城郊森林公園植被對夏季微氣候的影響?
——以福州國家森林公園為例

戴忠煒 吳姝婷 程惠珊 王 丹 李霄鶴 蘭思仁，

1 福建農林大學林學院 福州 350002 2 福建農林大學園林學院 福州 350002

21世紀，全球氣候變暖和城市化是人類面臨的兩項最嚴峻的挑戰[1]。森林公園的植被具有高度調節氣候的潛力[2-3]，它通過降低周圍溫度緩解熱壓力和優化人體舒適度。深入研究森林植物的降溫效應可以為森林公園的營建提供指導。

在植被對微氣候影響的研究方面，ágnes Takács等[4]在匈牙利的東南部城市塞格德選取了5個健康的遮蔭樹樣本，探討遮蔭植被對微氣候的影響；Ruzana Sanusi等[5]在澳大利亞的墨爾本選取了3條南北走向的街道，探討不同行道樹種的葉面積指數對微氣候效益的影響。我國學者對此領域也做了大量研究，例如閆偉姣等[6]在南京紫金山森林公園選取了5個植被結構相似的林地作為觀測點，探究植被的葉面積指數、天空可見度和高程信息對降溫效應的影響；武峰等[7]以廣東省淇澳島紅樹林林內和林外無林地作為研究對象，評估紅樹林溫濕小氣候環境對人體的舒適度的影響；秦仲等[8]在北京市植物園選取14個不同結構特征的植物群落作為研究對象，分別研究郁閉度、平均冠幅、葉面積指數與降溫增濕效應之間的相關性。

而針對森林公園植被對微氣候的影響和熱環境的人體舒適度研究較少。本次研究以福州國家森林公園為例探究其不同植被對微氣候的影響，研究的主要目的:一是觀察福州國家森林公園建成區的樹木、灌木和草地降溫效果；二是分析不同綠地類型和管理方式在氣溫、濕度、熱舒適性方面的差異。此項工作有助于了解福州森林公園的降溫效果和森林公園的營建與科學管理。

1 研究區域與研究方法

1.1 研究區域

福州國家森林公園位于福建省福州市晉安區新店鎮。公園東邊以福飛路為界限，西邊延伸至湖頂與葉洋村接壤，南面為八一水庫，與福州動物園相鄰，北邊與筆架山毗鄰[9]。公園創建于1959年，總規劃面積約2 891 hm2，現已建成的經營面積為859.3hm2，是福建省首家國家級森林公園，全國十大森林公園之一[10]。地理坐標為東經 119°16′， 北緯 26°07′， 屬亞熱帶海洋性季風氣候，年平均降雨量約1 438.5 mm[11]。公園根據植被群落結構劃分為植物大觀園、生態游覽區、森林游憩區、特色經濟林區、季相林帶等功能分區。園內還分布園林建筑、紀念性建筑、游覽建筑和旅館建筑等十余處，代表性建筑有森林博物館、觀心亭、假日賓館、森林小屋和正心寺廟等[12]。

1.2 觀測地點和樹種選擇

實驗選取了森林公園3種不同的植被類型，包括喬木、灌木叢和草地。樹木作為森林公園重要的載體，優勢樹種為池杉、榕樹、金山葵和白千層。金邊連翹、葉子花和紅葉石楠在森林公園非常受歡迎。為了避免交通和建筑對本次實驗觀測的影響，觀測地點與交通道路和建筑物的距離需要大于20 m。因此在福州森林公園一共調查了15個觀測點 (表1)，其中5處是喬木，5處是灌木叢，5處是草地。

表1 福州國家森林公園15個觀測點概況

1.3 觀測方法

選擇7月5—7日這3天時間分別對喬木、灌木叢和草地的微氣候特征進行觀測。每個植被類型選取了5個實驗點，且在1天內同時完成測量。在無風 (風速＜2 m/s)、晴天 (天空云蓋度＜10%)、白天平均氣溫大于30℃進行微氣候觀測，利用華誼MS8229多功能數字萬用表 (T的準確度為±5%度，RH的準確度為±5%)，在1.5 m的高度記錄每個觀測點的空氣溫度 (T)、相對濕度(Rh)。在實驗地周圍設置2個觀測點，并展開同步測量。其中一個觀測點位于植被生長區，另一個觀測點在距離植被10 m處，是完全暴露在太陽下的硬質場地，沒有植被和水體。每日觀測時間在9∶00—18∶00，數據每隔10 min自動記錄并存儲在數據記錄器中。

1.4 數據分析

每個觀測點的降溫值 (ΔT)是暴露在太陽下的對照點的溫度與實驗測試點的差值，并由空氣溫度修正參數進行修正而得出的，見公式 (1)；同樣，通過公式 (2)可以計算出植被區的空氣濕度增加效應 (ΔRH)。采用北京氣象局于 1997年發布的人體舒適度指數CIi(公式3)， (ΔCI)是人體舒適度的提高效應為 (公式4)。為便于在不同觀測時段進行比較，將整個觀測時間(9∶00—18∶00) 分為上午 (9∶00—12∶00)、中午 (12∶00—15∶00)和下午 (15∶00—18∶00)，并使用spss軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 森林公園灌木的降溫效果

灌木雖然沒有明顯的主干，不能像喬木一樣可以為游人提供遮蔭，但是它具有抗逆性強、適應性廣的特點，可以進行大面積種植。研究表明，福州國家森林公園的灌木在白天平均降低空氣溫度0.28℃，增加1.28%的相對空氣濕度，提高0.54的人體舒適指數，這說明灌木有助于森林公園微氣候的改善。此外，我們還發現有無自動噴灌系統對灌木叢的降溫效果有顯著的差異。統計結果表明，自動噴灌的灌木叢可降低空氣溫度為0.38℃～0.45℃，而無噴灌的灌木叢僅降低空氣溫度0.17℃～0.22℃。同時，有自動噴灌的灌木叢的相對空氣濕度升高了2.00%～2.05%，改善人體舒適指數0.74～0.83，而無自動噴灌的灌木叢僅增加了空氣濕度0.71%～0.83%，人體舒適指數僅提高0.25～0.52。由此可見，常規的自動噴灌管理讓灌木叢有更好的降溫效果，首先，這可能是由于噴灌的水對灌木叢進行了局部的降溫；其次，定時灌溉有利于灌木叢的生長 (表2)。

表2 福州森林公園不同觀測點灌木叢的降溫效果

2.2 森林公園喬木的降溫效果

喬木是森林公園的骨干綠化樹種，無論在功能上還是景觀美化上都能提供主導作用，例如，它通過蒸騰作用可以冷卻周圍的微環境，茂密的枝葉可以吸收太陽輻射并為游人提供林下遮蔭[13-14]。研究結果表明，福州森林公園的喬木在白天平均降低空氣溫度0.97℃，使空氣濕度增加1.2%，人體舒適性指數改善了1.61，以獲得更舒適的熱環境。此外，喬木的不同空間布局可能對微氣候的降溫效果有所影響，例如叢植和孤植的種植形式。統計結果表明，叢生樹可降低氣溫1.16℃～1.67℃，孤植樹的降溫范圍為0.44℃～0.82℃，樹叢相對濕度提高1.37%～2.26%，人體舒適性指數降低1.22～2.67，而孤植樹僅降低0.77～1.5。研究還發現，與硬質鋪磚相比，林下有草或灌木的叢生樹具有更顯著的降溫效果，這可能是由于喬木與林下層植被的協同效應所致。因此我們鼓勵更多的喬灌草混合種植，增加林分的豐富度。此外，與下午相比，喬木在上午和中午更顯著地降低空氣溫度，增加相對濕度和提高人體熱舒適度 (表3)。

表3 福州森林公園不同觀測點喬木的降溫效果

2.3 森林公園草坪的降溫效果

除了景觀和美學價值外，森林公園的草坪還具有多方面的生態效益，如調節暴雨徑流、緩解熱島效應和作為應急避難等[15-16]。研究表明，福州國家森林公園的草地白天平均比裸露地區冷0.25℃，同時5個草坪平均增加了1.07%的空氣濕度，提高了人體舒適度指數1.00，這意味著部分草地的熱環境得到了改善。此外，在管理方式上是否有自動噴灌，這些草坪的冷卻效果有驚人的差異。統計結果表明，自動噴灌的草坪可降低空氣溫度0.4℃左右，相對濕度升高1.82%～1.99%，改善人體舒適指數0.78～0.8；而無自動噴灌的草坪僅降低空氣溫度0.13%～0.17℃，相對空氣僅增加0.46%～0.58%，人體舒適度的改善也僅為0.33～0.50。因此，對草坪進行常規的自動噴灌管理可以有效地提高冷卻效果，這可能是由于灌溉草的生長狀況優于干草所致。

表4 福州森林公園不同觀測點草坪的降溫效果

2.4 森林公園植被的總體降溫效果

調查結果表明，福州森林公園的喬木、灌木叢和草地對夏季炎熱的微氣候產生了明顯的影響。為了更加舒適的熱環境，它們比裸露地平均一天減少空氣溫度0.25℃～0.97℃，以及增加空氣濕度1.07%～1.28%，提高人體舒適指數0.54～1.61。然而，不同景觀類型之間的冷卻效果存在明顯差異 (圖1)。除蒸騰作用外，福州森林公園的喬木由于其遮蔭功能，能夠比灌木叢和草地達到更好的降溫效應，而灌木叢和草地的常規灌溉能顯著提高相對空氣濕度。

圖1 福州國家森林公園15個觀測點的總體對比

3 結論與討論

本文研究了福州國家森林公園內喬木、灌木叢和草地對夏季微氣候的影響。結果表明，林下有植被覆蓋的喬木比無植被覆蓋的喬木、灌木叢和草地具有更高的降溫效果，而適當的噴灌管理方式可以提高灌木叢和草地的降溫效果。一般來說，植被冷卻效果會受土地覆蓋類型、面積、形狀，甚至灌溉等因素的影響，而森林公園植被對微氣候的積極影響在下午比上午更明顯。因此，森林公園的設計者和管理者應該積極利用喬木、灌木叢和草地的降溫效應來應對城市熱島的挑戰。在設計中使用更多的喬木，并在林下搭配灌木或草本植物，這有助于最大限度地提高森林公園的降溫效果；另外，對灌木叢和草地進行適當的灌溉可以幫助緩解城市的熱島效應。

然而，本次研究存在著2個局限性。1)此次研究是在亞熱帶海洋性季風氣候條件下進行的，其結果不適用于其他氣候特征的森林公園；2)本次研究只是從規劃和管理的角度探討森林公園的喬木、灌木叢和草地的不同降溫效果，忽視了樹種和草種間的差異。針對以上的局限性，我們建議在后續應做進一步的實證研究，以深入闡明森林公園植被對微氣候的影響。