第一篇　总论

第一章　影响城市园林树种生长的环境条件

第一节　城市温度变化特点对园林树种生长的影响

一、城市温度变化特点

（一）城市中的热量平衡

城市特殊的地表能吸收和储存大量的太阳能。

首先，城市下垫面对太阳辐射的反射率比乡村小（一般小10%～30%），而且城市下垫面的混凝土、沥青、砖瓦、石料及钢材等的热容量大，热导率比自然地面高，白天可大量储存太阳热量，然后再通过长波辐射使近地表的气温迅速升高。

其次，城市的高层建筑物增加了接受太阳辐射的表面积，致使其吸收的热量比乡村多。另外，城市建筑密集，街道和庭院中的“天穹可见度”比开阔郊外小得多，地面长波辐射热量在墙壁、地面间多次反射，从而使地面向空中散失的热量减少。

同时，城市中的人为活动可以增加热量来源。如城市中的生产单位的生产活动会产生大量的热量；在高纬度地区，冬季的取暖将释放大量的热量；城市中车辆的运行也产生大量热量。上述热量来源有时可能会超过太阳辐射所提供的热量。据测定，莫斯科冬季取暖所散发的热量约是太阳辐射热量的3倍。

而且，由于城市特殊的地面，植被所占面积相对较少，不透水面积较大，自然降水相当一部分通过下水道排走（据统计，城市中的水分约有1/3通过下水道流走），致使通过蒸腾或蒸发消耗热量的水分大大减少，相应地就使城市的热量有所增加。

最后，城市空气中存在的大量污染物也是导致城市中热量增多的重要原因。规划不合理或污染控制措施不当的城市，空气污染严重，污染物对地面长波辐射的吸收和反射能力很强，致使城市获得的热量比农村多。

通过以上原因可以看出，城市地区的热量要比乡村多一些。

（二）温度变化规律

1.温度在空间上的变化

地球表面上各地的温度条件随所处的纬度、海拔高度、地形和海陆分布等条件的不同而有很大变化。随着纬度增高，太阳高度角减小，太阳辐射量随之减少，温度也逐渐降低。一般纬度每增高1°（约111千米），年平均温度下降0.5～0.7℃（1月为0.7℃，6月为0.3℃）。我国领土辽阔，最南端为北纬3.59'，最北端为北纬53°32'，南北纬度相差49°33'，因此，我国南北各地的太阳辐射量相差很大。

温度还随海拔高度而发生规律性的变化。随着海拔升高，虽然太阳辐射增强，但由于大气层变薄，大气密度下降，保温作用差，因此温度下降。一般海拔每升高1000米，气温下降5.5℃。北京市海拔52.3米，年均温11.8℃，最冷月均温-4.8℃；而处于相同纬度的五台山，海拔2894米，年均温-4.2℃，最冷月均温-19℃。

温度与坡向也有密切的关系。北半球南坡接受的太阳辐射最多，空气和土壤温度都比北坡高，但土壤温度一般西南坡比南坡更高，这是因为西南坡蒸发耗热较少，热量多用于土壤、空气增温，所以南坡多生长阳性喜暖耐旱植物，北坡更适宜耐阴喜湿植物生长。

封闭谷地和盆地的温度变化有其独特的规律。以山谷为例，由于谷中白天受热强烈，再加上地形封闭，热空气不易输出，所以白天谷中气温远较周围山地为高，如河谷城市南京、武汉、重庆为我国三大“火炉”城市。在夜间，地面辐射冷却，近地面形成一层冷空气，冷空气密度较大，顺山坡向下沉降聚于谷底，而将暖空气抬高至一定高度，形成气温下低上高的逆温现象。在晴朗无风、空气干燥的夜晚，这种辐射逆温最易形成。在城市地区，混凝土与沥青下垫面冷却较快，常易形成逆温层。由于逆温层的形成，空气交流极弱，热量、水分不易扩散，易形成闷热天气，此外由于大气污染物的积累，常会加剧大气污染的危害程度。

2.温度在时间上的变化

根据一年中气候寒暖、昼夜长短的节律变化，我国大部分地区可分春、夏、秋、冬四季，一般冬季候（5天为一候）平均气温低于10℃，春、秋季候气温在10～22℃之间，夏季候平均气温高于22℃。我国大部分地区位于亚热带和温带，一般是春季气候温暖，昼夜长短相差不大；夏季炎热，昼长夜短；秋季和春季相似；冬季则寒冷，昼短夜长。但由于各地所处位置及气候条件不同，四季长短及开始日期有很大差异。

温度的昼夜变化也是很有规律的。一般气温的最低值出现在凌晨日出前。日出以后，气温上升，在13：00～14：00达最高值，以后开始持续下降，一直到日出前为止。昼夜温差（日较差）一般随纬度的增加而减小。

（三）城市热岛效应

1.城市热岛效应的概念

城市热岛（urban heat island）是城市化气候效应的主要特征之一。一般把城市气温高于四周郊区气温的现象称为“城市热岛效应”（urban heat t island effect），有时也统称为“城市热岛”。城市热岛最早见于科学记载的，是1818年英国出版的《伦敦气候》。作者L·赫华德在城市气候的两大发现中指出：伦敦市中心气温比郊外高（月高0.5～1.2℃）；城乡温差夜间比白天大。

城市的热岛效应普遍且明显。我国曾观测到的最大城乡温差（城市热岛强度），上海是6.8℃（1979年11月13日20时），北京是9.0℃（1966年2月22日清晨）。世界上热岛最强的是中高纬度的大中城市，如加拿大的温哥华11℃（1972年7月4日）、德国柏林13.3℃。位于北极圈附近的美国阿拉斯加首府费尔班克斯市曾达14℃。

2.城市热岛效应形成的主要原因

①城市下垫面的反射率比郊区小。城市绿地面积比郊区小，街道、建筑物等大量使用砖石、水泥、沥青、硅酸盐等建筑材料，这些建筑材料的反射率比植被低，特别是深色屋顶和墙面等反射率更低。并且由于建筑物密度大，形成一个立体下垫面，太阳辐射经墙壁、屋顶、路面等之间多次反射吸收，最终被反射的能量减小。

②城市下垫面建筑材料的热容量、热导率比郊区森林、草地、农田组成的下垫面要大得多，白天吸收积聚大量的辐射热，使地面温度上升，如沥青路面温度最高时达51℃，城市下垫面的温度远高于郊区，因而通过长波辐射提供给大气的热量比郊区多。

③城市大气中二氧化碳和空气污染物含量高，形成覆盖层，对地面长波辐射有强烈的吸收作用，空气逆辐射也大于郊区，减少了热量的散失。

④城市内各种燃烧过程和人类活动产生的热量可能接近甚至超过太阳的辐射热量。

⑤城市中建筑物密集，通风不良，不利于热量的扩散，加上城市地面透水面积较大，排水系统发达，地面蒸发量小，同时植被较少，使得通过水分蒸腾、蒸发消耗热量的作用大大减小，这些也是引起热岛效应的重要因素。

3.城市热岛效应带来的后果

城市热岛效应是一种中小尺度的气象现象，它受大尺度天气形势的影响，当天气形势在稳定的高压控制下，气压梯度小，微风或无风，天气晴朗无云或少云，有下沉逆温时，易产生热岛效应。如在我国长江中下游沿线，由于地球行风的影响，形成副热带高压带，因此重庆、武汉和南京三大“火炉”城市都分布在该地区。

城市热岛效应强度还因地区而异，它与城市规模、人口密度、建筑密度、城市布局、附近的自然环境有关。在城市人口密度大、建筑密度大、人为释放热量多的市区，形成高温中心。城市中的植被和水体增温缓和，可以降低热岛强度，因此在有植被和水体的地方形成低温带。中小城市的热岛效应较弱。热岛效应还与季节有关，在一年当中，一般秋、冬季城市的热岛效应较强，而夏季较小。特别是在北方城市，由于冬天取暖，人为散发热量大大增加，也增加了城市热岛效应。如天津市区与郊区年均温差为1.0℃，秋季为0.9℃，春季为0.4℃，而在冬季温差最高可达5.3℃。城市的热岛效应常会使城市春天来得较早，秋季结束较晚，城区的无霜期延长，极端低温趋向缓和，但原本有利于树木的生长的条件会由于温度过高、湿度降低而丧失。

二、温度与城市园林树木配置特点

在地球表面植物种的分布与温度条件有密切的关系，一方面与年平均温度特别是1月的平均温度相关，另一方面与积温相关。积温是指植物整个生长发育期或某一发育阶段内，高于一定温度以上的昼夜温度总和。它既可表示各地的热量条件，又能说明生物各生长发育阶段和整个生育期所需要的热量。

积温可分为有效积温和活动积温，有效积温的计算方法如下：

K=N（T-To）

式中　K——有效积温；

T——当地某时期内的平均温度；

To——生物生长发育所需要的最低临界温度（生物学零度）；

N——某时期的天数。

不同生物种的生物学零度是不同的，但在同一热量带相差并不大，一般温带地区的生物学零度为5℃，亚热带地区为10℃。如某温带树种，当平均温度达5℃时，到开始开花共需30天，这段时间的日平均温度为15℃，则该树种开始开花的有效积温K=30×（15-5）=300（℃）。

活动积温的计算方法是把生物学零度换成物理学零度，即：

K=NT

如上例中活动积温是450℃。

不同植物要求不同的积温总量，如柑橘需要有效积温4000～5000℃才能正常生长发育。根据各植物种需要的积温量，再结合各地的温度条件，可初步了解各植物的引种范围。此外，还可根据各种植物对积温的需要量，推测或预报各发育阶段到来的时间，以便及时安排生产活动。

以日温≥10℃的积温和低温为主要指标，可以把我国分为六个热量带（高原和高山除外）。由于每个热量带内温度不同，都有相应的树种和森林类型，植物种类也由热带的丰富多样逐渐变为寒带的稀少，形成各热量带所特有的植物种和森林。

1.赤道带

位于北纬10°以南的我国南海岛屿地区。积温大致在9000℃左右，平均气温超过26℃，年降雨量超过1000毫米，主要生长热带植物椰子、木瓜、羊角蕉和菠萝蜜等。

2.热带

积温≥8000℃，最冷候气温不低于15℃（或最冷月不低于16℃），包括雷州半岛、湛江及其以南地区。低地植被主要是热带雨林，主要树木为樟科、番荔枝科、龙脑香科、使君子科、楝科、桃金娘科、桑科、无患子科和豆科。

3.亚热带

积温为4500～8000℃，最冷候气温为0～15℃（或最冷月0～16℃）。天然植被为常绿阔叶林或混生常绿阔叶树的阔叶林，主要树种有壳斗科、樟科、茶科、冬青科等常绿阔叶树，马尾松、柏树、杉木等针叶树。

4.暖温带

积温为3400～4500℃，最冷候气温-10～0℃（或最冷月-8～0℃），是亚热带和温带之间的过渡。主要分布落叶阔叶林。

5.温带

积温为1600～3400℃，最冷候气温-30～-10℃（或最冷月-28～-8℃）。天然植被为针叶树与落叶阔叶树混交林，此外为草原与荒漠。

6.寒温带

积温低于1600℃，最冷候气温低于-30℃（或最冷月低于-28℃）。天然植被为落叶松林。

三、园林树木对城市温度的影响

1.园林植物对城市气温的调节作用

园林植物具有遮阴作用，俗话说“大树底下好乘凉”，在有植物遮阴的区域，其温度一般要较没有遮阴的区域低。夏季，绿化状况好的绿地中的气温比没有绿化地区的气温要低3～5℃（据测定，北京居住区绿地与非绿地气温差异为4.8℃），较建筑物下甚至低约10℃。

植物的遮阴主要是通过植物的冠层对太阳辐射的反射，使到达地面的热量有所减少（植物叶片对太阳辐射的反射率为10%～20%，对热效应最明显的红外辐射的反射率可高达70%），而城市的铺地材料如沥青的反射率仅为4%，鹅卵石的反射率为3%，因此通过植物的遮阴，会产生明显的降温效果。植物遮阴作用的大小取决于植物群落的复杂程度，植物群落层次越多，所阻挡的太阳辐射也就越多，地面温度下降得越快；对于单株植物来讲，树冠越大，层次越多，遮挡的太阳辐射也越多，遮阴作用越明显。因此，要想取得较好的遮阴作用，可通过增加群落的层次性，或扩大冠层的幅度等途径来实现。

园林植物的遮阴作用不单纯指对地面的遮阴，对建筑物的墙体、屋顶等也具有遮阴效果。据日本学者调查，在夏季，虽然建筑物的材质不同，但墙体温度都可达50℃，如此高温必然使其向室内传递，造成室内温度上升，而用藤蔓植物进行墙体、屋顶绿化，其墙体表面温度最高不超过35℃，从而证明墙体、屋顶园林植物的遮阴作用。为此，他们还做了一个比较经典的实验来证明：建造两栋结构完全相同的实验住宅，在夏季，其中一栋在向阳窗面用葫芦、牵牛花、丝瓜、紫蔓等进行配置，使其形成竹帘状，而另一栋不采取任何措施。在该条件下使两栋内的空调开放，并始终保持在28℃，最后对二者的电力消耗进行比较，结果表明配置植物帘的那一栋比没有配置的那一栋节省电力达21%～42%（平均为30%），有人形象地称之为自然能源冷却（passive cooling）。该法最初在欧美产生，日本广为应用，我国也有类似的研究，如杭州植物所对杭州丝绸厂用爬山虎绿化的墙体与没有绿化的墙体的温度进行了比较，种植攀援植物的建筑物与不种植的相比，表面温度要低4～5℃，室内温度要低2～4℃。

2.园林植物的凉爽效应

绿地中的园林植物能通过蒸腾作用，吸收环境中的大量热量，降低环境温度，同时释放水分，增加空气湿度（18%～25%），使之产生凉爽效应，对于夏季高温干燥的地区，园林植物的这种作用就显得特别重要。

据测定，在干燥的季节里，每平方米树木的叶片面积，每天能向空气中散发约6千克的水分。水分的蒸发消耗大量的热量，这样就使植物分布区的温度下降，湿度增加，有效地提高了空气中的相对湿度。森林里的相对湿度比城市里可高达38%，公园里的相对湿度比其他地区可高达27%。这样，在干燥的季节里使人倍感滋润，利于健康。

3.园林植物群落对营造局部小气候的作用

城市夏天，由于各种建筑物的吸热作用，使得气温较高，热空气上升，空气密度变小；而绿地内，特别是结构比较复杂的植物群落或片林，由于树冠反射和吸收等作用，使内部气温较低，冷空气因密度较大而下降，因此，建筑物群和城市的植物群落之间会形成气流交换，建筑物中的热空气吹向群落，群落中的冷空气吹向建筑物，从而形成一股微风，形成建筑物内的小气候。冬季，城市中的植物群落由于保温作用以及热量散失较慢等特点，也会与建筑物间形成气流交换，不过这次从植物群落中吹向建筑物的是暖风，冬季绿地的温度要比没有绿化地面高出1℃左右，冬季有林区比无林区的气温要高出2～4℃，因此，森林不仅稳定气温和减轻气温变幅，可以减轻日灼和霜冻等危害，还能影响周围地区的气温条件，使之形成局部小气候，从而改善该区域的环境质量。

4.园林植物对热岛效应的消除作用

增加园林绿地面积能减少甚至消除热岛效应。有人统计，1公顷的绿地，在夏季（典型的天气条件下），可以从环境中吸收81.8兆焦的热量，相当于189台空调机全天工作的制冷效果。如北京市建成区的绿地，每年通过蒸腾作用释放39亿吨水分，吸收107396亿焦的热量，这在很大程度上缓解了城市的热岛效应，改善了人居环境。

5.园林植物的覆盖面积效应

解决城市的温度问题不完全取决于园林植物的覆盖面积，但它的大小却是城市环境改善与否的重要限制因子。园林植物的降温效果非常显著，而绿地面积的大小更直接影响着降温效果，在良好绿化的基础上，植物覆盖面积对消除城市热岛效应有着重要的意义。刘梦飞等人对植物覆盖率与降温效果进行了研究和分析，发现绿化覆盖率与气温之间具有负相关关系，即覆盖率越高，气温越低。据此推算，北京市的绿化覆盖率达到50%时，北京市的城市热岛效应基本可以消除。50%的绿化覆盖率与国外的研究结果基本一致，因此，如果有可能，应该增加城市中的绿化面积，特别在新建城市或城市的新规划区要尽量达到这个指标。