廣州市不同類型屋頂綠化小氣候效應(yīng)研究
冼麗鏵 1，劉乾 1，陳紅躍 1*，沈志力 2，楊水龍 3
1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，廣州，510642
2.廣州市越秀區(qū)園林局，廣州，510045
3.廣東省生態(tài)學(xué)會屋頂綠化專業(yè)委員會，廣東玉宇環(huán)?？萍加邢薰?，廣州，510055
摘要：為研究不同類型的屋頂綠化的小氣候效應(yīng)，選擇了廣州市越秀區(qū)地毯式、花園式和棚架式和盆花式 4 種不同的屋頂綠化類型，觀測和統(tǒng)計分析了不同綠化形式的屋頂及其不同空間位置的溫度和濕度的變化。結(jié)果表明，各種類型的屋頂綠化對小氣候都產(chǎn)生了顯著的效應(yīng)。其中，地毯式綠化類型植被覆蓋度高，降溫效果最為明顯，花園式和棚架式相當(dāng)，盆花式則較差；各個測定位置的濕度都明顯高于裸屋面，其中地毯式最高，花園式和棚架式相當(dāng)，盆花式較差。總的來說，4 種屋頂綠化類型都產(chǎn)生了不同程度的小氣候效應(yīng)，其中地毯式最佳，花園式和棚架式其次，盆花式較差。
關(guān)鍵詞：廣州市；屋頂綠化；小氣候效應(yīng)
中圖分類號：S733/737
1 引言(Introduction)
屋頂綠化可以廣泛地理解為在各類建筑物、構(gòu)筑物、城圍、橋梁等的天臺、露臺、陽臺或大型人工假山山體上進(jìn)行造園，種植樹木花草的統(tǒng)稱[1-3]。它與露地造園和植物種植的最大區(qū)別在于把植物種植于人工的建筑物或者構(gòu)筑物之上，種植土壤不與大地土壤相連。屋頂綠化的分類方法很多，總的來說可以分成兩大類，分別有簡單式屋頂綠化和花園式屋頂綠化即屋頂花園[3-6]。其中按照屋頂綠化的綠化布局形式、高度、空間位置、使用功能、屋面承載力等均有不同方面的分類，如按綠化布局形式，可分為 4 種類型：地毯式、擺盆花式、棚架式和園林式[7]。
隨著國民生活水平的提高，人們對工作和居住環(huán)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設(shè)成為生態(tài)城市、山水城市，其中增加綠地面積是主要內(nèi)容。然而，當(dāng)今在城市里水平方向發(fā)展綠地已越來越困難，許多城市的可綠化面積越來越少，在寸土寸金的市中心區(qū)，這種矛盾更加凸顯。這就使得人們想方設(shè)法尋找新的出路，因而向不占用土地的立體化空間綠化--即向建筑物的屋頂綠化和垂直綠化方向發(fā)展，自然而然成為了人們追求的目標(biāo)，特別是屋頂綠化方向，已成為全世界綠色運(yùn)動的一部分。
屋頂綠化不但為城市居民提供了一個休憩的舒適場所，還是保護(hù)生態(tài)環(huán)境、調(diào)節(jié)小氣候、凈化空氣、提高綠化覆蓋率、降低熱島效應(yīng)的一個重要措施，更是美化城市、活躍景觀的一種良好方式。此外，它還有保護(hù)建筑物，減少日光輻射，降低室內(nèi)環(huán)境溫度與濕度，減緩天臺風(fēng)速等作用[8-10]。本研究以廣州市越秀區(qū)的屋頂綠化為研究對象，對不同屋頂綠化類型及其不同空間位置的溫度和濕度進(jìn)行了觀測，為屋頂綠化的生態(tài)小氣候效應(yīng)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為我國亞熱帶地區(qū)屋頂綠化隔熱節(jié)能相應(yīng)研究提供參考依據(jù)。
2 材料與方法(Materials and methods)
2.1 研究地點(diǎn)概況
研究地點(diǎn)設(shè)在廣州市越秀區(qū)廣衛(wèi)街，廣衛(wèi)街位于越秀區(qū)中部偏東，面積0.79km2，設(shè)有14個社區(qū)居民委員會，分4個片，分別是東片的雅荷塘、仁生里(豪賢苑)、福恩里；南片的財廳前、昌興、登云里、長勝里；西片的蓮花井、雨帽、吉祥、華寧里(廣仁)；北片的都府(小東營)、越華大院、青蓮里。有居民 15402 戶，共 44838 人。居民中有漢、滿、蒙古、回、壯、瑤、白、黎、苗、仫、朝鮮等 11 個民族。研究共選擇了 4 座樓，4 座樓分別有花園式、棚架式、地毯式、盆花式 4 類不同的屋頂綠化類型，同時選擇未綠化的裸屋頂作為對照，以研究綠化與未綠化之間的效益差別。4 座樓的基本情況如表 1。
表1越秀區(qū)屋頂綠化調(diào)查樓房基本情況
Table 1The basic conditions of roof greening investigation of the buildings in Yuexiu District
2.2 測定方法
選擇 4 種不同的屋頂綠化類型(含裸屋頂)，分別在高出屋面 1.5m 處、低層植物頂端處、緊貼屋面（指屋頂?shù)孛嫣帲┮约白铐攲訕菍拥氖覂?nèi)（在室內(nèi)的離地面 1.5m 處）等不同位置測其溫濕度，從 9：30 至 16：30，每一小時記錄一次溫濕度值。每種綠化類型（包括裸屋頂）、每個不同位置的溫濕度測定均為 3 次重復(fù)；光照強(qiáng)度選擇在花園式和棚架式兩個點(diǎn)進(jìn)行測量，每個時段連續(xù)測量 5 次數(shù)值。
試驗(yàn)測定在 2007 年 9 月 14 號進(jìn)行，屬于多云間晴天氣，大氣溫度 28℃～33℃，空氣濕度 50％～80％。所選的測試點(diǎn)周圍沒有遮蔭，太陽可以直照射到。測量使用的儀器主要有 DWS508C 型溫濕度計（溫度測量精度 0.1℃，濕度測量精度 0.1％RH）和光照照度計 ZDS-10。
3 結(jié)果與分析(Result and analysis)
3.1 當(dāng)天的光照強(qiáng)度日變化
測量的當(dāng)天為多云間晴天氣，所以光照顯示有一點(diǎn)不規(guī)則的變化，但總體趨勢還是比較規(guī)則的，具體變化情況見圖 1。由圖 1 可以看出，一天的光照強(qiáng)度走向是先升高后降低的，其最高值出現(xiàn)在中午 13：00 左右。
圖 1 光照強(qiáng)度日變化折線圖
Fig 1 Illumination intensity daily variation line chart
3.2 相同屋頂綠化類型不同位置的溫度日變化比較
3.2.1 花園式屋頂綠化類型屋頂不同位置溫度日變化比較
測量結(jié)果顯示，低層植物頂端和 1.5m 處的平均溫度高于緊貼屋面和室內(nèi)。這主要是緊貼屋面被綠化植物覆蓋，處于下層空間。室內(nèi)也是這種效應(yīng)導(dǎo)致的?？傮w看，降溫有一定效果。
由圖 2 可以看出，花園式屋頂綠化的不同位置的溫度日變化變化趨勢是基本相同的；最高溫的時段一般是 14：30 左右，比光照最強(qiáng)的時段遲一個小時左右；1.5m 處和低層植物頂端處溫度差別不大，緊貼屋面處溫度稍低；室內(nèi)最低，平均降溫 1.3℃。
圖 2 花園式屋頂綠化類型不同位置溫度日變化折線圖
Fig 2 The daily temperature change line chart at different position of Garden type roof greening
3.2.2 棚架式屋頂綠化類型屋頂不同位置溫度日變化比較
由圖 3 可以看出，9：30 至 13：30，各處氣溫平穩(wěn)上升，至 13：30 左右的時候出現(xiàn)最大值，之后時段氣溫變化比較平穩(wěn)；1.5m 處氣溫最高，低層植物頂端處和緊貼屋面處的溫度在各個時段都相差不大，室內(nèi)平均溫度最低；室內(nèi)平均溫度比室外的 1.5m 處降溫 1.1℃。
圖 3 棚架式屋頂綠化類型屋頂不同位置溫度日變化折線圖
Fig 3 The daily temperature change line chart at different position of Frame type roof greening
3.2.3 地毯式屋頂綠化類型屋頂不同位置溫度日變化比較
由圖 4 可以看出，9：30 至 13：30，各處氣溫平穩(wěn)上升，至 14：30 左右的時候出現(xiàn)最大值，之后時段氣溫變化比較平穩(wěn)；1.5m 處氣溫最高，低層植物頂端處次之，緊貼屋面處的溫度較低，室內(nèi)平均溫度最低；室內(nèi)平均溫度比室外的 1.5m 處降溫 2.0℃。
圖 4 地毯式屋頂綠化類型屋頂不同位置處溫度日變化折線圖
Fig 4 The daily temperature change line chart at different position of carpet type roof greening
3.2.4 盆花式屋頂綠化類型屋頂不同位置處溫度日變化比較
由圖 5 可以看出，9：30 至 13：30，各處氣溫平穩(wěn)上升，至 14：30 左右的時候出現(xiàn)最大值，之后時段氣溫變化比較平穩(wěn)；緊貼屋面處氣溫最高，低層植物頂端處次之，1.5m 處的溫度較低，室內(nèi)平均溫度最低，由于盆花式綠化對屋面的覆蓋度不高，太陽輻射可以直射到屋面，所以緊貼屋面處的溫度最高，低層植物頂端處次之，都高于 1.5m 處的溫度；室內(nèi)平均溫度比 1.5m 處降溫 1.3℃；室內(nèi)溫度和裸屋頂最大溫差達(dá)到 3.9℃，說明水泥屋面的升溫很劇烈。
圖 5 盆花式屋頂綠化類型屋頂不同位置處溫度日變化折線圖
Fig 5 The daily temperature change line chart at different position of potted-flower type roof greening
3.2.5 裸屋頂不同位置處溫度日變化比較
由圖 6 可以看出，低層植物頂端處和 1.5m 處溫度變化平穩(wěn)，趨勢一致，在 14：30 左右出現(xiàn)最大值后趨于緩和；緊貼屋面處溫度則從上午 11：00 開始變化劇烈，一直到測試結(jié)束16：30 都持續(xù)出現(xiàn)高溫狀態(tài)，最高溫達(dá)到 39.9℃，比室內(nèi)溫度高出 5℃ 。
圖 6 裸屋頂不同位置處溫度日變化折線圖
Fig 6 The daily temperature change line chart at different position of bare roof
3.3 不同屋頂綠化類型相同位置的溫度日變化比較
3.3.1 不同屋頂綠化類型屋頂 1.5m 處溫度日變化
由圖 7 可以看出，4 種屋頂綠化類型和裸屋頂高出屋頂 1.5m 處的溫度日變化規(guī)律是相同的，上午平穩(wěn)上升，14：30 左右達(dá)到最大值，之后變化平穩(wěn)；4 種屋頂綠化類型和裸屋頂高出屋頂 1.5m 處的溫度高低除了裸屋頂稍高以外，4 種屋頂綠化類型相差不大，實(shí)際上，1.5m處的溫度代表的是大氣溫度。
圖 7 不同屋頂綠化類型屋頂 1.5m 處溫度日變化折線圖
Fig 7 The temperature daily variation line chart of different roof greening types at 1.5 meters high
3.3.2 不同屋頂綠化類型屋頂?shù)蛯又参镯敹颂帨囟热兆兓?/strong>
由圖 8 可以看出，4 種屋頂綠化類型低層植物頂端處的溫度日變化規(guī)律是相同的，地毯式的日平均氣溫稍低，盆花式溫度稍高，花園式和棚架式大體相當(dāng)；這是因?yàn)榕杌ㄊ轿蓓斁G化的植物覆蓋度較低，太陽輻射容易直射到屋面，屋面溫度升高快，導(dǎo)致低層植物頂端處的溫度偏高，地毯式屋頂綠化覆蓋率高，覆蓋均勻，隔熱效果佳?；▓@式和棚架式則介于兩者間。
圖 8 不同屋頂綠化類型屋頂?shù)蛯又参镯敹颂帨囟热兆兓劬€圖
Fig 8 The temperature daily variation line chart of different roof greening types at the top of the lower plants
3.3.3 不同屋頂綠化類型屋頂緊貼屋面的溫度日變化
由圖9可以看出，裸屋頂緊貼屋面的溫度最高，變化也最劇烈，由于水泥屋面的熱容量最小, 因此升溫最快；盆花式次之，這是因?yàn)榕杌ㄊ轿蓓斁G化的植物覆蓋度較低，太陽輻射容易直射到屋面，屋面溫度升高也較快；地毯式在13：30之前變化較快，之后降低溫度的作用顯現(xiàn)出來，一直在較低的水平上平穩(wěn)變化，其效果最好；花園式和棚架式的變化規(guī)律以及絕對值大小上都比較一致，說明兩種綠化類型的降溫效果基本相當(dāng)；溫度最高的裸屋頂和最低的地毯式的平均日溫差達(dá)到5.8℃，可見地毯式的降溫效果非常明顯。
圖 9 不同屋頂綠化類型屋頂緊貼屋面處溫度日變化折線圖
Fig 9 The temperature daily variation line chart of different roof greening types at which close to the roof
3.3.4 不同屋頂綠化類型頂層室內(nèi)溫度日變化
由圖 10 可以看出，各種綠化類型和裸屋頂?shù)氖覂?nèi)溫度變化趨勢是一致的，各個時段的差值也基本平穩(wěn)，這是因?yàn)槭覂?nèi)本身就有一定的溫度調(diào)節(jié)功能；地毯式綠化的室內(nèi)日平均溫度最低，為 29.6℃，裸屋頂最高，為 31.5 ℃，差值達(dá)到 1.9℃，說明地毯式屋頂綠化的降溫效果最為明顯；其他三種綠化類型的室內(nèi)溫度相當(dāng)。
圖 10 不同屋頂綠化類型頂層室內(nèi)溫度日變化折線圖
Fig 10 The temperature daily variation line chart of different roof greening types' indoor
3.4 相同屋頂綠化類型不同位置的濕度日變化比較
3.4.1 花園式屋頂綠化類型屋頂不同位置濕度日變化比較
由圖 11 可以看出，花園式屋頂綠化類型的不同位置的濕度日變化的規(guī)律是相同的，14：30 左右最低，之后有緩慢上升趨勢；緊貼屋面處濕度最高，低層植物頂端處次之，1.5m 處和最低，其原因是植物的光合作用和蒸騰作用增加了濕度。
圖 11 花園式屋頂綠化類型屋頂不同位置處濕度日變化折線圖
Fig11 The daily humidity change line chart at different position of garden type roof greening
3.4.2 棚架式屋頂綠化類型屋頂不同位置濕度日變化比較
由圖 12 可以看出，棚架式屋頂綠化類型的不同位置的濕度日變化的規(guī)律和花園式很相近， 14：30 左右最低，之后有緩慢上升趨勢；緊貼屋面處濕度最高，低層植物頂端處次之，1.5m 處和最低，原因是植物的光合作用和蒸騰作用增加了濕度。
圖 12 棚架式屋頂綠化類型屋頂不同位置處濕度日變化折線圖
Fig12 The daily humidity change line chart at different position of frame type roof greening
3.4.3 地毯式屋頂綠化類型屋頂不同位置處濕度日變化比較
由圖 13 可以看出，在地毯式屋頂綠化中，緊貼屋面處的最高，低層植物頂端處次之，然后是室內(nèi)和 1.5m 處；地毯式屋頂綠化的植被覆蓋度很高，植物的光合作用和蒸騰作用更加明顯，所以地毯式屋頂綠化的緊貼屋面處和低層植物頂端處的濕度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于室內(nèi)和1.5m處的濕度。
圖 13 地毯式屋頂綠化類型屋頂不同位置處濕度日變化折線圖
Fig13 The daily humidity change line chart at different position of carpet type roof greening
3.4.4 盆花式屋頂綠化類型屋頂不同位置濕度日變化比較
由圖 14 可以看出，盆花式屋頂綠化中，1.5m 處和室內(nèi)的濕度變化規(guī)律和高低基本上都是一樣的；由于盆花式植被覆蓋度低，太陽直射屋面，所以緊貼屋面處的濕度變化劇烈，最低達(dá)到 20％，接近裸屋頂?shù)臐穸?，受此影響，低層植物頂端處的濕度也很低，并且走勢和緊貼屋面處基本一致。
圖 14 盆花式屋頂綠化類型屋頂不同位置處濕度日變化折線圖
Fig14 The daily humidity change line chart at different position of potted-flower type roof greening
3.4.5 裸屋頂不同位置處濕度日變化比較
由圖 15 可以看出，在裸屋頂中，室內(nèi)和 1.5m 處的濕度基本相同，室內(nèi)稍稍高一點(diǎn)，緊貼屋面處則變化劇烈，中午 12：30 以后開始下降并保持低水平，這說明裸屋頂在根本就不存在保濕的功能。
圖 15 裸屋頂不同位置處濕度日變化折線圖
Fig15 The daily humidity change line chart at different position of bare roof
3.5 不同屋頂綠化類型相同位置的濕度日變化比較
3.5.1 不同屋頂綠化類型屋頂 1.5m 處濕度日變化
由圖 16 可以看出，4 種屋頂綠化類型和裸屋頂?shù)?1.5m 處的濕度變化一致，在 14：30達(dá)最低后緩慢上升；因植物覆蓋狀況不同，蒸騰作用各異，花園式、棚架式、地毯式的空氣濕度明顯高于盆花式和裸屋頂。
圖 16 不同屋頂綠化類型屋頂 1.5m 處溫度日變化折線圖
Fig 16 The humidity daily variation line chart of different roof greening types at 1.5 meters high
3.5.2 不同屋頂綠化類型屋頂?shù)蛯又参镯敹藵穸热兆兓?/strong>
由圖 17 可以看出，花園式、棚架式和地毯式的低層植物頂端處的濕度相差不大，變化規(guī)律也相同，盆花式則相對較低，說明盆花式綠化在保濕方面功能比較不夠。
圖 17 不同屋頂綠化類型屋頂?shù)蛯又参镯敹颂帩穸热兆兓劬€圖
Fig 17 The humidity daily variation line chart of different roof greening types at the top of the lower plants
3.5.3 不同屋頂綠化類型緊貼屋面處濕度日變化
由圖 18 可以看出，花園式、棚架式和地毯式的緊貼屋面處的濕度相差不大，變化規(guī)律也相同，盆花式則相對低很多，說明盆花式綠化在保濕方面功能比較不夠；而裸屋頂最差，說明屋頂綠化的對保濕的重要性。
圖 18 不同屋頂綠化類型緊貼屋面處濕度日變化折線圖
Fig 18 The humidity daily variation line chart of different roof greening types at which close to the roof
3.5.4 不同屋頂綠化類型頂層室內(nèi)濕度日變化
由圖 19 可以看出，花園式、棚架式和地毯式的室內(nèi)的濕度相差不大，變化規(guī)律也相同，盆花式和裸屋頂則相對較低，變化情況一致，說明盆花式綠化對頂層室內(nèi)濕度影響不大。
圖 19 不同屋頂綠化類型頂層室內(nèi)濕度日變化折線圖
Fig 19 The humidity daily variation line chart of different roof greening types indoor
4 結(jié)論與討論（Conclusion and discussion）
?。?）植被屋面對環(huán)境的降溫作用明顯，而且以晴天最明顯。同時，不同結(jié)構(gòu)和覆蓋層的屋面，其降溫效果是不同的。本研究表明，綠化屋面與裸屋面相比，其表面溫度比裸屋面低，并且隨著植物覆蓋種類的不同，其降溫效應(yīng)也有差異?？偨Y(jié)本研究結(jié)果可知，在4種不同的綠化類型中，地毯式綠化類型因植被覆蓋度高，覆蓋均勻，其降溫效果最為明顯，花園式和棚架式相當(dāng)，而盆花式則較差。
（2）植物的蒸騰作用需要蒸發(fā)大量水分，在降低周圍環(huán)境溫度的同時也增加了空氣中的相對濕度。本研究中有綠化的屋面在各個位置處的濕度都明顯高于裸屋面，但是由于各種綠化類型所選用的植物種類、方式不同，在增加空氣濕度方面的效果也不相同。總體看，地毯式最好，花園式和棚架式相當(dāng)，盆花式較差，和降溫的規(guī)律基本一致。
?。?）屋頂綠化隔熱效應(yīng)在城市節(jié)能減排上有重要意義。節(jié)約能源是國家一直提倡的政策，盡管只有1℃之差，但是意義深大。以1 臺1.5 匹的分體式空調(diào)機(jī)為例，如果溫度提高1℃，按照每天運(yùn)行10h 計算的話，可以節(jié)能0.5kW·h 電，而調(diào)高1℃室溫，人們所能感受到的舒適度并不會降低。廣州夏季開空調(diào)時間為3～4個月，按照100d 計算，每戶屋頂綠化的受益者將節(jié)省50kW·h 電的費(fèi)用支出。
（4）綜上所述，幾種屋頂綠化類型都產(chǎn)生了顯著的降溫隔熱效應(yīng)，其中地毯式最佳，花園式和棚架式相當(dāng)，盆花式較差。地毯式具有覆蓋率高、建造成本低、維護(hù)簡單、安全等特點(diǎn)，更為突出的是，其降溫隔熱效應(yīng)最好，所以是值得大力推廣應(yīng)用的一種屋頂綠化類型。
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編輯：daiy
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