拉薩地區夏季喬木形態指標對室外熱環境影響的實驗研究

孫辰

（西南交通大學建筑與設計學院，四川成都 610000）

1 研究背景

在城市化進程中產生的熱島效應的條件下使得綠化對室外熱環境的影響研究至關重要，“城市熱島”最早由Howard[1]在1918年提出。在夏季，熱島效應會引起城市中心溫度變高，降低室外舒適度[2]。拉薩地區有著太陽輻射強烈晝夜溫差大的氣候特點，年日照時數在3000h以上[3]。冬季寒冷決定了人們對室外熱環境獨特的客觀需求，基于拉薩處于高海拔地區獨特的氣候條件背景下，拉薩地區居民有著獨特的生活習慣和生活方式，當地居民有著跳鍋莊舞的習俗，白天室外活動量大。最后拉薩地區存在這喬木種植策略不合理的情況。在拉薩高海拔地區氣候條件背景下，將其他南方地區喬木綠化種植策略應用于拉薩地區種植是不可行的，需進一步研究其喬木植物的生物特性。

2 國內外研究現狀

樹木實現環境微氣候的調節作用主要為以下3個途徑：①喬木冠層對于太陽輻射的遮擋。②喬木冠層產生的蒸騰作用有著對空氣加濕的作用。③喬木冠層對于空氣流動有著遮擋效果。

林波榮[4]采用數值模擬和實地測量的方法，研究了不同綠化形式對室外熱環境的影響。Parker[5]利用實地測量的方法，得出了葉面積指數與折光率呈線性關系，強調了喬木的葉面積指數在影響建筑室外熱環境時的關鍵性作用。Shinzato[6]通過實測數據發現，樹木最高可降低城市空氣溫度4℃和地表溫度20℃。合理的樹木種植方式可以提升室外活動行人的熱舒適條件。王琪[7]通過對西安地區常見的喬木進行實測與微氣候分析，提出了適合西安當地的喬木種植策略。通過以往的研究發現，關于綠化對室外熱環境及熱舒適研究的開展，在我國的夏熱冬冷地區、夏熱冬暖地區、寒冷地區等城市已有研究成果和針對特定氣候區的設計策略，然而，在寒冷地區的高海拔城市，此方面的研究較少。對于室外熱環境舒適度的研究需要針對特定城市和特定氣候展開探討，以此制定的改善措施和設計指導才更加科學有效，因此這對于完善特殊氣候區綠化對室外熱環境及熱舒適的影響研究成果具有現實意義。

3 研究地點與實驗方法

本文實驗以測試拉薩地區常見城市綠化喬木的物理形態指標及其對熱環境的影響為主，即喬木葉面積指數、冠幅、樹高對風速、溫濕度及太陽輻射量影響的測試。實驗地點選定為為羅布林卡公園的喬木進行測試。通過控制變量法分析不同喬木物理形態指標之間對周圍熱環境影響差異的大小。

3.1 實驗地點概況

羅布林卡公園位于西藏拉薩西郊，始建于18世紀40年代，羅布林卡公園遠離城市中心，受城市熱島效應與環境污染的干擾較小，該公園內存在大量拉薩地區常用綠化喬木樹種，是理想的試驗基地，如圖1所示。

圖1 測試地點羅布林卡

3.2 測試對象選取

根據實驗要求，被選樹種為拉薩市常見的城市綠化樹種，同時要求每個測試樹種為不同樹形、未被修剪、樹齡較長、冠形完整的成年喬木。為避免與其他喬木在測試中產生交叉影響，選取的測試喬木為在周圍無遮擋情況下的單株喬木。考察拉薩市栽種最為廣泛的綠化喬木，決定選擇左旋柳、垂柳、榆樹這三種喬木作為實驗對象。選取的喬木測量具體喬木形態指標，如表1所示。

表1 喬木形態指標

3.3 測試儀器及測點布置介紹

在羅布林卡附近選定好要測量的喬木，確定位置，做好實驗前的準備工作。

對選定的喬木進行測點布置，每株喬木布置2個測點。距離地面處水平1.5m布置2個測點，測點1和測點2分別位于樹蔭中心區域以及樹蔭外。溫濕度自計儀、風速儀器、黑球溫度計每15min記錄一次數據，地面溫度和喬木形成的陰影面積和形狀每1h記錄一次。選用的儀器為RR002溫濕度自記儀、TSI9545A風速儀、TBQ-2太陽輻射儀、手持便攜式溫度槍，以上儀器均15min記錄一次。

4 喬木物理形態指標對比分析

4.1 喬木樹干高度對比影響分析

從理論上講，在無遮擋的條件下，不考慮風向變化，近地面高處的風速要大于低處，這是由于受到地表摩擦的作用，接近地表的風速隨著離地面距離的減小而降低。高桿喬木分枝較高，對風速阻礙作用小，低桿喬木分枝較低，對風速阻礙較大，一般情況下高桿喬木下的風速要大于低桿喬木，將3號喬木垂柳樹高10m與1號喬木左旋柳樹高6.12m風速對比分析，可以看出高桿垂柳風速在全天候的條件下要大于低稈垂柳風速，以測試的風速為例，最大風速出現在16:00，此時高桿的垂柳風速大于低稈的左旋柳風速127%，可以看出兩組數據中，均是高桿的喬木基本在全天候的微氣候下1.5m高度出風速要大于低稈的喬木，由于1.5m高度處正好屬于人體活動范圍的高度，因喬木高度引起的風速變化，對人體熱舒適帶來的影響是十分重要的。

4.2 葉面積指數LAI對比分析

我們知道，近地面的空氣溫度不是完全直接來自太陽輻射，部分是來自地面熱輻射，不同地表對溫度的影響也不同，所以為了控制下墊面的變量，實驗在對比喬木LAI對太陽輻射的影響時兩天選取了相同的下墊面分別是草坪和硬質鋪面，所以只需比較實際測量的溫度即可。喬木有良好的遮陽降溫作用，對相同高度、相似冠形的喬木來說，LAI值大的喬木枝葉茂密，對太陽輻射有一定的遮擋，庇蔭效果好，故對其冠層周圍溫度的影響要大于值小的喬木。而無遮擋的空地溫度則相對較高。對比4號榆樹LAI值為2.88和5號LAI值1.76的榆樹，各測點溫、濕度數據，從溫度變化中可以看出，一天中溫度最高的時刻出現在15:00，最高空氣溫度因太陽輻射的影響達到了32.31℃，此時LAI值2.88的喬木樹下1.5m處空氣溫度為23.18℃，空氣溫度降幅為27.64%，LAI值為1.76的喬木樹下1.5m處空氣溫度為26.13℃，空氣溫度降幅為19.12%。

從濕度變化可以看出，在空氣溫度最高的15:00時，空氣濕度為34%，此時LAI值2.88的喬木樹下1.5m處空氣濕度為59%，濕度增幅為42%，LAI值2.88的喬木樹下1.5m處空氣濕度為46%，濕度增幅為26%。

從溫濕度的變化中可以看出，在其他條件近似的情況下，LAI值越大，喬木下方透過的太陽輻射越少導致溫度降低越明顯，同時喬木下方的空氣濕度與喬木LAI值的大小有著密切聯系，LAI值越大，受植物蒸騰作用的影響，喬木空氣濕度增幅越明顯。

4.3 喬木冠幅大小對空氣濕度的影響

在其他喬木樹高、LAI值大小條件近似的情況下，喬木的冠幅越大，表明喬木所生長的葉片越多，受蒸騰作用的影響，喬木下方的濕度增幅應該是越大的，此處對比3號喬木垂柳和2號喬木左旋柳，兩者的喬木冠幅分別為10.69m和6.9m，在冠幅大小對空氣濕度影響的比對當中，可以看出在空氣濕度的變化中，空氣濕度受冠幅大小的影響較小，空氣濕度主要受葉面積指數大小的影響，受冠幅大小的影響稍弱，冠幅大小更多影響的是喬木下方形成的溫濕度場的穩定性。具體測試數據，如表2所示。

表2 不同喬木的空氣濕度對比 單位：%

4.4 樹冠形狀對熱環境的影響

不同冠形的投影面積不同，分析測試對象的樹冠陰影面積隨，比較最大遮陽面積，測量數據及利用面積計算公式得到結果，如表3所示。

表3 不同喬木冠幅大小下陰影面積對比

由于早晨和傍晚太陽高度角較小，樹冠投影長，故陰影面積較大正午的太陽高度角最大，樹冠投影基本趨于正投影，故陰影面積較小。由表3可以看出，被測對象中左旋柳的投影面積較大，其最熱時投影面積為253m2、接下來依次是垂柳，其投影面積峰值為251m2。陰影面積能夠反映某類樹種的遮陽效果，覆蓋面積越大，影響的范圍就越大。對于高桿喬木垂柳和左旋柳來說，其樹冠遮陽面積遠遠大于低桿榆樹，所以高桿喬木對室外熱環境的累積影響要強于低桿喬木。

5 結語

本文從實測的角度調研了拉薩當地常用綠化喬木對室外熱環境的微氣候參數影響，通過分析實測數據得出了以下結論。

（1）影響室外熱環境微氣候參數最大的喬木物理形態指標為葉面積指數，LAI值越大，在夏季對于拉薩地區的降溫增濕效果越明顯，結合拉薩當地的氣候條件這點是極為重要的考量指標。

（2）在拉薩地區喬木冠幅對與室外熱環境下空氣溫濕度的影響變化不大，其更為重要的作用是保證喬木下方微氣候參數的穩定性。

（3）喬木的高度對風速的影響呈正相關的趨勢，更高的喬木在夏季可以提升喬木下行人休息時的風速情況，從而提升舒適度。

（4）拉薩地區本土喬木在夏季對熱環境改善作用的表現要高于普通喬木。

在拉薩地區的喬木種植當中，應選取葉面積指數LAI值較大，同時樹高更高的喬木樹種，同時在條件允許的情況下選取拉薩地區本土的樹種在夏季更能提升建筑室外熱環境的微氣候參數，從而提升舒適度。