城市森林的生态功能

城市森林的生态功能

城市森林能影响城市的小气候，其表现的气候效应是多方面的，如降温增湿、减轻污染、净化空气、平衡C循环，这仅是其生态效益的一个方面，除此之外如影响野生动物的栖息，保护城市坡地减少水土流失，降低温室效应的作用等。

1、城市树木的气候效应

一个地区的气候可以从三个方面来描述，大气候(Macroclimate)，中气候(Meso-climate)和微气候(Microclimate)。城市树木对气候的影响一般认为是属于中气候和小气候的范围。

城市树木与森林其气候效应的最终价值，可以从对城市居民的生活质量的影响，以及对能源消耗的减少程度来评价。城市居民生活质量的一个方面是人群的舒适感。四个因素影响到人们的舒适感，即太阳辐射，风，气温，湿度。Marsh 等列出了人体感到舒适气候范围（图）。

（1）城市森林改变太阳辐射平衡，降低温度及热岛效应

①对人体舒适度的影响，太阳辐射对人体舒适度的影响是正反两个方面的，这主要依据其影响人体皮肤的温度， Biltner 认为人体的舒适感可用有效温度来确定；

Et=Ta-0.4(Ta-10)(1-5/100)， Et 为有效温度，Ta为空气温度， f 为相对湿度，当Et24０Ｃ时感觉闷热，Et>30０Ｃ时觉得不舒适而无法忍受。

②对辐射的影响，树冠明显的削减太阳投向地面辐射，其削减程度取决于树冠枝叶的浓密度，而树木这种削减效应影响了辐射平衡。树木的栽植方式影响其辐射平衡效应，如杨士弘研究广州越秀公园的树林，发现白天树冠的衰减作用使辐射减少，虽说同时也使有效辐射降低，但是因前者降低更多因此净辐射明显小于水泥路面，吸收热量少。夜间水泥路面的辐射平衡比林下小，主要是因为林内湿度大加之具有林冠向下的长波辐射所造成的。但宛志沪研究合肥城市绿地却有不同的结果，正午前后绿地辐射平衡低于水泥，上午8时前和下午3时后水泥路面的辐射平衡大于绿地，反映在夜间降温效果明显。造成这种差异的原因在于绿地类型的本身，即树冠的郁闭程度，前者的研究对象更接近于自然的环境。

③对热量平衡的影响，从热量平衡的角度来看，树木使得蒸腾和蒸发的潜热交换量增大，乱流交换值较小，因此耗失的热量增大，降温效果明显。如据宛志沪等测算，悬铃木能使日平均温度降低1.50C，无患子能降低1.10C，重阳木能降低10 C。•；张景哲等研究表明，绿化复盖率每增加10%，夏天中白天气温下降0.930C，夜晚下降0.60C；刘梦正等研究指出北京市绿化覆盖率每增加10% •白天气温降低的理论最高值可达2.60C。

a单株树木的效应，单株树木及树木群体对气温的影响作用不同，Lawry 认为城市单株的树木其能发挥的直接降温作用是很小的，他计算10m间距、具有25m2平均叶面积的树木，在空气对流速度100（volume）单位体积/小时，中午平均的蒸腾速率为70W/m2 时,具有0.3 K/小时的降温作用,而同时周围的墙体、地面等散发的热量分别为25 W/m2 与300W/m2，增温的速率约为1.0K/ 小时。因此单株树木对热平衡作用的影响主要是树冠阻隔太阳的辐射。

b公园树木对城市气候的影响，一些对纽约、温哥华、伦敦的公园（29-500公顷）的观测表明，公园降低城市热岛强度的效应在晴朗的夜间最为显著。

日落后公园内气温很快降低，以后与市区的降温速度几乎相近而，而乡村在日落后的降温速度在前半期高于公园及市区、以后相近。（图）公园的气温一般要比周围的建筑区低1-30C,而且其影响超出公园范围，气温从公园向外逐渐递增，热岛强度的等值线总是偏离公园、大片的绿地。（图Oke’s paper fig 3 ）

c 城市森林范围, 整个城市森林对城市气候的影响属于中气候的范畴，Oke与 White 比较具有不同树木覆盖的城市与乡村的的能量平衡，发现期间的差异约为5-10%，（表）

城市森林的蒸腾作用向城市环境提供可观的水分及潜热，由此构成温度的变化，城市树木遮荫对住宅的降温作用最为明显，Hashem Akbari等的研究指出，树木覆盖增加到25%时夏季下午2时的温度可降低6-100F ；Simpson等研究，树木覆盖率每差异10%，气温差异将近10C,在萨克拉曼多市树木遮荫与周围草地气温差异达5—70C；另外树林具有的绿洲效应在距绿地迎风侧5m的距离，气温降低4.50C。

2、降低风速，改变风的走向

与太阳辐射一样，风也从正反两个方面直接影响到人体的舒适，在夏季流动的空气会加快皮肤表面的蒸发而感到凉爽，冬季寒冷的风迅速带走人体表面被体温增热的空气，感到寒冷。另外风也常常带来人们不乐意接受的东西，如灰沙，烟尘，噪音等污染物。植物则常常被用来构成风幛，阻档和减缓风势，吸收或过滤尘埃；或被用来筑成风廊，人为制造狭管效应来增加风速，或把风引到某个地点达到降温的目的。

树木对风速衰减作用最强的是树冠，因此通常将乔木和灌木种植在一起构成密度较大的风幛，极大地减少了通过林带的气流量，但城市森林的防风效应显然不同于一般的农田防护林带，另外城市地区具有其特殊的风系，因此如何充分利用城市森林的防风效应值得进一步研究。 Heisler认为城市环境中即使分散的树木同样能有效的降低风速，他估计在住宅区根据建筑物的密度及不同类型，树木覆盖每增加10%能减少风速3-8%。他指出，即使冬季落叶乔木减小风速的能力是夏季时的50-90%。（图）

3、城市树木降能源消耗的作用

温室效应以及城市的热岛现象使得城市气温逐渐增加、并产生热岛效应，已经得到证明，这一过程对人们经济的直接影响是，夏季用于降温的空调消耗电能大大增加。能源消耗与气温增加有直接的关系，例如美国10万人口以上的城市，气温每增加10F，能源消耗按价值计算会增加1-2%，而几乎3-8%的电力需求是用于因城市热岛影响而增加的消耗。

有关研究指出，浓密的树木遮荫能降低夏天空调费用7-40%，这已成为美国城市森林功能研究的一个主要内容。但必须指出，树木的遮荫效应是十分复杂的，例如住宅附近树木在夏天有利建筑的降温，但在冬天这种效应是居民所不希望有的；同样树木在冬天能阻挡寒风，因而有助于建筑体的保温，但在夏天树木降低风速的结果却使建筑体的散热受阻。因此，树木对能源消耗的作用是正反两个方面的。这两方面的消长关系直接决定与种植设计的优劣，例如树种选择、种植的位置、距离、方向、密度等。

McPheron 等综合分析这些作用，在研究美国萨克拉曼多市得出：

1、树木遮荫效应：因树木遮荫作用减少的能源消耗，住宅区为12%，商业区1.3%；因遮荫而增加冬天采暖的消耗，住宅区约为3.9%、商业区为0.4%，这一项减少降温的能源支出达1079万美元，但增加冬天采暖的费用达560万美元。

2、降低风速的效应：因阻挡寒风而减少室内采暖的能源消耗，在住宅区为4.4%、商业区1.5%；因同一效应而增加夏天降温的消耗，在住宅区为3.1%、商业区0.7%。

结果是，因城市森林的存在而节约的能源约为2千万美元，其中93%与夏天降低空调使用时间有关；高峰期间节约电力消耗6% 、约620万美元；住宅区每户节约39元，每株树木大约能减少能源消耗8-16元。减少的能源消耗为全年空调耗能的12%，占总电力消耗的1.5%。