下沉式景观水体对不同坡向离岸位点夏季温湿度的影响.pdf

2023四川林业科技）编辑部研究报告Jun.2023Journal of Sichuan Forestry Science and Technology20233年6月No.3Vol.44,第3 期第44卷四川林业科技下沉式景观水体对不同坡向离岸位点夏季温湿度的影响穆文涛，周林玉，刘金平*，银彩羽，刘亚西西华师范大学生命科学学院，四川南充6 37 0 0 92022-08-31收，2 0 2 3-0 3-0 6 网络版发表基金项目西华师范大学基本科研业务费（17 D081）穆文涛（1998），男，湖北宜昌，硕士研究生，17 416 592 32 *通信作者开放科学（资源服务）标识码(OSID)：摘要以亚热带气候约11940 m的下沉式景观水体为对象，通过水体护坡的东南西北4个坡向上，各设置离岸0 m、5m、10 m、15m、2 0 m 的观测位点，在夏季（39/2 5）分别于9:30、11:30、13:30、15:30、17:30测定位点的温度和湿度，分析位点间、坡向间、时间间温湿度的差异，研究下沉式景观水体对不同坡向离岸位点夏季温湿度的影响。结果表明：1）景观水体周围4个坡向2 0 个位点的温度和湿度有显著差异（P 0.0 5），17:30 时温度差最大为6.54，9:30 时湿度差最大为18.7 3%。2）4个坡向2 0 个位点温湿度表现出显著的坡向间、位点间、时间间差异（P0.05），坡向间温度差在15:30 时最大而湿度差在11:30 时最大，位点间温度差在17:30 时最大而湿度差在9:30 时最大。3）温度和湿度显著受坡向、位点和时间的单一和交互影响（P 西 北 南，对位点影响大小为位点0位点2 0 位点5 位点15 位点10。综上，水体对不同坡向离岸位点的降温增湿效应不同，应依坡向与位点建设下沉式景观水体生态护坡植物群落。关键词水体；坡向；位点；温湿度；景观景观水体指天然形成或人工建造，具有外观形状、分布状态、文化意境、气候调节等特点，给人以美感的观赏性水体!。随着园林城市、海绵城市、生态城市等理念推广与实践，营造与应用景观水体成为城市绿化、乡村美化及生态治理的重要技术手段。水体和植物合理布局和配置，对提高景观丰富度和改善绿地生态环境有着重要的作用 2 。景观水体不仅是增加园林景观空间感、流动感、柔美感、参与感、娱乐感和自然感的造景手法，水体因热容量大、蒸发潜热大及水面反射率小的特殊物理性质 3,是城市开放空间性能最好的辐射散热器和蒸发增湿器 4，充分利用水体的区域气候调节性与自然通风能力 5，是缓解城市制冷与供热需求、降低城市温室效应、减少碳排放和实现碳中和的必然要求。研究景观水体降温增湿规律及其导致微生境异质性大小，对水体周围绿化植物选择、配置及栽培养护具有指导意义。诸多学者对水体日间、夜间及季节性的温湿度调节能力进行了研究 6-8 ，结果均表明水体具降温增湿功能。受水体形状、面积、状态和分布的限制 2 ，及研究尺度、度量方式、测定时间和测定持续期的干扰 9，水体降温增湿幅度和影响范围的研究结果不尽相同 10-1。10 0 m宽水体可使周围水平方向约2 0 0 m环境温度降低57，仅0.0 36 km的面状水域使城市热岛区域温度降低3.6 5 12 ，夏季最大增湿10%2 0%，且可增加水体周围的风速 13。建设下沉式景观水体是打造坡地景观、错层式景观和架空层景观，增加园林景观丰富度和层次感的常用手段，目前极少研究关注下沉式水体的降温增湿引用格式：穆文涛，周林玉，刘金平，等。下沉式景观水体对不同坡向离岸位点夏季温湿度的影响 J.四川林业科技，2 0 2 3,44（3）：95-10 1.MU W T,ZHOU L Y,LIU J P,et al.Effects of sunken landscape water body on temperature and humidity of offshore sites with different slopedirections in summerJ.Journal of Sichuan Forestry Science and Technology,2023,44(3):95-101.doi:10.12172/202208310001.962023年第44卷四川林业科技第3 期效应。本文以南北长2 0 0 12 m、东西宽6 0 8 m，水域周长约52 8.8 6 m，面积约11940 m的下沉式静水湖为对象，于夏季9:30、11:30、13:30、15:30、17:30,通过测定东西南北4个坡向上，距离驳岸0 m、5m、10m、15m、2 0 m 等位点的温度和湿度，分析时间间、坡向间、位点间的温湿度差异，摸索下沉式景观水体周围微生境中温湿度变化规律，研究景观水体对不同坡向位点夏季降温增湿效应的影响。以期为下沉式景观水体周围生态护坡设计、观赏植物选择配置、一体化生态景观营造及森林城市建设提供依据。1材料与方法1.1试验地概况试验水体为位于四川省南充市西华师范大学校园内的人工下沉式静水湖的迎曦湖，属亚热带湿润季风气候，北纬30 49、东经10 6 0 8，四季分明，雨热同季，年平均气温17.4，最高气温40.1，最低气温-2.8，年日照时间12 6 6.7 h。水体四周护坡中部，距水面垂直高度2.110.0 5m，设景观步道，护坡植被为草坪+灌木球+矮乔木。用指南针确定正南方向，正向1.0 0 测坡度、坡长和盖度，湖周坡度情况见表1。1.2测量仪器MJ-1360A温湿度计，温度精度1，分辨率0.1，范围-30 8 5。湿度精度3%RH，分辨率0.1%RH，范围0%RH100%RH。取样时间1次/秒。1.3试验设计在湖周的东南西北4个方向上，各沿坡向设置距驳岸0 m、5m、10 m、15m、2 0 m 等5个观测位点，位点若遇乔灌木遮阴，则水平横移距冠幅3m，避免植被的影响。表1湖周护坡基本情况Tab.1Basic information of slope protection around the lake坡向坡度坡长植被盖度Slope direction Aspect slope/Slope length/m Vegetation coverage/%东East39.951.85b32.360.22a65.250.25b南South40.781.55b20.810.05d54.320.12c西West44.402.25a26.230.81b69.370.15a北North39.531.64b22.870.03c40.160.31d分别在晴朗无风的2 0 2 1年8 月1日（37/2 5）2日（38/2 7）和3日（39/2 6）的9:30、11:30、13:30、15:30、17:30 等5个时间点，测定位点离地1.50m的温度和湿度，3次读数。1.4数据分析采用SPSS20.0进行了多重比较、方差分析等数据统计，并用Duncan法对各参数进行显著性检验和利用线性模型进行回归性分析。2结果与分析2.1景观水体对坡向和位点温度的影响景观水体周围4个坡向2 0 个位点的温度有显著差异（P 南 北 西，11:30为北 东 西 南，13:30 为东 南 西 北，15:30为北 东 南 西，17:30 为东 西 北 南。东向坡温度最易受水体影响，受影响大小为15:30 11:30 9:30 17:3013:30。15:30 时坡向间温度差异最大，13:30时坡向间温度差异最小。水体对位点温度影响表现出时间尺度上的差异（见表4），9:30 温度差异大小为位点2 0 位点15位点位点10 位点5，11:30 温度差异大小为位点2 0 位点15 位点1o位点 位点0，13:30 温度差异大小为位点2 0 位点10 位点15 位点5 位点0，15:30 温度差异大小为位点2 0 位点15位点10 位点位点0，17:30 温度差异大小为位点10 位点15 位点2 0 位点 位点5。5个位点温度在11:30 时均有显著差异，位点，除11:30外均无差异，位点2 0 在5个时间上均有显著差异，位点。在13:30 和15:30 时无差异，位点10 在9:30 无差异，位点15在13:30 无差异。97研究报告穆文涛，等：下沉式景观水体对不后玻向岸位点夏季温湿度的影响表2 水体对坡向和位点温度影响的多重比较Tab.2Multiple comparison of effects of water body on temperature of slope direction and distance site坡向位点温度Temperature/SlopedirectionDistance/m9:3011:3013:3015:3017:30029.730.32c33.200.62b34.010.57c34.800.56c32.410.71d530.601.14bc34.200.36ab34.290.28c34.820.36c32.920.62cd东East1031.371.30bc34.570.22ab35.470.43abc37.850.57b34.140.56cd1532.361.29ab35.380.21a36.901.81ab36.200.27bc34.220.98c2033.520.27a34.650.56ab36.971.46a36.410.20bc34.570.59c029.710.69c31.160.65c33.240.32c34.380.23c32.860.64d529.980.58c32.100.39bc33.930.51bc35.140.59c33.670.39cd南South1030.320.39c31.930.28bc34.530.67b35.270.63c34.460.17c1530.761.08c31.600.79c34.700.44b36.520.85bc34.620.91c2031.660.42c32.710.45b34.540.52b36.830.85bc34.130.21c029.880.28c29.800.34c33.420.23c34.800.56c35.031.01c530.710.89bc31.200.66c33.631.00c34.820.36bc34.450.28c西West1031.270.92bc31.410.94bc34.841.05bc37.850.56b36.060.44bc1531.230.41bc32.050.67bc35.731.31ab38.970.21a38.380.81a2031.800.65bc33.010.27bc36.700.40a38.981.25a38.950.61a032.070.49bc33.200.62b34.030.57c34.800.56c34.540.33c531.930.25bc33.870.75bc34.290.28c34.820.36c34.710.62c北North1031.430.99c34.750.39ab35.470.43b37.850.57b36.060.44bc1531.890.79bc35.380.21a35.111.10bc37.651.25b34.991.06c2032.660.53b35.740.17a34.520.29bc37.420.50b36.580.56b注：同列不同小写字母表示位点间温度的显著性差异（P0.05），下同。Note:Different small letters in the same column indicate the significant difference of temperature between distance points(P0.05),the samebelow.表3水体对坡向温度影响的方差分析Tab.33 Analysis of variance of influence of water body on slopetemperature坡向温度Temperature/Slope direction9:3011:3013:3015:3017:30F27.07228.71418.02736.30118.977东EastP0.0010.0010.0020.0010.002F14.1426.87313.26726.26012.616南SouthP0.0040.0260.0050.0010.005F3.42910.6127.26216.87115.419西WestP0.0520.0010.0050.0010.001F3.61128.7553.54237.95313.419北NorthP0.0460.0010.0490.0010.004注：F值表示F检验的显著性，F越大表示越显著，P值表示概率值，下同。Note:F value indicates the significance of F test,the larger Fvalue indicates the more significant,and P value indicates theprobability value,the same below.2.2景观水体对坡向和位点湿度的影响景观水体周围4个坡向2 0 个位点的湿度有显著表4水体对位点温度影响的方差分析Tab.4Analysis of variance of influence of water body on sitetemperature位点温度Temperature/Distance/m9:3011:3013:3015:3017:30F4.8125.6342.0871.8244.9540P0.0440.0300.2420.3610.032F3.3576.3753.5613.6423.6245P0.0820.0280.0760.0560.062F3.4326.5815.2134.83114.41710P0.0610.0220.0290.0410.001F5.1917.7693.55911.92313.14415P0.0320.0130.0720.0090.005F6.9257.8336.85213.24511.21620P0.0230.0110.0190.0020.018注：F值表示F检验的显著性，F越大表示越显著，P值表示概率值，下同。Note:F value indicates the significance of F test,the larger Fvalue indicates the more significant,and P value indicates theprobability value,the same below.982023年第44卷四川林业科技第3 期差异（P 西 东 北，11:30和13:30 为东 南 北 西，15:30 和17:30 为南 北西 东。东向坡湿度最易受水体影响，受影响大小为11:3013:309:3015:3017:30。9:30 时坡向间湿度差异最大，15:30 时坡向间湿度差异最小。水体对位点湿度影响表现出时间尺度上的差异（见表7），9:30 湿度差异大小为位点位点位点2 0 位点10 位点15，11:30 差异大小为位点位点15位点2 0 位点 位点10，13:30 差异大小为位点 位点s位点2 0 位点15 位点10，15:30 差异大小为位点 位点5位点2 0 位点10 位点15，17:30 差异大小为位点位点2 0 位点 位点15 位点10。5个位点湿度在5个时间均有显著差异（P0.05），位点0、位点5、位点2 0 湿度在5个时间均有极显著差异（P0.01）。2.3温度和湿度影响的析因分析水体周围的温度和湿度受坡向、位点和时间的显著影响，也显著受坡向、位点和时间的交互影响（P 0.0 5）（见表8）。温度在时间间有极显著差异，湿度在坡向间、位点间和坡向位点有极显著差异（P 坡向 坡向时间 位点 位点时间 坡向位点时间 坡向位点，影响湿度因子为位点 坡向位点位点时间 坡向 坡向时间 时间 坡向位点时间。时间是影响温度第一因子，位点是影响湿度第一因子，坡向是影响温度和湿度的第二因子。3讨论下沉式水体的护坡高度与坡度，决定着坡面截表5水体对坡向和位点湿度影响的多重比较Tab.5 Multiple comparison of effects of water body on t humidity of slope direction and distance site in summer坡向位点湿度Humidity/%Slope directionDistance/m9:3011:3013:3015:3017:30046.040.00e50.000.10c45.870.01e47.660.01bc45.380.01e545.100.00f47.900.01de42.230.02g45.290.01c44.670.00ef东East1044.130.00g44.14%0.17f39.970.01h45.350.01c42.370.01f1543.680.00g38.030.02h39.960.00h48.970.01b42.450.01f2043.000.01h36.430.10i40.160.10h47.370.04bc42.210.01f060.040.01a55.160.01a50.880.01a55.260.14a56.030.02a547.550.01de53.250.01b49.650.01ab49.570.03b48.500.01d南South1045.590.01f50.900.00c48.700.00b44.970.02c49.450.01c1543.590.01g48.250.00d48.060.01c45.830.02c53.160.01b2048.240.06d46.330.00e46.260.00d51.730.03b55.290.01a054.790.00b51.050.00c50.870.02a43.550.01d44.780.00ef552.220.00c49.550.02cd48.540.03b40.150.02e42.490.02f西West1048.880.03d47.890.01de48.670.01b39.800.02e44.830.02ef1554.280.00b49.070.00d45.300.00e40.770.01e42.690.00f2055.430.01b55.970.06a48.300.02b39.970.02e41.010.00g045.270.01f48.970.01d41.470.02g41.570.02de43.870.00f543.230.01h45.410.10e41.030.00gh38.730.01e39.590.01g北North1044.160.01g43.200.01f43.6-0.01f38.670.01e40.480.01g1543.660.11h42.160.01g40.310.01h39.820.02de42.070.00f2046.490.01e46.930.01e43.640.01f42.200.01de44.940.00e99研究报告穆文涛，等：下沉式景观水体对不同坡向离岸位点夏季温湿度的影响表6 坡向对不同时段湿度影响的方差分析Tab.6Variance analysis of influence of slope direction on humidityat different times坡向湿度Humidity/%Slope direction9:3011:3013:3015:3017:30F13.24136.11218.3776.8126.741东EastP0.0030.0010.0010.0480.049F34.12516.6379.25421.15711.217南SouthP0.0010.0020.0330.0010.023F17.6529.6887.3746.9317.154西WestP0.0020.0180.0410.0430.039F9.27816.8428.5247.1428.314北NorthP0.0320.0030.0340.0410.036表7 位点对不同时间湿度影响的方差分析Tab.7Variance analysis of influence of position on humidity atdifferenttimes位点湿度Humidity/%Distance/m9:3011:3013:3015:3017:30F34.34718.65422.13421.32426.3120P0.0010.0010.0010.0010.001F23.31416.37419.50517.60913.0785P0.0010.0010.0010.0010.002F9.8629.8518.1326.6749.46410P0.0050.0050.0170.0340.012F7.69317.2178.5636.54113.11215P0.0230.0010.0120.0410.004F16.67517.1429.89611.22416.76520P0.0010.0010.0040.0020.001留雨水和水土保持能力，迎曦湖四周坡度为39.5344.40，坡长为2 0.8 1m32.36m，亚热带湿润季风气候特征使护坡夏季易出现季节性高温与干旱14。坡向决定着坡面的受光方向、光照强度及光照时数，引起生境中光照、温度、雨量、风速、土壤质地等非生物因子的异质性 15，常将坡向划分为九个方位或四个方向开展相关研究。本文以东、南、西、北4方位研究水体的降温增湿效应，表明水体对温湿度影响呈现出显著时空分布特点。水体日间温湿度呈单峰曲线状趋势，14:0 0 16:0 0 降温增湿效应达峰值，降温1.6 3.0，增湿6%14%2.13。本文中水体对不同坡向降温增湿效应影响不同表现，坡向间温湿度差异随着时间而变化，1d中湖周温度差为2.7 3 7.18，湿度差为4.6 2%18.7 3%。不同坡向温湿度峰值由太阳直射度决定，上午东坡温度高而下午西坡温度高，整个白天南坡湿度均高于其他坡向，但析因分析说明时间是影响湖周温度的第一因子，位点是影响湿度的第一因子，而坡向是影响温湿度的第二因子。坡向间温度差在15:30 最大为4.6 0 而13:30 时最小为3.7 1，坡向间湿度差在9:30 时最大17.0 4%而15:30 时最小为11.7 1%。可见温湿度受坡向与测定时间的影响，故评价水体降温增湿效应要注意监测方位与数据采集连续性。诸多研究表明，水体面积、水体形状、水体深度均影响降温增湿效应 16 ，面积越大效应越好 17 ,线状水域优于面状水域，动态水体优于高于静态，分散式水体优于集中分布，深水体优于浅水体18-19。下沉式静态单一景观水体受护坡坡度和坡长的限制，形成相对封闭的水热空间。不同坡向不同时间温湿度效应传播距离不同，水体温湿度效应总体水平辐射较窄，离岸5 2 0 m温湿度多表现出较大差异，但对水体四周离岸2 0 m降温增湿效应较低，尤其W20位点13:30 17:30 温度影响很小。4个坡向所有测试时间的位点温度随离岸距离而增高，符合距水体中心越近热缓解效益或冷却能力越强的观点 2 0 ,但温度在特定坡向和时间与离岸距离无关，表明温度和湿度并且严格的负相关。有研究认为水体温湿度效应呈“舌状”传播，水体降温增湿效应随距离增大而逐渐减弱 2 ，垂直辐射范围为2 0 0 40 0 m，水平辐射范围为上风向2 km至下风向9km21，风向与风速是影响效应传播重要因素 2 2 。本文仅分析了下沉式静态水体对护坡坡面5 2 0 m小尺度下温湿度的影响，关于迎曦湖的大尺度垂直和水平方向小气候表8 温湿度差异的析因分析Tab.8Cause analysis of temperature and humidity difference坡向位点时间坡向位点坡向时间位点时间坡向位点时间DirectionPositionTimeDirectionPositionDirectionTimePositionTimeDirectionPositionTime温度F7.3326.73425.0126.1318.1127.1275.706TemperatureP0.0180.0320.0010.0430.0270.0340.035湿度F11.34717.2349.21415.1248.34113.1246.234HumidityP0.0020.0010.0230.0010.0210.0010.0421002023年第44卷四川林业科技第3 期调节能力，待于深人研究。景观水体对温湿度、风速产生昼夜性、季相性与地域性的弹性变化，以独立或叠加作用于人体热感知，从物理与心理双重层面满体现景观效益 2.10 。通过宏观层面建构完善城市水网和水体空间系统，中观层面利用线状水体和顺风优势扩大气候调节性传播，微观层面利用坡向等地形特征，优化水域空间植被配置，增加植被覆盖率及郁闭度，营造局地风场和景观丰富度 2 ，从多空间尺度提升水体景观的气候调节效益和景观效益。研究发现，水体与植被温湿度效应随着城市发展密度和规模而变化，在中高密度城市中植被占温湿度效应主导地位。下沉式水体对湖周5m15m降温增湿效应较为明显，是设置休憩实施和配置植物景观的适宜空间 。充分利用下沉式静态水体坡向和位点降温增湿效应的大小和变化规律，通过合理选择和配置植物，建设兼具观赏和水保功能的生态护坡植被，逐步形成植被与水体相互作用、协同发展的降温增湿景观系统。4结论下沉式景观水体对周围微生境的温湿度有显著影响，降温增湿效应随着时间、坡向和位点变化。17:30时2 0 个位点的温度差最大而9:30 时湿度差最大，9:30、11:30、13:30、15:30、17:30 位点的温度差为3.8 1、5.94、3.7 3、4.6 0、6.54，湿度差为17.0 4%、18.7 3%、10.7 2%、16.59%、16.44%。水体对坡向温湿度影响表现出显著时间尺度差异，15:30时坡向间温度差最大而11:30 时坡向间湿度差最大，1d中东坡温湿度最易受水体影响，西坡次之。位点温湿度表现时间尺度和空间尺度差异，时间、坡向、离岸位点距离单一或交互影响水体周围温湿度，温度主要受时间影响，湿度主要受位点影响，坡向是影响温度和湿度的次要因子。参考文献1李吉富，李艳梅.水体面积与微气候变化关系特征研究现状及进展 J.环境生态学，2 0 2 2，4(1)：59-6 4.2卡晴，赵晓龙，刘笑冰.水体景观气候调节性研究进展与展望 J.风景园林，2 0 2 0，2 7（6)：8 8-94.3 ARNFIELD A J.Two decades of urban climate research:A review of turbulence,exchanges of energy and water,and the Urban Heat IslandJJ.International Journal of Climatology,2003,23(1):1-26.4 NAKAYAMA T,FUJITA T.Cooling effect of water-holding pavements made of new materials on water and heat budgets in Urban AreasJ.Landscape and Urban Planning,2010,96(2):57-67.5赵荻.基于CFD模型的城市湖泊湿度效应变化规律研究 D.中南林业科技大学,2 0 18.6 THEEUWES N E,SOLCEROVA A,STEENEVELD G J.Modeling the Influence of Open Water Surfaces on the Summertime Temperature andThermal Comfort in the City J.Journal of Geophysical Research:Atmospheres,2013,118(16):8881-8896.7纪鹏，朱春阳，王洪义，等.城市中不同宽度河流对滨河绿地四季温湿度的影响 J.湿地科学，2 0 13，11（2)：2 40-2 45.8 COUTTS A,BERINGER J.Impact of Increasing Urban Density on Local 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summer(39/2 5),t h e t e mp e r a t u r e a n dhumidity of the sites were measured at 9:30,11:30,13:30,15:30 and 17:30 respectively,and the differences amongsites,slope directions and times were analyzed.The results showed that:(l)There were significant differences intemperature and humidity at 20 sites in 4 slope directions around the landscape water body(P 0.05).The maximumtemperature difference was 6.54 C a t 17:30,a n d t h e ma x i mu m h u mi d i t y d i f f e r e n c e w a s 18.7 3%a t 9:30.(2)T h etemperature and humidity showed significant differences among directions,among sites and among times(P 0.05).Among directions,the maximum temperature difference at 15:30 and the maximum humidity difference at 11:30.Among sites,the maximum temperature difference at 17:30 and the maximum humidity difference at 9:30.(3)Thetemperature and humidity were significantly affected by slope direction,location and time(P west north south,and the influence on offshore site was siteo site2o sites siteis siteio.In conclusion,thecooling and humidification effects of water body on