广州市不同类型屋顶绿化小气候效应研究

广州市不同类型的屋顶绿化温湿度日变化初步研究冼丽铧1，刘乾1，陈红跃1*，沈志力2，杨水龙3，鲍海泳1,徐谙为1,覃艺伟1（1.华南农业大学林学院，广州，510642；2.广州市越秀区园林局；3.广东省生态学会屋顶绿化专业委员会，广东玉宇环保科技有限公司）摘要为研究不同类型的屋顶绿化的温湿度日变化，选择了广州市越秀区地毯式、花园式和棚架式和盆花式4种不同的屋顶绿化类型，观测和统计分析了不同绿化形式的屋顶及其不同空间位置的温度和湿度的变化。结果表明，各种类型的屋顶绿化对小气候都产生了显著的效应。其中，地毯式绿化类型植被覆盖度高，降温效果最为明显，温度最低；花园式和棚架式相当，盆花式效果较差，温度较高；各个测定位置的湿度数值则与温度相反，与降温效果一致。综合温湿度结果，4种屋顶绿化类型都产生了不同程度的生态效应，其中地毯式最佳，花园式和棚架式其次，盆花式较差。关键词广州市屋顶绿化温湿度日变化中图分类号:S733/737TheDiurnalVariationResearchofTemperatureandHumidityofDifferentTypesofRoofGreeninginGuangzhouXianLihua1LiuQian1ChenHongyue1*ShenZhili2YangShuilong3BaoHaiyong1XuAnwei1QinYiwei1（1.CollegeofForestry，SouthChinaAgriculturalUniversity，Guangzhou，510642；2.GardenDepartmentofYuexiuDistrict，Guangzhou，510045；3.GreenRoofsProfessionalCommitteeofCantonBionomicsOrganization，Guangzhou，GuangdongYuyuEnvironmentalTechnologyCo.，Ltd，510055）AbstractForthestudyofthediurnalvariationoftemperatureandhumidityofdifferenttypesofroofgreening，4typesofgreenroofsincludingcarpet，garden，frameandpotted-flowerinYuexiuDistrictofGuangzhouCitywereselected.Thetemperatureandhumiditychangesofbothdifferenttypesofgreenroofswiththeirlocationsweresurveyedandanalyzed.Theresultsshowedthatvarioustypesofgreenroofshadasignificanteffectonthemicroclimate.Amongthe4typesofgreenroofs，thecarpetroofgreeningexhibitedthebestcoolingeffectwithhighvegetationcover.Thegardenandframetypeswerenearlythesameexhibitedbettereffectwhilethepotted-flowertypewastheworstofall.Thehumiditymeasuredatalltypesofroofgardenweresignificantlyhigherthanthatoftheexposedroof.Humidityeffectswererankedasfollows：carpet＞gardenandframe＞potted-flower.Ingeneral，4typesofroofgreeninghaddifferentdegreesofecologicaleffect.Amongthem，carpetwasthebest.Gardenandframetypeswerethesecondary，whilepotted-flowerwasthepoorest.KeywordsGuangzhouCity，roofgreening，temperatureandhumidity，diurnalvariation基金项目：广州市越秀区绿化委员会办公室资助项目“越秀区屋顶绿化效益初步评价”，编号：4400-H07040。作者简介：冼丽铧，女(1987—)，硕士研究生，研究方向为森林培育、园林绿化，Email:xianlhua@*通讯作者，陈红跃，生态学博士，教授，E-mail：chenhongyuetz@126.com屋顶绿化可以广泛地理解为在各类建筑物、构筑物、城围、桥梁等的天台、露台、阳台或大型人工假山山体上进行造园，种植树木花草的统称[1-3]。它与露地造园和植物种植的最大区别在于把植物种植于人工的建筑物或者构筑物之上，种植土壤不与大地土壤相连。屋顶绿化的分类方法很多，总的来说可以分成两大类，分别有简单式屋顶绿化和花园式屋顶绿化即屋顶花园[3-6]。其中按照屋顶绿化的绿化布局形式、高度、空间位置、使用功能、屋面承载力等均有不同分类，如按绿化布局形式，可分为4种类型：地毯式、摆盆花式、棚架式和园林式[7]。随着国民生活水平的提高，人们对工作和居住环境提出了更高的要求。目前，在世界各大城市，都流行把自己的城市建设成为生态城市、山水城市，其中增加绿地面积是主要内容。然而，当今在城市里水平方向发展绿地已越来越困难，许多城市的可绿化面积越来越少，在寸土寸金的市中心区，这种矛盾更加凸显。这就使得人们想方设法寻找新的出路，因而向不占用土地的立体化空间绿化——即向建筑物的屋顶绿化和垂直绿化方向发展，自然而然成为了人们追求的目标，特别是屋顶绿化方向，已成为全世界绿色运动的一部分。屋顶绿化不但为城市居民提供了一个休憩的舒适场所，还是保护生态环境、调节小气候、净化空气、提高绿化覆盖率、降低热岛效应的一个重要措施，更是美化城市、活跃景观的一种良好方式。此外，它还有保护建筑物，减少日光辐射，降低室内环境温度与湿度，减缓天台风速等作用[8-10]。本研究以广州市越秀区的屋顶绿化为研究对象，对不同屋顶绿化类型及其不同空间位置的温度和湿度进行了观测，为屋顶绿化的生态小气候效应研究提供基础数据，为我国亚热带地区屋顶绿化隔热节能相应研究提供参考依据。1材料与方法1.1研究地点概况 研究地点设在广州市越秀区广卫街都府社区，广卫街位于越秀区中部偏东，面积0.79km2，设有14个社区居民委员会，分东西南北4个片，都府社区位于北片。广卫街有居民15402户，共44838人，包括汉、满、蒙古、回、壮、瑶、白、黎、苗、仫、朝鲜等11个民族。研究共选择了4座楼（为混凝土平屋顶），包括花园式、棚架式、地毯式、盆花式4类不同的屋顶绿化类型，选择未绿化的裸屋顶作为对照（表1）。4座楼的基本情况如表表1越秀区屋顶绿化试验楼房的基本情况街道社区楼房名称楼房性质建成时间绿化类型生长情况管理情况广卫街都府社区区妇幼保健医院单位2005年花园式良好专人管理广卫街都府社区越秀区卫生局单位2006年棚架式良好专人管理广卫街都府社区都府社区8号家属楼私人住户2006年地毯式良好专人管理广卫街都府社区都府小学教师宿舍私人住户2003年盆花式一般私人管理广卫街都府社区都府小学教师宿舍私人住户2003年裸屋顶------私人管理1.2测定方法分别在4座楼顶楼的4个高度测量温度、相对湿度：包括高出屋面1.5m处、低层植物顶端处、紧贴屋面（指屋顶地面处）以及最顶层楼层的室内（室内离地面1.5m处），从9：30时至16：30时，每小时记录一次温、湿度值。每种绿化类型（包括裸屋顶）、每个不同位置的温湿度测定均为3次重复；光照强度选择在花园式和棚架式两个点进行测量，每个时段连续测量5试验测定在2007年9月进行，属于多云间晴天气，大气温度28～33℃，空气湿度50％～80％。所选的测试点周围没有遮荫，太阳可以直射。测量使用的仪器主要有DWS508C型温、湿度计（温度测量精度0.1℃，湿度测量精度0.1％RH）和光照照度计ZDS-10。2结果与分析2.1当天的光照强度日变化测量的当天为多云间晴天气，所以光照显示有一点不规则的变化，但总体趋势还是比较规则的，具体变化情况见图1。由图1可以看出，光照强度最高值出现在中午13：00左右。图1光照强度日变化折线图2.2各类型屋顶绿化不同位置温湿度的日变化温湿度是反映屋顶绿化水热效应的重要指标，其日变化反映了不同类型绿化对大气温湿度反应的不同机制。绿化类型不同，其不同位置温湿度的日变化不同。2.2.1裸露屋顶每种屋顶绿化都描述气温走向曲线，有何意义？与对照相比？各类型只是气温最高峰时间不太一致，又说明什么？不同位置的温湿度日变化由图2可以看出，低层植物顶端处和1.5m处温度变化平稳，趋势一致，在14：30时左右出现最大值后趋于缓和；紧贴屋面处温度则从上午11：00时开始变化剧烈，一直到测试结束16：30时都持续出现高温状态，最高温达到39.9每种屋顶绿化都描述气温走向曲线，有何意义？与对照相比？各类型只是气温最高峰时间不太一致，又说明什么？图2裸露屋顶不同位置温湿度日变化图裸露屋顶的室内和1.5m处湿度变化趋势基本相同，湿度保持在50~60%，，紧贴屋面处则变化幅度大，中午12：30时以后开始下降并保持20%的低水平20%是低水平（图2），这说明裸屋顶的保湿效果不明显。结论不严谨20%是低水平结论不严谨2.2.2花园式屋顶绿化类型不同位置的温湿低层植物顶端和1.5m处的平均温度高于紧贴屋面和室内（图3）。）。总体看，相对于裸露屋顶，花园式的屋顶降温有一定效果室内温度最低就有降温效果？屋顶绿化起到降温作用的标准是？。花园式屋顶绿化不同位置的温度日变化趋势是基本相同的；最高温的时段一般在14：30时左右，比光照最强的时段迟一个小时左右；1.5m处和低层植物顶端处温度差别不大，紧贴屋面处温度稍低；室内最低，平均降温室内温度最低就有降温效果？屋顶绿化起到降温作用的标准是？图3花园式屋顶绿化不同位置温湿度日变化图花园式屋顶绿化类型不同位置高度的湿度日变化规律是相同的，14：30时左右最低，之后有缓慢上升趋势；紧贴屋面处湿度最高，低层植物顶端处次之，1.5m处和室内湿度最低（图3），其原因可能是屋顶植物的蒸腾等作用导致的跟土壤，屋顶散热吸热没关系？下同。跟土壤，屋顶散热吸热没关系？下同2.2.3棚架式屋顶绿化类型不同位置的温9：30时至13：30时，各处气温平稳上升，至13：30时左右出现最大值，之后时段气温变化比较平稳；1.5m处气温最高，低层植物顶端和紧贴屋面处的温度在各个时段都相差不大，室内平均温度最低；室内平均温度比室外的1.5m处棚架式屋顶绿化类型不同高度位置的湿度日变化规律和花园式很相近，14：30时左右最低，之后有缓慢上升趋势；紧贴屋面处湿度最高，低层植物顶端处次之，1.5m处和室内湿度最低（图5），同样是屋顶植物的光合作用和蒸腾作用增加了2.2.4地毯式屋顶绿化类型不同位置的温9：30时至13：30时，各处气温平稳上升，至14：30时左右出现最大值，之后时段气温变化比较平稳；1.5m处气温最高，低层植物顶端处次之，紧贴屋面处的温度较低，室内平均温度最低；室内平均温度比室外的1.5m在地毯式屋顶绿化中，紧贴屋面处的湿度最高，低层植物顶端处次之，然后是室内和1.5m处；地毯式屋顶绿化的植被覆盖度很高，植物的光合作用和蒸腾作用更加明显，因此所以地毯式屋顶绿化的紧贴屋面处和低层植物顶端处的湿度明显高于室内和1.5图4棚架式屋顶绿化不同位置温湿度日变化图图5地毯式屋顶绿化不同位置温湿度日变化图2.2.5盆花式屋顶绿化类型不同位置的温9：30时至13：30时，各处气温平稳上升，至14：30时左右出现最大值，之后时段气温变化比较平稳；紧贴屋面处气温最高，低层植物顶端处次之，1.5m处的温度较低（图6），室内平均温度最低，由于盆花式绿化对屋面的覆盖度不高，太阳辐射可以直接到达射到屋面，所以紧贴屋面处的温度最高，低层植物顶端处次之，都高于1.5m处的温度；室内平均温度比1.5m处低1.3℃；紧贴屋面处和裸屋顶的最大温差达到2.8℃，降了7.7%是否列出百分比更具说服力，“升温很剧烈”？图6盆花式屋顶绿化不同位置温湿度日变化图盆花式屋顶绿化中，1.5m处和室内的湿度变化规律和大小数值相近；由于盆花式植被覆盖度低，太阳直射屋面，所以紧贴屋面处的湿度变化明显显著，最低仅为20％，接近裸屋顶的湿度（图6），受此影响，低层植物顶端处的湿度也很低，并且其变化趋势和紧贴屋面处基本一致？。？2.2.6各类型屋顶绿化温湿度日变化从上述结果可以看出：（1）不同类型屋顶绿化温度日变化趋势基本一致，但湿度变化差异较大。这是由于植物体量不同，其蒸腾量不同导致的；。（2）不同类型屋顶绿化温湿度高峰出现的时间有所不同。如室内温度，棚架式出现较早，花园式、地毯式和盆花式则均在14:30时出现高峰，裸露屋顶则在15:30时出现高峰。2.3不同类型屋顶绿化的温湿度差异由于不同绿化类型屋顶覆盖植物种类不同温湿度差异原因不只是植物种类，还有土壤，种植方式等，以及种植方式及土壤的厚度的差异等原因，其温湿度存在着明显差异，具体结果如表2所示。裸露屋顶的温度最高，其中紧贴屋面处高达36.5℃，地毯式屋顶绿化的温度最低，仅有30.7℃，相对于裸露屋顶的降了2.8℃，降温效果明显；裸露屋顶相对湿度最低，其中紧贴屋面处只有27.6%，地毯式的相对湿度最高，为74.9%，其次是花园式和棚架式。综合比较，不同类型屋顶绿化的温度是裸屋顶＞盆花式顺序颠倒？＞花园式、棚架式＞地毯式，湿度大小顺序为地毯式＞花园式＞棚架式＞盆花式＞温湿度差异原因不只是植物种类，还有土壤，种植方式等顺序颠倒？表2不同类型屋顶绿化平均温湿度指标位置裸屋顶花园式棚架式地毯式盆花式温度(℃)1.5米32.5±0.531.9±0.531.8±0.431.6±0.432.0±0.5低层植物顶端--32.0±0.431.7±0.531.0±0.632.1±0.5紧贴屋面36.5±1.231.6±0.331.7±0.330.7±0.633.7±0.6室内31.5±0.430.6±0.330.7±0.329.6±0.430.7±0.3平均值±标准误差33.5±1.331.5±0.331.5±0.330.7±0.432.2±0.6相对湿度（%）1.5米52.2±0.764.4±1.464.8±1.463.1±1.654.0±0.9低层植物顶端--71.0±0.667.6±1.271.4±0.644.2±3.3紧贴屋面27.6±4.574.4±0.967.8±1.374.9±0.836.7±3.9室内54.6±1.564.6±1.265.6±1.166.3±0.955.3±1.6平均值±标准误差44.8±7.568.6±2.566.4±0.768.9±2.647.5±4.43结论与讨论3.1植被屋面对环境的降温作用明显，而且以晴天最明显。同时，不同结构和覆盖层的屋面，其降温效果是不同的。本研究表明，绿化屋面与裸屋面相比，其表面温度比裸屋面低，并且随着植物覆盖方式的不同，其降温效应也有差异？。总结本研究结果可知，在4种不同的绿化类型中，地毯式绿化类型因植被覆盖度高，覆盖均匀，其降温效果最为明显，花园式和棚架式相当，而盆花式则较差。？3.2植物的蒸腾作用需要蒸发大量水分，在降低周围环境温度的同时也增加了空气中的相对湿度。本研究中有绿化的屋面在各个位置处的湿度都明显高于裸屋面，但是由于各种绿化类型所选用的植物种类、方式不同，在增加空气湿度方面的效果也不相同。总体看，地毯式最好，花园式和棚架式相当，盆花式较差，和降温的规律基本一致。3.3屋顶绿化隔热效应在城市节能减排上有重要意义。节约能源是国家一直提倡的政策，尽管只有1℃之差，但是意义重大。以1台1.5匹的分体式空调机为例，如果温度提高1℃，按照每天运行10h计算的话，可以节能0.5kW·h电，而调高1℃室温，人们所能感受到的舒适度并不会降低。广州夏季开空调时间为3～4个月，按照100d计算，每户屋顶绿化的受益者将节省503.4几种屋顶绿化类型都产生了显著的降温隔热效应，其中地毯式最佳，花园式和棚架式相当，盆花式较差。地毯式具有覆盖率高、建造成本低、维护简单、安全等特点，更为突出的是，其降温隔热效应最好，所以是值得大力推广应用的一种屋顶绿化类型。参考文献[1]