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福州市闽江公园中不同绿量的群落热舒适度

李岩林 舒柳 黄柳菁

李岩林, 舒柳, 黄柳菁. 福州市闽江公园中不同绿量的群落热舒适度[J]. 四川林业科技, 2023, 44(1): 72−76 doi: 10.12172/202204110002
引用本文: 李岩林, 舒柳, 黄柳菁. 福州市闽江公园中不同绿量的群落热舒适度[J]. 四川林业科技, 2023, 44(1): 72−76 doi: 10.12172/202204110002
LI Y L, SHU L, HUANG L J. Communities thermal comfort of different green biomass in Minjiang park of Fuzhou[J]. Journal of Sichuan Forestry Science and Technology, 2023, 44(1): 72−76 doi: 10.12172/202204110002
Citation: LI Y L, SHU L, HUANG L J. Communities thermal comfort of different green biomass in Minjiang park of Fuzhou[J]. Journal of Sichuan Forestry Science and Technology, 2023, 44(1): 72−76 doi: 10.12172/202204110002

福州市闽江公园中不同绿量的群落热舒适度


doi: 10.12172/202204110002
详细信息
    作者简介:

    李岩林(1998—),男,在读硕士研究生,563048809@qq.com

    通讯作者: huanglj@fafu.edu.cn
  • 基金项目:  国家自然科学基金面上项目(32071578);福建省自然科学基金面上项目(2021J01133);福建农林大学学科交叉融合项目(YSYL-xkjc-8)

Communities Thermal Comfort of Different Green Biomass in Minjiang Park of Fuzhou

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    出版历程
    • 收稿日期:  2022-04-11
    • 网络出版日期:  2022-04-21
    • 刊出日期:  2023-02-25

    福州市闽江公园中不同绿量的群落热舒适度

    doi: 10.12172/202204110002
      作者简介:

      李岩林(1998—),男,在读硕士研究生,563048809@qq.com

      通讯作者: huanglj@fafu.edu.cn
    基金项目:  国家自然科学基金面上项目(32071578);福建省自然科学基金面上项目(2021J01133);福建农林大学学科交叉融合项目(YSYL-xkjc-8)

    摘要: 为了解不同绿量植物群落调节热舒适度的效果,对福州市闽江公园(南园)的20个乔灌草群落样方进行绿量与生理等效温度PET值的测算,并对绿量与PET值进行相关性分析。结果表明:乔灌草群落中,每百平方米绿地总绿量小于800 m3时,总绿量越大,群落调节热舒适度的效果越好,每百平方米绿地总绿大于800 m3时,绿量变化不影响热舒适度。乔木绿量占比达0.9时,群落改善热舒适度的效果最佳。

    English Abstract

    • 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。

      • 福州市(119.28 °E,26.08 °S)位于我国东南沿岸闽江入海口,市区地处盆地中心,山岭环绕。夏季时间长且炎热,多为晴朗或少云的无风天气,近些年夏季最高气温可达40 ℃。人均公园绿地面积达15.33 m2,绿化覆盖率达45.39 %,建成区绿地率达42.22 %。

        闽江公园(南园)位于闽江南岸,延江岸呈带状,与北园共同构成了福州市最大的开放性公园,同时兼具降温增湿、防洪抗涝的生态功能,闽江公园(南园)占地面积27.4 hm2,于2002年5月1日建成并对外开放,植物种类多样,群落结构丰富,景观类型多元。

      • 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。

        表 1  单株植物三维绿量计算公式

        Table 1.  Calculation formula of three-dimensional green biomass of single plant

        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
      • 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。

        表 2  各样方绿量与PET值

        Table 2.  Green biomass and PET index

        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
        /℃
        1488.17412.8067.138.2436.050.80.48434.3
        2349.9313.5829.926.4036.053.00.614635.9
        3450.72383.5156.4110.8035.851.00.510435.6
        4314.73278.9520.7815.0037.049.80.418237.7
        5478.16444.920.0033.2435.850.80.812535.2
        6474.24428.3529.4216.4735.252.10.37233.1
        7338.94250.6981.257.0036.049.70.414935.8
        8497.59441.2143.9812.4035.051.80.49233.4
        9816.88739.9974.492.4034.954.80.22431.5
        10315.57273.6228.3513.6037.050.20.511236.1
        11282.04136.50135.609.9437.845.30.615438.0
        12662.78629.3218.9014.5635.353.50.74332.9
        13429.87311.07111.607.2035.853.30.45233.4
        14265.52209.9243.2012.4036.848.50.618137.5
        15291.54176.59113.351.6035.554.50.33932.6
        16258.82216.5230.9011.4037.549.00.38435.7
        17451.17348.77100.402.0035.850.30.66233.8
        18486.47423.4753.809.2035.351.80.27633.1
        19148.4456.7483.108.6037.545.30.324039.5
        20443.21378.3550.7014.1635.547.10.614835.2
        对照00003946.51.56120660.2

        表 3  生理等效温度PET指数表

        Table 3.  Physiological equivalent temperature 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
      • 利用SPSS软件分析,对PET值和总绿量进行双变量相关性分析,Pearson相关性系数为−0.780,总绿量与PET值呈显著负相关,总绿量越大,PET值越低。对PET值和绿量进行二次曲线拟合(见图1),拟合曲线R2=0.647。由图1可知,当总绿量小于400 m3时,总绿量与PET值几乎呈线性相关;当绿量在400~800 m3时,PET值随总绿量变化的速率开始减慢,当总绿量大于800 m3时,总绿量的增加对PET值的变化无明显影响。

        图  1  PET值-总绿量二次曲线

        Figure 1.  Conic curve of PET and green biomass

        对PET值和乔木绿量进行双变量相关性分析,Pearson相关性系数为−0.739,乔木绿量与PET值显著负相关。对PET值和乔木绿量进行二次曲线拟合(见图2),拟合曲线R2=0.562,乔木绿量与PET值的相关性和总绿量呈现相似规律。对PET值和灌木绿量进行双变量相关性分析,得到Pearson相关性系数为−0.21,对PET值和草地绿量进行双变量相关性分析,得到Pearson相关性系数为0.21,样方内灌木和草地绿量与PET值均无明显相关性。

        图  2  PET值-乔木绿量二次曲线

        Figure 2.  Conic curve of PET and tree green biomass

        对乔木绿量/总绿量与PET值进行双变量相关性分析,Pearson相关性系数为 −0.516,乔木绿量/总绿量与PET值有一定程度的相关性。对乔木绿量/总绿量与PET值进行二次曲线拟合(见图3),拟合曲线R2=0.296,由图3可知,在一定范围内乔木绿量占比越大,PET值约低,当乔木绿量占比为0.9时,PET值最低。

        图  3  乔木占比-PET值二次曲线

        Figure 3.  Conic curve of tree proportion and PET

      • 绿地中的植物通过遮挡太阳辐射、光合作用吸热、蒸腾作用吸热增湿等作用起到影响湿热环境、改善热舒适度的效果[19, 20],绿地群落降温增湿能力与群落植物的生物量呈正相关[21]。高吉喜等[6]的研究表示:群落三维绿量越大其降温增湿效果越好,且每百平方米绿地三维绿量应达到500 m3才能达到较好的降温增湿效果。吴菲等[10]指出:在北京紫竹院四个样地中,样地二维绿量越大,群落降温增湿效果越好,乔灌草绿量比例为12∶1∶7的样地降温增湿效果最好,乔木、灌木绿量占比大的样地降温增湿效果更好。热应激场景下的降温增湿有利于改善热舒适度,因此夏季群落绿量越大,其改善热舒适度的效果越好。

        在福州市炎热的夏季正午,相较于无遮蔽的广场空间,乔灌草群落能极大程度的改善微环境的热舒适度,群落中乔木绿量与热舒适度有明显相关性,灌草绿量则与热舒适度没有明显相关性。在100 m2大小的乔灌草复层群落中,绿量与PET值呈显著负相关,当总绿量小于800 m3时绿量越大PET值越小,群落改善热舒适度的效果越好,当绿量超过800 m3时,绿量增大不再影响PET值的变化。当绿量达到400 m3时,群落便能达到较好的热舒适度,当绿量在600~800 m3时,群落热舒适度达到最佳状态。因此,建植城市绿地时每百平方米绿地的绿量应至少达到400 m3,最好达到600~800 m3,从经济性方面考虑不建议超过800 m3。此外,在一定范围内乔木绿量占比越大PET值越小,热舒适度越佳,当乔木绿量占比达0.9时,PET值达到最小值,热舒适度最佳。

    参考文献 (21)

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