文献研读分享植树和高宽比对街道峡谷热环境 [复制链接]

《植树和高宽比对街道峡谷热环境综合影响的室外实验研究》这一文章是TaihanChen,HongyuYang,GuanwenChen,ChoKwongCharlieLam,JianHang,XuemeiWang,YonglinLiu,HongLing在年发表在ScienceoftheTotalEnvironment期刊上。本研究量化了树木种植和不同纵横比（建筑高度/街道宽度，AR=H/W=1,2,3；H=1.2m）的南北向街道峡谷对热环境的影响，为城市树木种植提供有意义的参考，为数值模拟提供高质量的验证数据。

*摘要*

城市绿化具有降低城市热岛强度和建筑能耗的潜力。不同的植被水平可使行人水平风速降低29%-70%。对于造林密度ρ=1和单排布置，大冠锦鸡儿具有较好的遮光效果，白天的墙温和气温分别降低了9.4℃和1.2℃。相比之下，大果锦鸡儿（小冠）导致行人水平的温度升高。当H/W=2时，由于其对流换热较弱，大果木属的白天降温/升温和夜间升温最大。当H/W=3时，建筑遮阳对遮阳降温起主导作用，树木降温不明显。当ρ=1时，双排树可使墙温和空气温度在白天分别降低10.0℃和1.0℃。而将ρ从1降低到0.5，则削弱了大果锦鸡儿的白天降温能力和增温效应。本研究量化了树木种植和不同纵横比对热环境的影响，为城市树木种植提供有意义的参考，为数值模拟提供高质量的验证数据。

*本文亮点*

本文对纵横比（建筑高度/街道宽度，AR=H/W=1,2,3；H=1.2m）的南北向街道峡谷的树木影响进行了按比例的室外试验；不同的植被水平可将行人层风速降低29%–70%；树冠大的物种在白天比树冠小的物种有更好的降温效果；植树密度ρ=0.5（密度较小）产生的增温效果高于ρ=1（密度较大）；由于树木的遮光/反射降低（升高）了下面（上面）的空气和墙壁温度。

*实验内容方法*

在中国广州（23°4′N，°23′e）进行了SOMUCH平台（即城市气候与健康的室外定标测量）。该SOMUCH平台（图1a）用于模拟一个总尺寸为44.4m×12.5m的理想街道峡谷模型和混凝土地面（街道长度L=12.5m10H，图1b），形成33排南北街道峡谷。每排25个空心混凝土建筑模型（长（B）×宽（B）×高（H）=0.5m×0.5m×1.2m），墙厚1.5cm。设置三个街道宽度（W=1.2m、0.6m和0.4m），以获得不同的街道纵横比（AR=H/W=1、2、3）。每个纵横比包含三个目标街道峡谷（图1b）。我们总共设计了九个不同植被环境的街道峡谷（No（1）–（9））。无树街道（No（1）（4）（7），无树街道）分别为AR=1、2、3的参考案例（图1b），其他街道配备了不同配置的各种树木种植（图1c）。试验期为年10月和11月，受广州亚热带气候影响，气温偏高。

图1

在本研究中采用了两种树种（图2a和图2b）。表1显示了所研究树种的物理结构。在试验中，选择造林密度（ρ在0和1之间）为ρ=0.5和1（图2c）。在本研究中，ρ被定义为树冠总长度除以街道总长度。对于大果木树（小树冠），造林密度ρ=0.5和1表示树冠覆盖了50%（每行33株）和%（每行66株）。大冠层中，每行分别有12株和24株乔木，ρ=0.5和1。由于狭窄的间距（W=0.4m），只有长果锦鸡儿被放置在H/W=3（图2d）的街道峡谷中。此外，在H/W=1时，还设置了双排结构（图2e），研究了树木配置（双排和单排）对风和城市热环境的影响。在街道峡谷的整个地面上设计了一条深度为0.2m的沟渠（图2f），用于放置树木的花盆。为了减少对街道峡谷反照率和水流模式的影响，在每两个罐子之间放置水泥板（2厘米厚，图2g），并创建了一个类似于无树街道的地板。带有稳定动力泵的滴灌系统在每天下午6点为每个盆栽植物提供毫升（平均相对误差（MRE）约为5.5%）的供水（图2h）。

表1

图2

在实验期间，利用三维超声风速仪、全方位热球风速仪、热电偶、净辐射计和气象站分别测量风速和湍流、气温、地表温度、辐射和大气背景条件（图3）。对于具有不同长宽比和植被配置的街道峡谷，同时进行测量，所有仪器的位置相似（图1b）。对于每个树种，取样一棵代表性树木（图2a–b），直接测量树高（HT）、冠幅高度（CH）和冠幅直径宽度（CW）。研究中，单个街道峡谷单元（图3b）的反照率由下列公式估算：

其中K↓为入射短波表面通量，K↑为反射短波表面通量

图3

*结论*

当H/W=1、2、3时，无树街道上U0.17H（行人高度，z=0.2m=0.17H）与U2H（街道峡谷以上，z=2.4m=2H）的风速比分别为0.39、0.31和0.15。此外，树木可以降低29%-70%的行人风速。当H/W=1,2时，树冠较小但较低的大果锦鲤比树冠较大的大果锦鲤产生较小的行人水平风速。此外，更大的树木覆盖率（例如从ρ=0.5到ρ=1或从单排树木到双排树木）可获得较低的行人水平风速。

不同树种对街道热环境影响较大，特别是在低层地区，当H/W=1、2、3时。当ρ=1且为单列排列时，大冠锦鸡儿对太阳辐射产生明显的遮荫作用，并在峰值时间（12:00–16:00）降低Tw和Ta达9.4°C和1.2°C。然而，在白天，大果锦鸡儿（小冠）提供较少的遮阳，并诱导较弱的街道通风和对流冷却。因此，它使Ta升高了1.2℃，而使Tw略微降低了不到3.5℃。在夜间，这两种物种对Tw和Ta都有增温作用。

如果单列种植密度ρ从1降到0.5，则大冠层乔木的降温能力和小冠层乔木的增温效应在白天变弱。

在白天，与单排树相比，ρ=1的双排树在行人层产生更大的冷却效果（Tw和Ta降低达10.0°C和1.0°C），这是由于更好的树荫和更大的增温效果（Tw增加1.3°C）在夜间，由于长波辐射和通风的冷却能力较弱。减少双排树的ρ抵消了白天的降温效应，甚至导致比无树街道峡谷更高的气温（2.3℃）。

在单列排列且ρ=1的情况下，树木可以增加高层墙壁（约2.0°C）和空气温度。将ρ从1降到0.5，采用双排排列可增强这种高水平增温效应。树木还增加了整体反照率和太阳辐射的反射。

高宽比也影响由树木引起的街道小气候变化。与无树街道相比，当H/W=2时，由于其对流换热弱于H/W=1，而建筑墙体的阴影主导了遮阳降温，树木降温不明显。

*小编说*

本文作为一个尝试性的实验,为城市植被规划提供了一些有意义的参考。采取适宜的遮光树种、适宜的种植密度和布局有利于夏季有效降温。本文中的结论可以为城市设计者在设计道路植被时提供有效的帮助。