第一篇　總論

第一章　影響城市園林樹種生長的環境條件

第一節　城市溫度變化特點對園林樹種生長的影響

一、城市溫度變化特點

（一）城市中的熱量平衡

城市特殊的地表能吸收和儲存大量的太陽能。

首先，城市下墊面對太陽輻射的反射率比鄉村小（一般小10%～30%），而且城市下墊面的混凝土、瀝青、磚瓦、石料及鋼材等的熱容量大，熱導率比自然地面高，白天可大量儲存太陽熱量，然后再通過長波輻射使近地表的氣溫迅速升高。

其次，城市的高層建筑物增加了接受太陽輻射的表面積，致使其吸收的熱量比鄉村多。另外，城市建筑密集，街道和庭院中的“天穹可見度”比開闊郊外小得多，地面長波輻射熱量在墻壁、地面間多次反射，從而使地面向空中散失的熱量減少。

同時，城市中的人為活動可以增加熱量來源。如城市中的生產單位的生產活動會產生大量的熱量；在高緯度地區，冬季的取暖將釋放大量的熱量；城市中車輛的運行也產生大量熱量。上述熱量來源有時可能會超過太陽輻射所提供的熱量。據測定，莫斯科冬季取暖所散發的熱量約是太陽輻射熱量的3倍。

而且，由于城市特殊的地面，植被所占面積相對較少，不透水面積較大，自然降水相當一部分通過下水道排走（據統計，城市中的水分約有1/3通過下水道流走），致使通過蒸騰或蒸發消耗熱量的水分大大減少，相應地就使城市的熱量有所增加。

最后，城市空氣中存在的大量污染物也是導致城市中熱量增多的重要原因。規劃不合理或污染控制措施不當的城市，空氣污染嚴重，污染物對地面長波輻射的吸收和反射能力很強，致使城市獲得的熱量比農村多。

通過以上原因可以看出，城市地區的熱量要比鄉村多一些。

（二）溫度變化規律

1.溫度在空間上的變化

地球表面上各地的溫度條件隨所處的緯度、海拔高度、地形和海陸分布等條件的不同而有很大變化。隨著緯度增高，太陽高度角減小，太陽輻射量隨之減少，溫度也逐漸降低。一般緯度每增高1°（約111千米），年平均溫度下降0.5～0.7℃（1月為0.7℃，6月為0.3℃）。我國領土遼闊，最南端為北緯3.59'，最北端為北緯53°32'，南北緯度相差49°33'，因此，我國南北各地的太陽輻射量相差很大。

溫度還隨海拔高度而發生規律性的變化。隨著海拔升高，雖然太陽輻射增強，但由于大氣層變薄，大氣密度下降，保溫作用差，因此溫度下降。一般海拔每升高1000米，氣溫下降5.5℃。北京市海拔52.3米，年均溫11.8℃，最冷月均溫-4.8℃；而處于相同緯度的五臺山，海拔2894米，年均溫-4.2℃，最冷月均溫-19℃。

溫度與坡向也有密切的關系。北半球南坡接受的太陽輻射最多，空氣和土壤溫度都比北坡高，但土壤溫度一般西南坡比南坡更高，這是因為西南坡蒸發耗熱較少，熱量多用于土壤、空氣增溫，所以南坡多生長陽性喜暖耐旱植物，北坡更適宜耐陰喜濕植物生長。

封閉谷地和盆地的溫度變化有其獨特的規律。以山谷為例，由于谷中白天受熱強烈，再加上地形封閉，熱空氣不易輸出，所以白天谷中氣溫遠較周圍山地為高，如河谷城市南京、武漢、重慶為我國三大“火爐”城市。在夜間，地面輻射冷卻，近地面形成一層冷空氣，冷空氣密度較大，順山坡向下沉降聚于谷底，而將暖空氣抬高至一定高度，形成氣溫下低上高的逆溫現象。在晴朗無風、空氣干燥的夜晚，這種輻射逆溫最易形成。在城市地區，混凝土與瀝青下墊面冷卻較快，常易形成逆溫層。由于逆溫層的形成，空氣交流極弱，熱量、水分不易擴散，易形成悶熱天氣，此外由于大氣污染物的積累，常會加劇大氣污染的危害程度。

2.溫度在時間上的變化

根據一年中氣候寒暖、晝夜長短的節律變化，我國大部分地區可分春、夏、秋、冬四季，一般冬季候（5天為一候）平均氣溫低于10℃，春、秋季候氣溫在10～22℃之間，夏季候平均氣溫高于22℃。我國大部分地區位于亞熱帶和溫帶，一般是春季氣候溫暖，晝夜長短相差不大；夏季炎熱，晝長夜短；秋季和春季相似；冬季則寒冷，晝短夜長。但由于各地所處位置及氣候條件不同，四季長短及開始日期有很大差異。

溫度的晝夜變化也是很有規律的。一般氣溫的最低值出現在凌晨日出前。日出以后，氣溫上升，在13：00～14：00達最高值，以后開始持續下降，一直到日出前為止。晝夜溫差（日較差）一般隨緯度的增加而減小。

（三）城市熱島效應

1.城市熱島效應的概念

城市熱島（urban heat island）是城市化氣候效應的主要特征之一。一般把城市氣溫高于四周郊區氣溫的現象稱為“城市熱島效應”（urban heat t island effect），有時也統稱為“城市熱島”。城市熱島最早見于科學記載的，是1818年英國出版的《倫敦氣候》。作者L·赫華德在城市氣候的兩大發現中指出：倫敦市中心氣溫比郊外高（月高0.5～1.2℃）；城鄉溫差夜間比白天大。

城市的熱島效應普遍且明顯。我國曾觀測到的最大城鄉溫差（城市熱島強度），上海是6.8℃（1979年11月13日20時），北京是9.0℃（1966年2月22日清晨）。世界上熱島最強的是中高緯度的大中城市，如加拿大的溫哥華11℃（1972年7月4日）、德國柏林13.3℃。位于北極圈附近的美國阿拉斯加首府費爾班克斯市曾達14℃。

2.城市熱島效應形成的主要原因

①城市下墊面的反射率比郊區小。城市綠地面積比郊區小，街道、建筑物等大量使用磚石、水泥、瀝青、硅酸鹽等建筑材料，這些建筑材料的反射率比植被低，特別是深色屋頂和墻面等反射率更低。并且由于建筑物密度大，形成一個立體下墊面，太陽輻射經墻壁、屋頂、路面等之間多次反射吸收，最終被反射的能量減小。

②城市下墊面建筑材料的熱容量、熱導率比郊區森林、草地、農田組成的下墊面要大得多，白天吸收積聚大量的輻射熱，使地面溫度上升，如瀝青路面溫度最高時達51℃，城市下墊面的溫度遠高于郊區，因而通過長波輻射提供給大氣的熱量比郊區多。

③城市大氣中二氧化碳和空氣污染物含量高，形成覆蓋層，對地面長波輻射有強烈的吸收作用，空氣逆輻射也大于郊區，減少了熱量的散失。

④城市內各種燃燒過程和人類活動產生的熱量可能接近甚至超過太陽的輻射熱量。

⑤城市中建筑物密集，通風不良，不利于熱量的擴散，加上城市地面透水面積較大，排水系統發達，地面蒸發量小，同時植被較少，使得通過水分蒸騰、蒸發消耗熱量的作用大大減小，這些也是引起熱島效應的重要因素。

3.城市熱島效應帶來的后果

城市熱島效應是一種中小尺度的氣象現象，它受大尺度天氣形勢的影響，當天氣形勢在穩定的高壓控制下，氣壓梯度小，微風或無風，天氣晴朗無云或少云，有下沉逆溫時，易產生熱島效應。如在我國長江中下游沿線，由于地球行風的影響，形成副熱帶高壓帶，因此重慶、武漢和南京三大“火爐”城市都分布在該地區。

城市熱島效應強度還因地區而異，它與城市規模、人口密度、建筑密度、城市布局、附近的自然環境有關。在城市人口密度大、建筑密度大、人為釋放熱量多的市區，形成高溫中心。城市中的植被和水體增溫緩和，可以降低熱島強度，因此在有植被和水體的地方形成低溫帶。中小城市的熱島效應較弱。熱島效應還與季節有關，在一年當中，一般秋、冬季城市的熱島效應較強，而夏季較小。特別是在北方城市，由于冬天取暖，人為散發熱量大大增加，也增加了城市熱島效應。如天津市區與郊區年均溫差為1.0℃，秋季為0.9℃，春季為0.4℃，而在冬季溫差最高可達5.3℃。城市的熱島效應常會使城市春天來得較早，秋季結束較晚，城區的無霜期延長，極端低溫趨向緩和，但原本有利于樹木的生長的條件會由于溫度過高、濕度降低而喪失。

二、溫度與城市園林樹木配置特點

在地球表面植物種的分布與溫度條件有密切的關系，一方面與年平均溫度特別是1月的平均溫度相關，另一方面與積溫相關。積溫是指植物整個生長發育期或某一發育階段內，高于一定溫度以上的晝夜溫度總和。它既可表示各地的熱量條件，又能說明生物各生長發育階段和整個生育期所需要的熱量。

積溫可分為有效積溫和活動積溫，有效積溫的計算方法如下：

K=N（T-To）

式中　K——有效積溫；

T——當地某時期內的平均溫度；

To——生物生長發育所需要的最低臨界溫度（生物學零度）；

N——某時期的天數。

不同生物種的生物學零度是不同的，但在同一熱量帶相差并不大，一般溫帶地區的生物學零度為5℃，亞熱帶地區為10℃。如某溫帶樹種，當平均溫度達5℃時，到開始開花共需30天，這段時間的日平均溫度為15℃，則該樹種開始開花的有效積溫K=30×（15-5）=300（℃）。

活動積溫的計算方法是把生物學零度換成物理學零度，即：

K=NT

如上例中活動積溫是450℃。

不同植物要求不同的積溫總量，如柑橘需要有效積溫4000～5000℃才能正常生長發育。根據各植物種需要的積溫量，再結合各地的溫度條件，可初步了解各植物的引種范圍。此外，還可根據各種植物對積溫的需要量，推測或預報各發育階段到來的時間，以便及時安排生產活動。

以日溫≥10℃的積溫和低溫為主要指標，可以把我國分為六個熱量帶（高原和高山除外）。由于每個熱量帶內溫度不同，都有相應的樹種和森林類型，植物種類也由熱帶的豐富多樣逐漸變為寒帶的稀少，形成各熱量帶所特有的植物種和森林。

1.赤道帶

位于北緯10°以南的我國南海島嶼地區。積溫大致在9000℃左右，平均氣溫超過26℃，年降雨量超過1000毫米，主要生長熱帶植物椰子、木瓜、羊角蕉和菠蘿蜜等。

2.熱帶

積溫≥8000℃，最冷候氣溫不低于15℃（或最冷月不低于16℃），包括雷州半島、湛江及其以南地區。低地植被主要是熱帶雨林，主要樹木為樟科、番荔枝科、龍腦香科、使君子科、楝科、桃金娘科、桑科、無患子科和豆科。

3.亞熱帶

積溫為4500～8000℃，最冷候氣溫為0～15℃（或最冷月0～16℃）。天然植被為常綠闊葉林或混生常綠闊葉樹的闊葉林，主要樹種有殼斗科、樟科、茶科、冬青科等常綠闊葉樹，馬尾松、柏樹、杉木等針葉樹。

4.暖溫帶

積溫為3400～4500℃，最冷候氣溫-10～0℃（或最冷月-8～0℃），是亞熱帶和溫帶之間的過渡。主要分布落葉闊葉林。

5.溫帶

積溫為1600～3400℃，最冷候氣溫-30～-10℃（或最冷月-28～-8℃）。天然植被為針葉樹與落葉闊葉樹混交林，此外為草原與荒漠。

6.寒溫帶

積溫低于1600℃，最冷候氣溫低于-30℃（或最冷月低于-28℃）。天然植被為落葉松林。

三、園林樹木對城市溫度的影響

1.園林植物對城市氣溫的調節作用

園林植物具有遮陰作用，俗話說“大樹底下好乘涼”，在有植物遮陰的區域，其溫度一般要較沒有遮陰的區域低。夏季，綠化狀況好的綠地中的氣溫比沒有綠化地區的氣溫要低3～5℃（據測定，北京居住區綠地與非綠地氣溫差異為4.8℃），較建筑物下甚至低約10℃。

植物的遮陰主要是通過植物的冠層對太陽輻射的反射，使到達地面的熱量有所減少（植物葉片對太陽輻射的反射率為10%～20%，對熱效應最明顯的紅外輻射的反射率可高達70%），而城市的鋪地材料如瀝青的反射率僅為4%，鵝卵石的反射率為3%，因此通過植物的遮陰，會產生明顯的降溫效果。植物遮陰作用的大小取決于植物群落的復雜程度，植物群落層次越多，所阻擋的太陽輻射也就越多，地面溫度下降得越快；對于單株植物來講，樹冠越大，層次越多，遮擋的太陽輻射也越多，遮陰作用越明顯。因此，要想取得較好的遮陰作用，可通過增加群落的層次性，或擴大冠層的幅度等途徑來實現。

園林植物的遮陰作用不單純指對地面的遮陰，對建筑物的墻體、屋頂等也具有遮陰效果。據日本學者調查，在夏季，雖然建筑物的材質不同，但墻體溫度都可達50℃，如此高溫必然使其向室內傳遞，造成室內溫度上升，而用藤蔓植物進行墻體、屋頂綠化，其墻體表面溫度最高不超過35℃，從而證明墻體、屋頂園林植物的遮陰作用。為此，他們還做了一個比較經典的實驗來證明：建造兩棟結構完全相同的實驗住宅，在夏季，其中一棟在向陽窗面用葫蘆、牽牛花、絲瓜、紫蔓等進行配置，使其形成竹簾狀，而另一棟不采取任何措施。在該條件下使兩棟內的空調開放，并始終保持在28℃，最后對二者的電力消耗進行比較，結果表明配置植物簾的那一棟比沒有配置的那一棟節省電力達21%～42%（平均為30%），有人形象地稱之為自然能源冷卻（passive cooling）。該法最初在歐美產生，日本廣為應用，我國也有類似的研究，如杭州植物所對杭州絲綢廠用爬山虎綠化的墻體與沒有綠化的墻體的溫度進行了比較，種植攀援植物的建筑物與不種植的相比，表面溫度要低4～5℃，室內溫度要低2～4℃。

2.園林植物的涼爽效應

綠地中的園林植物能通過蒸騰作用，吸收環境中的大量熱量，降低環境溫度，同時釋放水分，增加空氣濕度（18%～25%），使之產生涼爽效應，對于夏季高溫干燥的地區，園林植物的這種作用就顯得特別重要。

據測定，在干燥的季節里，每平方米樹木的葉片面積，每天能向空氣中散發約6千克的水分。水分的蒸發消耗大量的熱量，這樣就使植物分布區的溫度下降，濕度增加，有效地提高了空氣中的相對濕度。森林里的相對濕度比城市里可高達38%，公園里的相對濕度比其他地區可高達27%。這樣，在干燥的季節里使人倍感滋潤，利于健康。

3.園林植物群落對營造局部小氣候的作用

城市夏天，由于各種建筑物的吸熱作用，使得氣溫較高，熱空氣上升，空氣密度變小；而綠地內，特別是結構比較復雜的植物群落或片林，由于樹冠反射和吸收等作用，使內部氣溫較低，冷空氣因密度較大而下降，因此，建筑物群和城市的植物群落之間會形成氣流交換，建筑物中的熱空氣吹向群落，群落中的冷空氣吹向建筑物，從而形成一股微風，形成建筑物內的小氣候。冬季，城市中的植物群落由于保溫作用以及熱量散失較慢等特點，也會與建筑物間形成氣流交換，不過這次從植物群落中吹向建筑物的是暖風，冬季綠地的溫度要比沒有綠化地面高出1℃左右，冬季有林區比無林區的氣溫要高出2～4℃，因此，森林不僅穩定氣溫和減輕氣溫變幅，可以減輕日灼和霜凍等危害，還能影響周圍地區的氣溫條件，使之形成局部小氣候，從而改善該區域的環境質量。

4.園林植物對熱島效應的消除作用

增加園林綠地面積能減少甚至消除熱島效應。有人統計，1公頃的綠地，在夏季（典型的天氣條件下），可以從環境中吸收81.8兆焦的熱量，相當于189臺空調機全天工作的制冷效果。如北京市建成區的綠地，每年通過蒸騰作用釋放39億噸水分，吸收107396億焦的熱量，這在很大程度上緩解了城市的熱島效應，改善了人居環境。

5.園林植物的覆蓋面積效應

解決城市的溫度問題不完全取決于園林植物的覆蓋面積，但它的大小卻是城市環境改善與否的重要限制因子。園林植物的降溫效果非常顯著，而綠地面積的大小更直接影響著降溫效果，在良好綠化的基礎上，植物覆蓋面積對消除城市熱島效應有著重要的意義。劉夢飛等人對植物覆蓋率與降溫效果進行了研究和分析，發現綠化覆蓋率與氣溫之間具有負相關關系，即覆蓋率越高，氣溫越低。據此推算，北京市的綠化覆蓋率達到50%時，北京市的城市熱島效應基本可以消除。50%的綠化覆蓋率與國外的研究結果基本一致，因此，如果有可能，應該增加城市中的綠化面積，特別在新建城市或城市的新規劃區要盡量達到這個指標。