城市绿地改善小气候的功能和程度研究

2022-09-12

城市化是人类发展的必然趋势, 大量的人口涌入并定居在城市, 城市的人地关系处于高度紧张的状态, 很多城市的环境状况逐渐恶化。在城市带给人类便捷的生活和丰富的信息的同时, 城市居民也不断的面对脆弱的城市生态所带来的一系列问题。在我国, 大多数城市都要面临夏季酷暑的考验, 空调的大量的使用造成城市耗能不断增加, 进而使得一些城市实行限电政策。然而空调制冷仅仅是改善了室内的气温状况, 空调自身所排的能量大都还在城市区域滞留, 使户外环境的高温加剧, 电能从而以另一种形式聚集到城市。

1 城市小气候定义及特点

1.1 城市小气候的定义

小气候 (Microclimate) 也称微气候, 是指由于下垫面的某些构造特征所引起的近地面大气中和上层土壤中的小范围气候。L.J.Batten认为小气候主要是指从地面到十几米至100米高度空间内的气候, 通过改变地形和下垫面性质等方法, 可以改变局地的小气候特征。小气候区域是众多物种包括人类生存的主要空间, 其条件会对人类的生产生活等行为活动产生重要的影响。而城市范围内的小气候是直接对其中生活的广大城市居民施加影响的, 其受影响的强度要比乡村郊县大, 主要是针对整体社会的生产和生活中最重要、最核心的区域和部位。

1.2 城市环境状况与城市小气候的特点

城市环境状况是形成城市小气候的基础, 总结具有以下特征。

(1) 城市下垫面由无数的建筑物, 街道以及硬质铺装地面组成, 它们具有独特的热力特性。 (2) 城市中不同高度的建筑物形成特殊的祖糙面, 对气流运动、湍流扩散影响很大。 (3) 城市工业和采暖设备能提供相当数量的人工能源, 夏季空调制冷以及汽车等交通工具的能耗也较大。 (4) 城市有良好的排水设备, 下水道, 及时清除积雪, 使蒸发耗热量大大降低, 但在强降雨的短时间会出现较强的径流。 (5) 城市排放大量固体、液态和气态污染物质, 其中有80%的物质将在空中停留数日。

结合城市环境状况的特征, 因此城市小气候的主要特点有以下几点。

(1) 城市的辐射和光照状况:城市的辐射和光照受空气污染物的影响, 这些污染物增加了大气混浊度, 减少了到达城市地面上的太阳辐射;市区的散射辐射也被削弱, 但不如太阳直接辐射明显;市区的日照时数、照度都有所减少。 (2) 城内的温度状况:城市的温度状况是城市小气候的另一个重要特点, 即存在所谓“热岛”效应。这是因为城市上空的污染物增加了大气逆辐射, 减小了有效辐射而具有保温作用;城市下垫面的蒸发耗热少, 获得的净辐射主要用于加热空气;市区风速小, 减少了热量的水平输送;城市人工热源的加热作用;以及生物体的热交换等。 (3) 城市的风状况:当空气流经城市时, 因受建筑物的阻碍, 在迎风面一部分气流被迫上升, 在城市上空风速增大, 乱流加强。

2 城市绿地改善城市小气候功能研究

2.1 调节小气候作用

(1) 调节气温作用。

由于乔灌木的树冠阻挡, 吸收和反射太阳辐射, 植被的蒸腾吸收了一些热量, 以及乔灌草枝叶阻挡空气快速流通作用, 缓和了气温的日变化, 缩小了日振幅, 所以可形成较好的绿地小气候环境。绿化地区的小气候较为稳定, 温差较小, 绿地的平均温度及最高温度均比无绿化的地方低, 而最低温度则较高。

(2) 增加湿度作用。

植物从土壤吸收大量水分, 叶片在生长季节进行大量的蒸腾作用, 挥发大量了水分, 占从根部吸进水分的99.8%。单株大树在一天可蒸发450L水, 转移了可提高空气温度的230000kcal (lcal=4.1858J) 的能量相当于5个空调共同运作19h, 这样就提高了空气湿度。

(3) 通风防风。

林带可以降低风速, 减轻风害, 发挥防护作用。一条宽30米的防护林带可以使20~25倍树高距离内的风速降低至10%~50%。城市带状绿地, 包括城市道路与滨水绿地是城市绿色的通风渠道, 特别是当带状绿地的方向与夏季主导风向一致的情况——可以将城市郊区的气流趁着风势引入城市中心地区, 为炎热的城市通风创造良好条件。

2.2 缓解“城市热岛”效应的作用

“城市热岛”是指城市区域温度高于城市郊区和农村的现象, 它是城市区域的特有气候特征。城市“热岛效应” (Urban Heat Island Effect) 主要是由于城市下垫面性质的改变和城市中大量热量集中排放而造成的, 另外城市建筑物以及污染气体的排放使得热量在城市区域积聚, 也促使了“热岛效应”的产生。绿地的减少是造成城市“热岛效应”的主要原因。很多研究显示, 城市绿地格局可以影响城市热岛的分布, 增加绿地可以减弱热岛效应。

2.3 城市绿地的间接节能效应

城市绿地对太阳辐射的遮蔽, 反射作用, 自身生理的蒸腾和树冠对气流的阻挡作用都对小气候的稳定产生积极的影响。美国学者H.Akbari等在“冷屋顶”和遮荫树对节能和改善空气质量的研究中提出了可行的策略方法 (见图1) , 认为“冷屋顶”和遮荫树可以降低能耗, 在很大程度上可以减少对臭氧层的破坏, 在节能减排方面也可以起到促进作用。

因此城市绿地改善小气候效应是从直接和间接两方面进行的, 它通过多种途径来改善城市的生态环境, 对城市的长期可持续发展具有良好的促进作用, 是发挥城市功能的不可或缺的重要的生态保障部分。

摘要：本文基于笔者多年从事环境影响评价和环境监测的相关工作经验, 以城市绿地与城市小气候的相关关系为研究对象, 深度探讨了城市绿地改善小气候的功能和程度, 论文首先分析了城市小气候的定义和特点, 而后详细论述了城市绿地改善小气候的三项功能, 最后研究探讨了城市绿地规模和密度与城市小气候的相关关系, 全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：城市绿地,小气候,功能,密度