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(jì)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(gè)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?？偟膩碚f，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(dòng)的一部分。
屋頂綠化不但為城市居民提供了一個(gè)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(gè)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(gè)社區(qū)居民委員會，分4個(gè)片，分別是東片的雅荷塘、仁生里(豪賢苑)、福恩里；南片的財(cái)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(gè)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(shí)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(shí)記錄一次溫濕度值。每種綠化類型（包括裸屋頂）、每個(gè)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(gè)點(diǎn)進(jìn)行測量，每個(gè)時(shí)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(jì)（溫度測量精度 0.1℃，濕度測量精度 0.1％RH）和光照照度計(jì) 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(shí)段一般是 14：30 左右，比光照最強(qiáng)的時(shí)段遲一個(gè)小時(shí)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(shí)候出現(xiàn)最大值，之后時(shí)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(gè)時(shí)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(shí)候出現(xiàn)最大值，之后時(shí)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(shí)候出現(xiàn)最大值，之后時(shí)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。花園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(gè)時(shí)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）
（1）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(shí)，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。
?。?）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(shí)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(gè)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?？傮w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(jì)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(shí)間為3～4個(gè)月，按照100d 計(jì)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。
參考文獻(xiàn)（References）
[1]蘇雪痕. 植物造景[M]. 北京：中國林業(yè)出版社,1994.
[2]韓麗莉，杜偉寧，馬路遙. 我國屋頂綠化現(xiàn)狀及前景[J]. 園林，2011, (8)：9-13.
[3]Steven L Cantor. Green roofs in sustainable landscape design[M]. New York：W. W. Norton & Company, 2008.
[4]吉文麗，李衛(wèi)忠，王誠吉，姚愛靜. 屋頂花園發(fā)展現(xiàn)狀及北方屋頂綠化植物選擇與種植設(shè)計(jì) [J]. 西北林
學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，20（3）:80-183.
[5]馬月萍，董光勇. 屋頂綠化設(shè)計(jì)與建造[M]. 京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.
[6]Fabricio Bianchini, Kasun Hewage. How "green" are the green roofs? Lifecycle analysis of green roof
materials[J]. Building and Environment,2012,48:57-65.
[7]張英杰，趙翠榮. 天臺綠化技術(shù)[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，34( 9)：1868, 1879.
[8] Oberndorfer E, Lundholm J, Bass B, Coffman R, Doshi H, Dunnett N, Gaffin S , Kohler M, Liu K, Rowe B.
Green roofs as urban ecosystems: ecological structures, functions, and services[J]. BioScience,2007,57
(10),823-833.
[9] Saiz S, Kennedy C, Bass B, Pressnail K. Comparative life cycle assessment of standard and green roof[J].
Environmental Science and Technology,2006,40,4312-4316.
[10]王軍利. 屋頂綠化的簡史、現(xiàn)狀與發(fā)展對策[J]. 園藝園林科學(xué)，2005,21(12)：304-306.
編輯：daiy
相關(guān)閱讀
航拍廣州最大的濕地公園——南沙濕地公園
南沙濕地公園位于廣州市最南端，地處珠江出?？谖靼兜哪仙硡^(qū)萬頃沙鎮(zhèn)十八涌與十九涌之間，總面積約10000畝，是廣州市最大的濕地公園，是候鳥遷徙的重要停息地之一，也是夏季觀賞荷花荷葉的好去處。【詳細(xì)】
第二屆“設(shè)計(jì)城市”研討會在廣州舉行
黨的十九大報(bào)告中提出，要提高保障和改善民生水平，加強(qiáng)和創(chuàng)新社會治理。為貫徹落實(shí)十九大報(bào)告精神，11月24日，由廣州市社會科學(xué)界聯(lián)合會、華南理工大學(xué)聯(lián)合主辦的第二屆【詳細(xì)】
