北京奥林匹克公园夏季绿地小气候及人体环境舒适度效应分析

张彪, Majid AMANI-BENI, 史芸婷, 谢高地



北京奥林匹克公园夏季绿地小气候及人体环境舒适度效应分析

张彪1,*, Majid AMANI-BENI1,2, 史芸婷1,2, 谢高地1,2

1. 中国科学院地理科学与资源研究所, 北京 100101 2. 中国科学院大学, 北京 100049

评价城市绿地的小气候调节功能对于应对城市热岛效应与优化公园绿地设计有重要参考意义。该研究于2016年7—9月在北京奥林匹克公园内开展了灌溉草地与荒草地、孤植树与群植树、水体与空旷地3种绿化配置模式下共12个样地的微气象要素观测, 分析了公园草地、公园林地和公园水体的小气候状况, 并评估了公园绿地夏季降温增湿和人体环境舒适度的特征。结果表明: (1)与空旷地相比, 公园草地夏季平均可降温1.75%以及增湿5.06%, 且定期灌溉草地的小气候调节功能明显优于荒草地; (2)公园林地平均可降温3.25%和增加湿度3.91%, 孤植树的小气候效应明显低于群植树; (3)公园水体夏季平均降温1.56%与增湿8.10%, 而且大面积水体的小气候调节效果更好; (4)综上, 北京奥林匹克公园夏季绿地平均可降温2.41%、增湿5.25%以及改善环境舒适度1.75%, 公园林地的小气候调节功能明显优于公园草地和水体。因此, 在城市公园绿地规划设计中, 建议优先布局群植树木与大面积水体, 并加强公园草地的灌溉养护, 以优化提升其公园小气候调节功能。

城市绿地; 小气候; 夏季; 人体环境舒适度; 北京奥林匹克公园

1 前言

全球气候变化和快速城市化引发的城市热岛问题已引起研究者和社会公众的广泛关注[1-2]。城市热岛不仅增高夏季高温中暑和心脏病死亡风险[3], 而且增加了能源消耗并加剧空气污染[4]。作为城市公共服务设施的重要组成部分, 城市绿地不仅为居民提供美学景观和休憩场所, 而且能够调节改善局地小气候进而缓解城市热岛效应[5]。不过, 城市森林的小气候调节功能主要依赖于植被蒸腾和冠层遮荫两个过程[6], 植物蒸腾以及水分蒸发在吸收太阳辐射热的同时降低了周围环境温度[7], 而林木也因树冠枝叶截留太阳辐射提供了绿荫[4], 此外, 也与绿化植物对气流畅通的作用以及局地环流的改变有关[8]。目前国内外已大量开展了绿色屋顶[9-10]、行道树[11]、城市公园[12-13]以及水体湿地[14-15]的小气候调节功能研究, 比如, Ca等[16]通过对日本东京(Tokyo)城区某公园草地与附近区域的气温、相对湿度及相关气象因素的定点观测, 发现在中午时刻0.6 km2的公园绿地可降温1.5 ℃。Jansson等[17]在瑞典斯德哥尔摩(Stockholm)中心的城市公园, 采用移动对比观测发现城区与公园绿地的白天温差可达0.5—10.8 ℃。而Hathway和Sharples[7]在英国谢菲尔德市(Sheffield)基于野外实测发现, 在外界环境温度超过20 ℃时, 城内河流能使周围环境温度平均降低1 ℃。但是当前相关研究多关注城市绿地的降温增湿绝对量, 而此指标的大小与观测时期内外界气象要素的背景值有很大关系[18-21], 难以对比分析不同观测时间或地点的小气候调节能力。

近年来北京城市热岛问题也十分突出[22-23], 认识与发挥城市绿色空间对热岛效应的缓解作用受到重视[24-25]。比如, 吴菲等[26]同步测定了北京市万芳亭公园林下广场、无林广场和草坪的小气候调节效应, 结果表明, 与无林广场相比, 林下广场可降温0.3—3.3 ℃, 增湿1.1%—5.9%。冯悦怡等[27]利用HOBO气象站同步监测了北京大学校园绿地的小气候调节功能, 结果发现, 夏季高温季节校园绿地平均降温1.14—1.96 ℃, 增湿7.46%—12.34%。而基于24个典型绿地群落观测结果, 高吉喜等[28]统计发现北京城市绿地夏季日均降温幅度0.2—2.0 ℃, 日均增湿幅度0.20%—8.26%。此外, 崔丽娟等[29]以北京市8个典型湿地为样本测定湿地对城市温湿度影响, 结果发现, 与湿地5 km距离处相比, 湿地最高可降温4.4 ℃, 增湿12.8%。然而, 建设更多的绿地和湿地意味着更大的水土资源投入[30-31]。因此, 清晰认知城市绿地的小气候调节功能与其组成结构及空间格局的相关关系, 并在现有城市绿色空间基础上通过其群落结构或景观格局优化来实现其降温增湿功能提升, 是一条绿色经济的城镇优化途径并引起了城市管理者和研究者的重视[25]。

在调查分析北京市奥林匹克公园内绿化景观分布的基础上, 该研究对比观测了12个典型样地的局地小气候要素日变化特征, 然后建立了相对影响程度模型, 以对比分析不同绿化类型及配置形式下的空气温度、相对湿度和人体舒适度的差异, 并结合国内外相关研究结果, 分析讨论了城市绿地组成形式、结构以及空间格局对其小气候调节功能的影响, 从而为我国城镇绿化建设、管理以及热岛效应适应机制的制定提供参考依据。

2 研究区域与数据准备

2.1 研究区概况

北京市地处华北平原西北部, 属典型的暖温带半湿润大陆性季风气候, 夏季高温多雨, 日最高气温≥35 ℃的高温天气比较常见。近年来北京城市热岛范围有所扩大, 夏季平均热岛强度达4.5 ℃, 且强热岛天数有所增加, 高温灾害增幅明显[32]。为减缓城市热岛效应, 北京市重视生态空间保护与城市绿地建设。2015年北京城市绿地面积达到8.13万 hm2, 其中40%为公园绿地[25], 而奥林匹克公园是北京城区内面积最大的城市公园, 并已成为社会公众休闲游憩的重要场所。该公园位于北京城市中轴线的北端, 总占地面积1135 hm2, 并分为3个区域。北端是占地680 hm2的森林公园, 以城市森林景观为主; 南段是已建成场馆区和中华民族园, 占地约114 hm2; 而中心区占地291 hm2, 不仅有鸟巢、水立方等重要场馆和配套设施, 而且建设有系统完善的公园景观绿化工程, 包括中轴景观大道、龙形水系、中轴树阵以及休闲花园、绿化带等, 绿化形式相对丰富, 因此本研究选择中部区作为重点关注区域(图1)。

2.2 样地选择

本研究重点关注公园内树木、草地和水体的小气候调节效应。其中, 绿化树木主要分布在景观大道旁休闲广场、绿化带和中轴树阵, 树种主要包括银杏、毛白杨、栾树、油松、国槐、馒头柳、小叶白蜡、元宝枫、海棠等。草本植物主要有麦冬、草地早熟禾、狼尾草、金钱草、玉簪和鸢尾等。龙形人工水系总长约2.7 km, 水面宽度20—125 m, 水深0.6—1.2 m, 水面南高北低(高差2.6 m), 北端设处理站, 通过管道将水输送至南端, 水体自流流回处理站。基于研究区不同绿化类型及配置模式特征, 针对定期灌溉草地与荒草地(无管护草地)、孤植树(单棵树木)与群植树(片林)以及不同面积水体等3种绿化配置模式的6个典型区域, 共选取12个样地开展局地气候要素观测。在每个样地内同时选取3个观测点, 记录并取得其气象要素平均值, 同时在样地附近选择一块开阔的无植被区域作为对照(表1)。

2.3 实验观测

在2016年7—9月间选择晴朗无风或微风的高温天(日平均风速≤2 m·s–1, 日平均气温≥30 ℃), 同步观测记录绿地样方和对照样地的温度、相对湿度和风速。试验仪器为两台便携式Kestrel NK4500气象站, 架设高度为1.5 m。仪器温度精度为±0.2 ℃, 分辨率为0.1 ℃, 测量范围为–10—55 ℃; 相对湿度精度为±3%, 分辨率为0.1%, 测量范围为0—100%。每天观测时间为9:00—18:00, 每分钟记录一次数据, 每小时计算该时段内温度、相对湿度和风速平均值。所记录的数据使用Microsoft Excel进行二次曲线拟合分析, 完成相关性检验, 并采用SPSS 12.0软件进行方差分析, 完成显著性检验。

3 评估方法

城市公园对小气候的影响主要表现在局地空气温度、湿度和风速的变化, 进而影响到人体舒适度感觉[26-27], 因此本研究将城市公园的小气候调节功能定义为夏季高温日城市绿地的降温增湿及舒适度改善作用。其中, 空气温度和相对湿度通过气象仪器可直接观测, 而人体舒适度感觉采用北京市气象局发布的人体舒适度指数计算[33]。人体舒适度指数(CI)越大, 表明人体热感觉越大, 环境舒适度越低。

注: (a) 北京市界线及六条环路; (b) 奥林匹克公园在北京六环内位置; (c)奥林匹克公园北、中、南三个分区; (d) 观测点在奥林匹克公园中区的位置。

表1 奥林匹克公园绿地观测点信息

由于不同观测时期的区域气象状况不同, 采用降温增湿绝对量指标难以实现不同观测时间小气候调节功能对比; 加上空气气温、湿度以及舒适度指数量纲的不同, 无法比较公园绿地对三种气象要素影响程度的相对大小, 因此本研究采用公园绿地对小气候的影响程度与当时区域气象条件的比值来构建相对影响程度模型(公式2—4), 从而实现不同观测时间公园绿地调节小气候能力的相互比较以及对不同气象要素影响程度的比较。

4 结果分析

4.1 公园草地的微气象要素比较

公园草地微气象要素观测结果表明, 与空旷地相比, 夏季北京奥林匹克公园内草地平均可使空气温度降低1.75%(相当于观测日空气温度降低0.62 ℃), 湿度增加5.06%, 公园草地对空气湿度的影响程度明显高于空气温度。此外, 该研究对比观测了灌溉养护草地(D、K和L)和荒草地(A和B)的微气象差异, 结果发现定期养护草地夏季可降温2.24%—3.38%, 增湿4.48%—9.21%; 而无管护草地仅能降温0.06%—0.52%, 增湿0.73%—2.52%(表2)。因此, 相比于荒草地, 定期灌溉草地表现出了更好的小气候调节功能, 主要原因在于定期养护灌溉的草地土壤水分充足并使其植被生长状况处于优良状态。从不同观测时段来看, 公园草地对空气微气象要素的影响有明显差异, 夏季白天的中午(12:00—15:00)和下午(15:00—18:00)时段公园内草地对温度的影响明显高于上午观测时段(9:00—12:00), 而在上午和中午观测时段草地的增湿效应更为明显(表2)。

4.2 公园林地的微气象要素比较

绿化树木不仅通过植被蒸腾过程影响局地小气候, 而且可借助树冠吸收截留太阳辐射起到遮荫作用[2,34]。该研究观测表明, 与对照点相比, 夏季白天奥林匹克公园内树木平均可降温3.25%(相当于观测日空气温度降低1.12 ℃), 湿度增加3.91%, 公园林地对空气温度与湿度的影响程度相接近(与公园草地相比较), 原因可能是树冠遮荫功能增强了树木的整体降温效果。从树木栽植形式来看, 群植树夏季平均可降温3.69%, 增加空气湿度4.43%; 而孤植树平均能降温2.98% 和增湿4.14%(表3), 说明单棵树木的小气候调节效应不如群植树的明显。不过, 树下植被覆盖差异增加了孤植树与群植树调节气候功能的复杂性。与林下地表为裸地的林地相比, 林下有草覆盖的林地调节小气候的能力明显增加, 其原因主要是乔草群落结构增加了立体绿量, 同时地表植被覆盖减少了地表热量的吸收[35-36]。此外, 从不同观测时段来看(表3), 在夏季上午(9:00—12:00)和中午(12:00—15:00)观测时段, 公园林地对空气温湿度的影响均高于下午观测时段(15:00—18:00), 原因可能是夏季9:00—15:00树冠遮荫功能容易充分发挥, 而在下午时段随着太阳辐射的减弱, 其遮荫效果有所下降。

表2 北京奥林匹克公园草地的微气象要素变化

表3 北京奥林匹克公园林地的微气象要素变化

4.3 公园水体的微气象要素比较

水面蒸发可从周围环境中吸收一部分热量, 并释放水汽使空气温度降低和湿度增加, 因而城市水体也发挥着重要的热调节功能[29,37,38]。该研究观测结果发现, 与对照点相比, 夏季白天奥林匹克公园内水体平均可降温1.56%(相当于观测日空气温度降低0.56 ℃), 湿度增加了8.10%(表4), 夏季白天公园水体对空气湿度的影响明显高于对温度的影响。对比统计结果表明, 在夏季奥林匹克公园内大面积水体(J)可使周围环境降温2.76%, 增湿可达4.42%, 而小面积水体(H)仅能降温0.35%, 不过其增湿效应显著提高(11.77%), 原因可能是小面积水体周边环境气温较高, 增加了水面蒸发强度, 加上旁边建筑物鸟巢的阻挡, 局地空气流通受到限制, 水体降温效果下降, 空气中水分难以快速扩散出去[14], 从而显著增加了空气湿度。此外, 从不同观测时段来看, 夏季中午(12:00—15:00)观测时段公园水体对空气湿度的影响均高于上午(9:00—12:00)和下午(15:00— 18:00)观测时段(表4), 原因主要是夏季中午时段(12:00—15:00)外界环境温度最高且水分蒸腾作用最明显所致。

表4 北京奥林匹克公园水体的微气象要素变化

4.4 公园绿地的小气候及人体环境舒适度效应

基于不同绿化配置模式的微气象要素和人体舒适度指数, 该文评估分析了公园草地、公园绿地和公园水体对人体环境舒适度的影响。结果发现(表5), 夏季公园草地可改善环境舒适度1.16%, 其中定期养护草地改善环境舒适度1.36%—2.48%, 而无管护草地对环境舒适度影响较小, 甚至出现环境舒适度下降的现象, 而且中午(12:00—15:00)和下午(15:00—18:00)时段草地对人体舒适度的影响高于上午时段(9:00—12:00)。其次, 公园内树木夏季白天平均可改善环境舒适度2.35%, 其中群植树可改善环境舒适度2.98%, 孤植树可提高环境舒适度2.03%, 不过, 公园树木对环境舒适度的影响在上午(9:00—12:00)和中午(12:00—15:00)时段均比下午(15:00—18:00)时段明显。此外, 公园内水体可改善环境舒适度1.12%, 主要是大面积水体对环境舒适度的改善比较显著, 小面积水体可能会因为增加了湿热状况而降低环境舒适度。

表5 背景奥林匹克公园草地、林地与水体的人体舒适度效应

参照观测日平均温度估算, 北京奥林匹克公园草地可使环境气温平均降低0.62 ℃, 而李辉等[39]观测北京方庄居住区草坪夏季日均降温0.9 ℃, 吴菲等[26]在北京市万芳亭公园测定发现, 公园草坪平均降温0.8 ℃。该观测结果稍低于以上研究结论, 原因是本研究同时观测了灌溉养护(D、K和L)和荒草地(A和B)两种配置方式样地。相比于荒草地, 定期灌溉草地表现出了更好的小气候调节功能, 原因在于定期养护灌溉的草地因土壤水分充足并使得植被生长状况优良。此结论在其他研究中也得到证实, 比如Spronken-Smith 和Oke[12]在美国Sacramento研究表明, 灌溉绿地有着更大程度的冷岛效应; Coutts 等[34]采用遥感卫星数据分析城市地表温度发现, 白天灌溉草地温度低于干旱草地3—5 ℃; Gill等[40]也认为, 相对于树木而言, 草地因为根部较浅对水分亏缺更为敏感, 因而其蒸散功能受抑制的时间可能会更早。

该研究结果表明, 北京奥林匹克公园树木可使环境气温平均降低1.12 ℃, 湿度增加3.91%。晏海等[41]观测北京奥林匹克森林公园内植物群落降温增湿效应发现, 树木群落夏季日均降温1.6—2.5 ℃, 增湿强度2.9%—5.2%; 纪鹏等[42]在北京清河两侧绿化带内观测发现, 乔草结构绿带夏季白天平均降温1.7 ℃; 而吴菲等[43]测定北京市玉渊潭公园内温湿度的结果表明, 乔灌草样地夏季降温效果在0.8—3.0 ℃。该研究结果稍低于以上相关研究值, 原因主要是研究区树木栽植时间较短, 群落结构单一, 且以单棵或景观树为主, 其小气候调节功能受到制约。因此, 该研究认为单棵树木的小气候调节效应不如群植树明显, 这与Streiling 和 Matzarakis[44]在德国弗莱堡研究发现单棵树下空气温度比片林稍高的结论相一致。

按照观测日平均温度估算, 北京奥林匹克公园水体白天可使环境气温平均降低0.56 ℃。崔丽娟等[29]测定北京8个典型湿地小气候效应的结果表明, 与湿地中心1 km外相比, 夏季湿地可降温0.2—0.6 ℃; 吴菲等[43]在北京市玉渊潭公园内温湿度的结果表明, 夏季水体降温幅度在0.4—2.8 ℃。本观测结果稍低于以上研究结论, 主要原因是奥林匹克公园内龙形人工水系内水体流动性较差, 较小面积水体样地也限制了其小气候调节能力[7]。

综合来看, 北京奥林匹克公园绿地夏季白天平均降低空气温度2.41%, 增加相对湿度5.25%以及提升环境舒适度1.75%, 公园绿地对局地小气候环境有一定改善作用。尽管这种调节作用的幅度有限, 但是对于夏季酷暑干燥的城市环境来说, 其热岛缓解作用仍值得关注[45]。此外, 该研究发现, 公园绿地对空气湿度的调节作用明显大于对空气温度与环境舒适度的影响, 这对于我国空气干燥的北方城市来说比较有利, 而对于夏季以湿热为主的南方城市来说, 注重发挥树木的遮荫功能则更为明智。该研究也证实, 公园绿地白天可使空气温度平均降低0.84 ℃。Bowler 等[1]基于Meta分析比较了全球51个研究案例, 发现公园绿地夏季平均可降温0.94 ℃; 吴菲等[46]研究结果发现, 北京市8个公园绿地夏季白天平均降温1.05 ℃, 说明北京奥林匹克公园绿地的小气候调节能力仍有一定的提升空间。此外, 夏季白天公园树木的降温效应明显高于草地和水体, 而水体的增湿效应高于草地和树木, 尤其灌溉型草地的增湿效应得到明显提升。不过公园林地的环境舒适度优于草地和水体, 干旱草地或受到遮挡的小面积水体甚至降低环境舒适度(图2), 可见不同绿化形式对城市小气候的影响存在明显差异。Potchter 等[13]研究也证实, 虽然草地对空气温度和地表温度均能起到降温作用[47], 但是树木较多的公园草地的降温效应要高于树木较少的公园草地。

正确认知城市绿地的结构布局对其生态功能的影响有助于科学指导我国城镇绿化建设。不过, 城市绿地调节小气候功能受到太阳辐射、空气湿度等气象条件, 以及绿地类型、结构、面积、生物量等多种因素的制约[21,28,45]。该研究是基于北京奥林匹克公园特定的时间, 以及气象条件和建筑环境下的小尺度研究, 公园绿地对较大尺度城市热环境的影响以及这种影响是否仅有绿化所引起尚未有定论[1]。比如Ng 等[48]研究证实, 在高楼林立的香港步行街, 屋顶绿化和地面种草都不能有效降低步行街空气温度, 而在新加坡垂直绿化要比低矮地被植物具有更好的降温效果[9]。因此, 我们有必要对比研究更多地区和不同气象条件下公园绿地的小气候效应, 以更好指导不同地区的绿化建设与规划布局。

图2 北京奥林匹克公园夏季绿地降温增湿与人体舒适度效应

5 结论

为定量解析公园内部不同绿化配置方式的绿地小气候调节功能差异, 该研究同步观测了北京市奥林匹克公园内灌溉草地与荒草地、孤植树与群植树、水体与空旷地3种绿化配置模式下共12个典型样地的微气象要素, 并评估分析了公园草地、公园林地和公园水体的小气候状况以及对人体环境舒适度的影响。结果发现, 与空旷地相比, 夏季公园草地平均可降温1.75%、增湿5.06%, 且灌溉草地的小气候调节效应明显优于荒草地; 其次, 公园林地平均可降温3.25%和增加湿度3.91%, 群植树的小气候效应高于孤植树; 此外, 公园水体的小气候效应表现为平均降温1.56%和湿度增加8.10%, 且大面积水体的小气候调节效果更好。

可见, 北京奥林匹克公园夏季绿地平均可降温2.41%和增湿5.25%, 可改善人体环境舒适度1.75%, 公园内林地的小气候调节功能明显优于公园内的草地和水体。不过, 公园绿地对空气湿度的调节作用明显大于对空气温度与环境舒适度的影响, 因此对于我国空气干燥的北方城市来说, 利用公园绿地的蒸发蒸腾过程以积极发挥其降温增湿效应比较有利, 而对于夏季以湿热为主的南方城市来说, 注重发挥树木的遮荫功能则更为明智。此外, 北京奥林匹克公园的绿化建设还处于完善提升的阶段, 其小气候调节能力仍有较大的提升空间。因此, 建议重视群植树木与大面积水体的建设与布局, 加强公园草地的灌溉养护, 是有效提升其局地小气候调节功能的重要途径。

[1] BOWLER D E, BUYUNG-ALI L, KNIGHT T M, et al. Urban greening to cool towns and cities: A systematic review of the empirical evidence [J]. Landscape and Urban Planning, 2010, 97(3), 147–155.

[2] KONG Fanhua, YAN Wenjiao, ZHENG Guang, et al. Retrieval of three-dimensional tree canopy and shade using terrestrial laser scanning (TLS) data to analyze the cooling effect of vegetation [J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2016, 217: 22–34.

[3] TAN Jianguo, ZHENG Youfei, SONG Guixiang, et al. Heat wave impacts on mortality in Shanghai, 1998 and 2003 [J]. International Journal of Biometeorology, 2007, 51(3): 193–200.

[4] ZHANG Biao, XIE Gaodi, GAO Jixi, et al. The cooling effect of urban green spaces as a contribution to energy-saving and emission-reduction: A case study in Beijing, China [J]. Building and Environment, 2014, (76): 37–43.

[5] NIEMELä J, SAARELA S, SöDERMAN T, et al. Using the ecosystem services approach for better planning and conservation of urban green spaces: A Finland case study[J]. Biodiversity and Conservation, 2010, 19(11): 3225–3243.

[6] OKE T R, CROWTHER J M, MCNAUGHTON K G, et al. The Micrometeorology of the Urban Forest [J]. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 1989, 1223(324): 335–349.

[7] HATHWAY E A, SHARPLES S. The interaction of rivers and urban form in mitigating the Urban Heat Island effect : A UK case study [J]. Building and Environment, 2012, 58: 14–22.

[8] 江学顶, 夏北成. 珠江三角洲城市群热环境空间格局动态[J]. 生态学报, 2007, 7(4): 1461–1470.

[9] WONG N H, TAN P Y, CHEN Y. Study of thermal performance of extensive rooftop greenery systems in the tropical climate [J]. Building and Environment, 2007, 42(1): 25–54.

[10] RAZZAGHMANESH M, BEECHAM S, SALEMI T. The role of green roofs in mitigating Urban Heat Island effects in the metropolitan area of Adelaide, South Australia [J]. Urban Foretry and Urban Greening, 2016, 15: 89–102.

[11] VAILSHERY L S, JAGANMOHAN M, NAGENDRA H. Effects of street trees on microclimate and air pollution in a tropical city [J]. Urban Forestry and Urban Greening, 2013, 12: 408–415.

[12] SPRONKRN-SMITH R, OKE T. The thermal regime of urban parks in two cities with different summer climates [J]. International Journal of Remote Sensing, 1998, 19: 2085–2104.

[13] POTCHTER O, COHEN P, BITAN A. Climatic behavior of various urban parks during hot and humid summer in the mediterranean city of Tel Aviv, Israel [J]. International Journal of Climatology, 2006, 26: 1695–1711.

[14] SAARONI H, ZIV B. The impact of a small lake on heat stress in a Mediterranean urban park: the case of Tel Aviv, Israel [J]. International Journal of Biometeorology, 2003, 47(3): 156–165.

[15] SUN Ranhao, CHEN Ailian, CHEN Liding, et al. Cooling effects of wetlands in an urban region: the case of Beijing [J]. Ecological Indicators, 2012, 20: 57–64.

[16] CA V T, ASADEA T, ABU E M. Reductions in air conditioning energy caused by a nearby park [J]. Energy and Buildings, 1998, 29(1): 83–92.

[17] JANSSON C, JANSSON P E, GUSTAFSSON D. Near surface climate in an urban vegetated park and its surroundings [J]. Theroretical and Applied Climatology, 2007, 89: 185–193.

[18] JAUREGUI E. Influence of a large urban park on temperature and convective precipitation in a tropical city [J]. Energy and Buildings, 1990-1991, 15(3/4): 457–463.

[19] ALEXANDRI E, JONES P. Temperature decreases in anruban canyon due to green walls and green roofs in diverse climates [J]. Building and Environment, 2008, 43(3): 480–493.

[20] HAMADA S, OHTA T. Seasonal variations in the cooling effect of urban green areas on surrounding urban areas [J]. Urban Forestry and Urban Greening, 2010, 9(1): 15–24.

[21] 苏泳娴, 黄光庆, 陈修治, 等. 城市绿地的生态环境效应研究进展[J]. 生态学报, 2011, 31(23): 7287–7300.

[22] 张健, 章新平, 王晓云, 等. 北京地区气温多尺度分析和热岛影响[J]. 干旱区地理, 2010, 33(1): 51–58.

[23] 阳文锐, 李锋, 何永. 2003-2011年夏季北京城市热景观变化特征[J]. 生态学报, 2014, 34(15): 4390–4399.

[24] 张彪, 高吉喜, 谢高地, 等. 北京城市绿地的蒸腾降温功能及其经济价值评估[J].生态学报, 2012, 32(24): 7698–7705.

[25] 张彪. 北京市绿色空间及其生态系统服务[M]. 北京: 中国环境出版社, 2016.

[26] 吴菲, 李树华, 刘娇妹. 林下广场、无林广场和草坪的温湿度及人体舒适度[J]. 生态学报, 2007, 27(7): 2964–2971.

[27] 冯悦怡, 李恩敬, 张力小. 校园绿地夏季小气候效应分析[J].北京大学学报(自然科学版), 2014, 50(5): 812–818.

[28] 高吉喜, 宋婷, 张彪, 等. 北京城市绿地群落结构对降温增湿功能的影响[J]. 资源科学, 2016, 38(6): 1028–1038.

[29] 崔丽娟, 康晓明, 赵欣胜, 等. 北京典型城市湿地小气候效应时空变化特征[J]. 生态学杂志, 2015, 34(1): 212–218.

[30] DUNNETT N, CLAYDEN A. Rain gardens: Managing water sustainably in the garden and designed landscape[M]. Portland: Timber Press. 2007.

[31] SU Weizhong, ZHANG Yong, YANG Yingbao, et al. Examining the Impact of Greenspace Patterns on Land Surface Temperature by Coupling LiDAR Data with a CFD Model[J]. Sustainability, 2014, 6(10): 6799–6814.

[32] 杨萍, 刘伟东, 侯威. 北京地区极端温度事件的变化趋势和年代际演变特征[J].灾害学, 2011, 26(1): 60–64.

[33] 徐心馨, 李小娟, 孟丹. 北京市不同下垫面类型对热岛效应及人体舒适度的影响[J]. 首都师范大学学报(自然科学版), 2013, 34(3): 47–52, 76.

[34] COUTTS A, HARRIS R. Urban Heat Island Report: A Multi-scale Assessment of Urban Heating in Melbourne during an Extreme Heat Event: Policy Approaches for Adaptation[D].Victorian Centre for Climate Change Adaptation Research, 2013.

[35] SHAHMOHAMADI P, CHE-ANI A I, MAULUD K N A, et al. The impact of anthropogenic heat on formation of urban heat island and energy consumption balance[J]. Urban Studies Research, 2011, 2011: 1–9.

[36] TAN C L, WONG N H, TAN P Y, et al. Impact of plant evapotranspiration rate and shrub albedo on temperature reduction in the tropical outdoor environment[J]. Building and Environment, 2015, 94: 206–217.

[37] WEBB B, ZHANG Y. Spatial and seasonal variability in the components of the river heat budget[J]. Hydrological Processess 1997, 11(1): 79–101.

[38] 刘勇洪, 轩春怡, 权维俊. 基于卫星资料的北京陆表水体的热环境效应分析[J]. 湖泊科学, 2013, 5(1): 73–81.

[39] 李辉, 赵卫智, 古润泽, 等. 居住区不同类型绿地释氧固碳及降温增湿作用[J]. 环境科学, 1999, 20(11): 41–44.

[40] GILL S E, HANDLEY J F, ENNOS A R, et al. Adapting cities for climate change: the role of the green infrastructure[J]. Built Environment, 1998, 33(1): 115–133.

[41] 晏海, 王雪, 董丽. 华北树木群落夏季微气候特征及其对人体舒适度的影响[J]. 北京林业大学学报, 2012, 34(5): 57–63.

[42] 纪鹏, 朱春阳, 李树华. 城市沿河不同垂直结构绿带四季温湿效应的研究[J]. 草地学报, 2012, 20(3): 456– 463.[JI P, ZHU C Y, LI S H. Selected vertical structures of green belts along urban rivers affect seasonal temperature and humidity. Acta Agrestia Sinica, 2012, 20(3): 456–463. ]

[43] 吴菲, 朱春阳, 李树华. 北京市6种下垫面不同季节温湿度变化特征[J]. 西北林学院学报, 2013, 28(1): 207–213.

[44] STREILING S, MATZARAKIS A. Influence of single and small clusters of trees on the bioclimate of a city: a case study[J]. Journal of Arboriculture, 2003, 29(6): 309–316.

[45] 陈爱莲, 孙然好, 陈利顶. 基于景观格局的城市热岛研究进展[J]. 生态学报, 2012, 32(14): 4553–4565.

[46] 吴菲, 李树华, 刘娇妹. 城市绿地面积与温湿效益之间关系的研究[J]. 中国园林, 2007, 6: 71–74.

[47] ALEXANDRI E, JONES P. Developing a one-dimensional heat and mass transfer algorithm for describing the effect of green roofs on the built environment: Comparison with experimental results[J]. Building and Environment, 2007, 42(8): 2835–2849.

[48] NG E, CHEN Liang, WANG Yingna, et al. A study on the cooling effects of greening in a high-density city: An experience from Hong Kong[J]. Building and Environment, 2012, 47(1): 256–271.

The summer microclimate of green spaces in Beijing' Olympic Park and their effects on human comfort index

ZHANG Biao1,*, Majid AMANI-BENI1,2, SHI Yunting1,2, XIE Gaodi1

1. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Urban green spaces can provide various ecosystem services and environmental benefits, and have been considered as an effective measure to mitigate UHI (Urban Heat Island) through their microclimate regulation. The investigation and empirical researches on the cooling effects of urban parks are necessary to efficiently guide the design and planning of urban green space. This study has conducted a microclimate observation on temperature and relative humidity inside the Olympic Park of Beijing from July to September in 2016, and analyzed their microclimate differences between tree, grass and waterbody. The results indicated that the grassland in the park was on average 1.75% cooler than impervious area during the day, as well as increased air humidity by 5.25%, and the grass irrigation management enhanced the microclimate regulation of grass. The park trees could reduce 3.25% air temperature and increase 3.91% air humidity, respectively; the single tree only generated poor microclimate regulation than cluster trees. The cooling effect of water bodies in the park presented 1.56% temperature decrease and 8.10% humidity increase, and larger area water body could generate better microclimate regulation. In conclusion, the Olympic Park was 2.41% cooler of impervious area during the day, as well as increased air humidity by 5.25% and improved human comfort index 1.75, whereas urban park tree generated more cooling effect than the grass and waterbody in this park. Therefore, we advise urban planners to attach more importance on the cluster tree and larger area of water; in addition, we suggest proper irrigation regime for park's grass in order to take advantage of microclimate regulation of urban parks.

urban green space; microclimate; summer; human comfort index; Beijing's Olympic Park

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.05.011

X828

A

1008-8873(2018)05-077-10

2017-10-20;

2018-02-03

国家重点研发计划(2016YFC0503403)

张彪(1980—), 男, 山东郓城人, 博士, 副研究员, 主要从事城市与区域生态学研究, E-mail: zhangbiao@igsnrr.ac.cn

通信作者:张彪, 男, 山东郓城人, 博士, 副研究员, 主要从事城市与区域生态学研究, E-mail: zhangbiao@igsnrr.ac.cn

张彪, Majid Amani-Beni, 史芸婷, 等. 北京奥林匹克公园夏季绿地小气候及人体环境舒适度效应分析[J]. 生态科学, 2018, 37(5): 77-86.

ZHANG Biao, Majid AMANI-BENI, SHI Yunting, et al. The summer microclimate of green spaces in Beijing' Olympic Park and their effects on human comfort index[J]. Ecological Science, 2018, 37(5): 77-86.