植灌木根据其树冠的形状用公式计算其三维绿量[16, 17](见表1),片植灌木与草地用平均冠幅高度与种植面积的乘积计算其三维绿量,统计得出各样方内的乔灌草绿量以及总绿量。
树冠形状 计算公式 球形SP/半球形SS/卵圆形OV $\dfrac{\pi {x}^{2}y}{6}$ 圆锥形CO $\dfrac{\pi {x}^{2}y}{12}$ 球扇形SF $\dfrac{\pi ({2y}^{3}-{y}^{2}\sqrt{4{y}^{2}-{x}^{2} })}{3}$ 球缺形AS $ \frac{\pi (3{x}^{2}y-2{y}^{3})}{6} $ 圆柱形BC $\dfrac{\pi {x}^{2}y}{4}$ x为冠幅、y为冠高 Table 1. Calculation formula of three-dimensional green biomass of single plant
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数据测量日为2021年7月14日,天气晴朗无风。在13:00测量样方中心点与对照点的气温、相对湿度、风速和太阳辐射强度。将测得数据输入Rayman软件计算,软件其他数据输入:云层覆盖量为1,地理数据添加福州市经纬度(119.28 °E,26.08 °S)、海拔高度10 m、时区为GMT+8小时(东八区),衣物热阻值0.6 clo,活动产热80 W,个体数据选择身高1.70 m、体重70 kg、年龄35岁、男性,软件计算得出相应PET值[18],统计各样方绿量与PET值(见表2)。由表2可知,各样方PET值均高于29 ℃部分高于35 ℃,对比生理等效温度指数表(见表3),该数值下人体产生中、强度热应激,因此在本文研究中,PET值越低热舒适度越佳。
样方编号 总绿量/m3 乔木绿量/m3 灌木绿量/m3 草地绿量/m3 温度/℃ 湿度/% 风速/(v·s−1) 太阳辐射强度/(W·m−2) PET
/℃1 488.17 412.80 67.13 8.24 36.0 50.8 0.4 84 34.3 2 349.9 313.58 29.92 6.40 36.0 53.0 0.6 146 35.9 3 450.72 383.51 56.41 10.80 35.8 51.0 0.5 104 35.6 4 314.73 278.95 20.78 15.00 37.0 49.8 0.4 182 37.7 5 478.16 444.92 0.00 33.24 35.8 50.8 0.8 125 35.2 6 474.24 428.35 29.42 16.47 35.2 52.1 0.3 72 33.1 7 338.94 250.69 81.25 7.00 36.0 49.7 0.4 149 35.8 8 497.59 441.21 43.98 12.40 35.0 51.8 0.4 92 33.4 9 816.88 739.99 74.49 2.40 34.9 54.8 0.2 24 31.5 10 315.57 273.62 28.35 13.60 37.0 50.2 0.5 112 36.1 11 282.04 136.50 135.60 9.94 37.8 45.3 0.6 154 38.0 12 662.78 629.32 18.90 14.56 35.3 53.5 0.7 43 32.9 13 429.87 311.07 111.60 7.20 35.8 53.3 0.4 52 33.4 14 265.52 209.92 43.20 12.40 36.8 48.5 0.6 181 37.5 15 291.54 176.59 113.35 1.60 35.5 54.5 0.3 39 32.6 16 258.82 216.52 30.90 11.40 37.5 49.0 0.3 84 35.7 17 451.17 348.77 100.40 2.00 35.8 50.3 0.6 62 33.8 18 486.47 423.47 53.80 9.20 35.3 51.8 0.2 76 33.1 19 148.44 56.74 83.10 8.60 37.5 45.3 0.3 240 39.5 20 443.21 378.35 50.70 14.16 35.5 47.1 0.6 148 35.2 对照 0 0 0 0 39 46.5 1.56 1206 60.2 Table 2. Green biomass and PET index
PET 热敏度 生理应激等级 18 ℃ 适中 无热应激 23 ℃ 微热 轻度热应激 29 ℃ 温暖 中度热应激 35 ℃ 炎热 强度热应激 41 ℃ 酷热 极度热应激 Table 3. Physiological equivalent temperature index
Communities Thermal Comfort of Different Green Biomass in Minjiang Park of Fuzhou
doi: 10.12172/202204110002
- Received Date: 2022-04-11
- Available Online: 2022-04-21
- Publish Date: 2023-02-25
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Key words:
- Plant community /
- Green biomass /
- Thermal comfort /
- PET
Abstract: In order to understand the effect of different green biomass in communities on regulating thermal comfort. The green biomass and physiological equivalent temperature PET values of 20 quadrats of arbor-shrub-grass community in Minjiang Park(south)of Fuzhou were calculated. And the correlation between green quantity and PET values was analyzed. The results showed that in the arbor-shrub-grass community, when the total green biomass per 100 m2 was less than 800 m3, the greater the green biomass was, the better the effect of community on regulating thermal comfort was. When the total green biomass per 100 m2 was greater than 800 m3, the change of green biomass did not affect the thermal comfort. When the proportion of tree green reached 0.9, the community had the best effect on improving thermal comfort.