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通过树木郁闭度模型评估单个和集群树木冷却效应在改善城市小气候中的潜力

穆罕默德Fairuz Shahidan

1景观建筑系,设计与建筑学院,UPM Serdang,Selangor,Universiti Putra Malaysia,Darul Ehsan,43400马来西亚。

DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.10.2.04

从技术上讲,树木可以提供冷却效果,并能够以自己的方式降低环境温度。本文通过评估城市树木冠层密度来研究个体和集群树木冷却效应性能的潜力。评估基于叶面积指数(LAI)和叶面积密度(LAD)的实际测量,并使用测试的计算机仿真工具环境。该研究发现,每个树在修改每个微气候变量时都具有不同的能力。然而,据透露,在最热的一天中发现每棵树的冷却最佳效果在阳光下降和太阳角高度接近90°时大约在15:00时发生。此外,树木具有更高的密度,如热带榕属植物benjamina(即LAI 9.7, LAD > 1.5)与其他松密度乔木相比显著降低。这也揭示了在更大的规模上实施集群植树可以最大限度地提高降温效果。然而,实施高树木密度的不利影响可能造成63%的风速下降,这可能会由于树冠的阻力影响城市地区的空气运动。研究结果表明,树木降温效果与冠层密度密切相关,较高的树木密度(平均LAD > 1.5)和较大的树木数量可以达到最佳降温效果。


小气候变量;赖和小伙子;ENVI-met模型;树木冷却效果性能;热带城市气候;小气候的修改

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林冠密度模型评价单树和树群的降温效应在改善城市小气候中的潜力。Curr World Environ 2015; 10(2)Doi:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.10.2.04

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林冠密度模型评价单树和树群的降温效应在改善城市小气候中的潜力。2015;10(2)。可以从://www.a-i-l-s-a.com/?p=11939.


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收到: 2015-04-16
公认: 2015-07-15

介绍

组合良好的自然元素和有效的景观设计可以通过改变城市小气候来提供可持续城市发展和可取的城市环境的方法。该改性可以在动态室外热周期的四个关键单体组件中定位:风速,湿度,温度和辐射。一种良好的质量景观,具有自己的特点,可以适应其技术和功能,以解决整个设计开发中的这些微观依据。这种方法强调对基本设计原则的气候更好地欣赏,为城市热岛现象提供潜在的解决方案。例如,通过尽可能多的户外阴影,防止太阳辐射到达建筑物和地面的外观,并积极利用蒸散潜热的冷却效果。树木有自己的潜力,特别是在自然冷却中提供这种显着影响。重要的是通过微气密修改来确定其在改善城市空气温度方面的能力。但是,应该注意的是,不同类型的树种物种提供冷却效果性能的变化。这可以通过诸如冠层密度和树形形式的每种树种的物理性质来确定(Kotzen,2003; Fahmy等,2010; Shahidan等,2010)。因此,这项研究至关重要,以检查树木种类冷却效果性能的变化,这些性能受到其物理性质的影响。 The changes or improvement in microclimate components thus become the evaluation performance parameters in considering the cooling effect from each tree. The potential of individual and cluster tree cooling effects based on tree physical properties are demonstrated – i.e. tree canopy density of Leaf Area Index (LAI) and Leaf Area Density (LAD) in modifying urban microclimate environment through each variable such as air temperature, relative humidity, absolute humidity, ground surface temperature, wind, solar and terrestrial radiation.

小气候的修改

通常,微气候由五个主要组件组成,影响室外空间条件。物理上,可以通过景观中的元素来修改组件。在修改微跨越环境时,通过横向元素,尤其是绿色结构存在四种主要方法。这些包括相对湿度,风改性,进入的太阳辐射,来自地面的地面辐射和其他表面(Shahidan等,2010)。换句话说,树木可以对所有修改产生一些影响,但最重要的效果是通过创建色调来修改辐射(Kotzen,2003; Shahidan等,2010)。在这种情况下,树辐射修改是最大的修改,可以提高城市地区的冷却效果性能和降低周围的空气温度。事实上,其他微气候因素也会受到改变的改变的影响。

太阳和地球辐射修正

基于以前的研究,一棵树能够通过叶子和分支系统(Brown和Gillespie,1995和Shahidan等,2010)通过其檐篷拦截太阳辐射。由于高密度的叶子盖和分支和树枝的多层排列,将实现近93%的辐射拦截(Shahidan等,2012)。因此,在提高辐射吸收和反射的效率,叶片的形式,布置和尺寸发挥着重要作用。这与LAI相关联,定义为每单位地面区域的叶面积的无量纲值,以及用于理解和比较植物檐篷的关键措施(Steven等,1986和Meir等,2000)。在这种情况下,由于更高的树密度树木遮篷,可以实现树冠下层的最低量露天辐射,从而产生较高的辐射热量。这将促进通过减少空气温度和湿度来改善周围环境的蒸发和增加潜伏的潜水(Shahidan等,2012)。因此,可以从高质量的阴影产生和进入的辐射过滤获得冷却效益。总之,遮荫树的高性能对于控制地面的辐射热交换过程是必不可少的。

空气温度和湿度改性

空气温度和大气湿度通常不会被景观元素显著改变。大气是一种高效的混合器,因此可能发生的任何温度或湿度差异通常会通过空气运动很快消散(Brown和Gillespie,1995)。然而,它可以通过其他小气候成分,如辐射和风的改变来实现。当这些改变发生时,树木可以通过遮荫、挡风、蒸散和光合作用来改变小气候(Robinette,1972;Dimoudi和Nikolopoulou,2003年;黄和余,2009年)。大部分吸收的太阳辐射可以转化为潜热,通过光合作用过程将水从液体转化为气体(Sheweka等人,2011年)。这种情况通过蒸发蒸腾过程导致较低的叶温、较低的周围空气温度和较高的湿度(Kurn等人,1994;黄和余,2009年)。一般来说,土壤-植被系统的蒸散(ET)(即蒸发和蒸腾)是近地表气候的另一个有效调节因子,特别是在炎热气候下。蒸发从树叶表面和地面到空气(Dimoudi和Nikolopoulou,2003年)。同时,通过叶茎的土壤蒸腾作用是由于光合作用在该系统中循环(Fahmy,2010)。本质上,通过植物传递到潜热的能量可能非常高(Wong和Yu,2009)。完美的控制系统,如每毫米有50-100个气孔的树木2叶片表面对内部水分系统和外部小气候条件都有各自的反应(Pokorny, 2001)。一棵大树有数十亿个气孔,因为它的叶面积是树木简单投影地面面积的几倍(典型的叶面积指数为3-6),因此,一个树冠上的叶量越大,就会将更多的水分蒸发到城市大气中(Pokorny, 2001)。此外,通过测量绝对湿度(g/m)可以有效地确定植物冷却的存在3.)(Konya,1980; Kurn等,1994年,Spangernberg等,2008)。通过测量空气中的水分含量的增加,可以容易地确定蒸散对每个植物的变异贡献。该测量将确定树木对微气密的影响,并且对城市温度和相对湿度影响的效果更大。

树木物理性质

叶面积指数(LAI)和叶面积密度(LAD)


显然,树冠属性的密度将影响热性能,阴影效果和蒸发。一方面,阴影有效性和热性能,反过来依赖于树叶特性以及树成熟的形状。另一方面,蒸散取决于可以吸收和转移能量的叶子的数量(水蒸气)(Kotzen,2005; Fahmy等,2010; Shahidan等,2010)。两者都与Lai和LAD有关,被认为是概念环境冠层建模参数,以研究与环境的热交换器,因为它们在城市热平衡方面具有重要作用(Fahmy等,2010,Shahidan等,2010)。

赖可以通过横向叶树木'檐篷作为总侧叶面积的无量纲值来定义辐射拦截概念来定义2)除以树木种植面积(m2法米)(2010)。因此,有了这个值,就可以比较和评估跨树种和跨树种的树冠(Shahidan et al., 2010)。它已经被证明是用仪器测量的,即植物冠层分析仪(Kotzen, 2003;Jonckheere等人,2004年;Shahidan等人,2010)。此外,该值对确定树木的LAD也很重要。LAD是模拟通过树冠层和树木与其环境之间的辐射所需的关键参数(Fahmy, 2010)。它可以定义为一侧总叶面积(m2)每单位层体积(m3.),这可以提供关于垂直叶子分布的概念(Fahmy, 2010)。LAD模型可以通过实地测量或使用仪器以及经验模型进行估计(Jonckheere et al., 2004;法米,2010)。例如,Mier等人(2000)和Pierce和Running(1988)使用仪器来寻找LAD,而Stadt和Lieffers(2000)、Lalic和Mihalovic(2004)和Fahmy等人(2010)在建模中使用经验模型来确定LAD值。然而,在本研究中,根据Bruse(2008)和Lalic and Mihalovic(2004)的简化方程,实际LAD值可以通过野外测量的实际LAI值来确定:

莱=小伙子z* dz Eq。1

在那里,小伙子z是一棵树的总小伙子;

dz是树的总高度;

因此,在求一棵树的z-height实际LAD时,Eq. 10可以转换为:

小伙子z=赖z/ dz

该等式也可以用于确定LAD切片的每个高度的LAD的垂直分布,Zp,并且可以通过施加从光学测量(Bruce,2008)获得的实际LAI值来计算。在这种情况下,意图是通过Lalic和Mihailovic(2004)和Fahmy等(2010)的Lai的假设值来使用分析方法。因此,每个LAD切片Z,根据H / 10的10个小区曲线划分,其中h是树的总高度。因此,EQ.11可以重写为:

zp=赖z/(h / 10)eq。3.

在那里,zp,为LAD切片高度处的LAD值;

z,为所选高度z处的叶面积指数;

h,是树的总高度;

然而,每个LAD片中的值zp,可以通过总结LAD水平的差异,并与树的LAI值进行比较来确定。根据上述方程,可以估计任意类型树木的LAD分布和值,作为后续模拟研究所需的数据。因此,叶面积密度识别的知识将决定每一种树木的热性能,以及它能在多大程度上为环境提供冷却效果。

材料和方法

局部树木发展和每棵树木冷却效果性能的测定


通过LAI和LAD值的确定来选择选择的树木,提供与environment -met模型协调的本地树木数据库信息及其降温效果性能。因此,根据树的类型、树的位置、树的高度和树冠密度等特点进行样本的选择。由于树种的可得性和时间的限制,在0.5 - 2.0 LAD的每个密度类别中,只选择了4个选择的树木。所选树种及其LAI值如下:(i)Malaleuca Leucadendron或Cajeput–ml(LAI=0.93)((ii)氟化氟纤维或蕨树- fd (LAI = 4.8);(3)Mesua ferreaor Ironwood Tree - mf (LAI = 7.9), and (iv)热带榕属植物benjamina或图-Fb(LAI=9.7)(图1)。

图1(a)Malaleuca Leucadendron或Cajeput(ml);(b)氟贫罪或蕨类树(FD);(c)Mesua Ferrea或Ironwood树(MF);(d)Ficus Benjamina或哭泣(FB)


图1:(A)(C) Mesua ferrea or Ironwood Tree (mf);(D) Ficus benjamina or Weeping无花果(Fb)
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2009年1月在马来西亚布特拉贾亚进行了实地测量,以找到每棵单株树的实际LAI和LAD分布值。然后,利用Eq. A.1到A.4对采集的数据进行传输和计算,开发新的基于当地气候条件和物种的ENVI -met模拟树数据库。

在LAI和LAD场测量中,进行了具体的程序,在每棵树中找到实际的LAD分布。LAI的测量基于分离的植物方法(Li-Cor,Inc.,1992)。使用LAI-2000的LAI计算需要测量以上(一种)和以下(B)植被和使用90°视角帽,如作者的早期研究(Shahidan et al., 2010)。然而,为了确定LAD在冠层或LAD切片各层的分布,zp,在前一种方法的基础上进行了一种先进的程序。在测量中,使用Plant Canopy Analyzer LAI-2000来确定冠层各层的LAI值。从现场测量到更新envil -met模拟模型植物数据库中的数据存储,步骤如下:

  1. 选取的树木用卷尺测量,测量从地面到树冠最高峰的总高度h。
  2. 以确定总LAI (LAI(到)),使用了与之前研究相同的程序(Shahidan et al., 2010)。
  3. 确定总叶面积指数后,将树木总高度分为10个部分,每个部分的叶面积指数使用植物冠层分析仪LAI-2000进行相应测量,以获得叶面积指数z(图2)。
  4. 测量LAI的方法与之前研究程序相同z对于每棵树部分。
  5. 然后,将各截面的结果用于计算,zp,对树的每一段使用方程A3。
  6. z的结果p从每个部分相加,得到LAD (S小伙子)与LAI比较(到)这是在第二(2)步之前测量的,以确保测量的敏感性(布鲁斯,2009)。
  7. 然后,根据每个LAD层分布(LAD1 ~ LAD10)作为本地数据库,将每棵树的结果转移并存储到environment -met模型植物数据库PLANTS.DAT中。
  8. 最后,在50 m x 50 m区域的ENVI met模型的基本设置下模拟所有树木,通过比较树冠内外的气象参数来预测和比较单株和丛生树木的降温效果。
图2显示h、Lz和LAIz测量程序的剖面图

图2:显示程序的剖面图
在测量h,楼主的赖斯

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3.1数值模拟

environ -met (Bruse, 2009)是一种基于流体动力学和传热基本定律的非流体静力预测模型,与仅用于流体动力学模拟的CFD程序包相比,它得到了很大的改进(Shahidan等人,2012)。它几乎具备了在任何地点从小气候尺度到局部气候尺度模拟建筑环境的完整能力。与其他模型相比,本文采用了土壤-植物-空气子模型,并开发了新的植物数据库。envil -met植被模型提供了单树的实际技术过程,由四个子模型组成(Fahmy et al., 2010)。

验证Envi-Met模型 - 计算和测量比较

在马来西亚布特拉贾亚(即2009年2月28日)进行了一项基于实际晴日测量的验证精度的实验。模型区域的水平分辨率为20米× 20米。在引航模拟中,日幅值随风速的减小而增大。因此,实测平均风速由2.1 m/s改变为1.0 m/s。本实验对四个选定的定位点进行了评估。选择了3个不同树木密度的地点和1个有路面但没有树木的地点。获得了类似的24小时地面气温曲线,计算的相关系数R2,测量点与计算值之间的差值为0.860 ~ 0.975,见表1。因此,这里只需要说明测量和计算的T值一种和T年代基于微气候参数修正的树木冷却性能的影响具有良好的相关性,被认为是可靠的。

表1 24小时内测量的测量和计算空气温度和地面温度之间的相关系数和平均误差(适应Shahidan,2012)


表1:24小时内测量的相关系数和测量的空气温度和地面温度的平均误差(适用于Shahidan,2012)
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结果

根据四种不同类型树木的叶面积指数和叶面积密度场测量结果,对树木降温效果进行了模拟预测。LAD分布的结果,L.z,小伙子的平均分布,小伙子大街;小伙子类,小伙子每个选定树的莱呈现在表2中。

表2 4种不同树种的树面积密度和叶片指数结果


表2:树区域密度和叶的结果是
四种不同树种的指数

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空气温度

显然,在图3中,树木在减少空气温度的影响从08:00发生并逐渐增加,直到它在15点到15:00到达峰值之前,效果开始在晚上逐渐降低。然而,可以根据从10:00到16:00开始的差异来看待每棵树的个性效果。在高峰时段期间,FB显示出最大的最大减小,幅度为1.38°C与外部气温的差异。它遵循Fd和MF,最大减少1.2°C,最低减少1.1°C对于ml。在这些时间内,可以观察到,当太阳能位置开销时12:00到15:00,树荫效果在当天的中间较大,并且是最热的(Shahidan,2010)。阴影直接齐全,并提供完整的色调。因此,与外部环境温度相比,空气温度变得较低,并且它受到影响,直至其在15:00小时达到峰。这与Kotzen(2005)和Shahidan等人相关联。(2010年)在这些时间内可以找到树荫的最大效果的研究。此外,据信,由于在整个几个小时内产生的叶子和阴影密度,每棵树中的蒸发和蒸腾的过程不同。 In addition, the process of radiation filtration varied according to density of each tree (Brown and Gillespie, 1995; Shahidan et al., 2010).

平均而言,Fb的空气温度降低是0.6°C的最高,MF,Fd和ml,幅度为0.51℃,0.42℃和0.37℃。呈现的回归模型显示线性图案(图3)。

图3 4种不同树种24 h时段逐时降温对比及平均气温与树密度(LAI)的相关性
图3:4种不同树种24小时逐时降温对比及4种不同树种平均气温与树密度(LAI)的相关性
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LAI值表明平均降温的增加。因此,它指出,平均温度降低对应于与R的树冠的较高LAI值2值为0.94。结果表明,减少量的变化是由于冠层比例和叶面随密度变化的差异造成的。事实上,由于白天冠层密度较大,冠层参数的减小幅度较大,受遮荫效果的坚固性和辐射截留的影响。例如,与Fb(大于9 LAI值)密度相同的树木比其他密度较低的树木对空气的升温更少。因此,高质量的遮阳和对入射太阳辐射的拦截将产生更大的制冷效益。此外,树木的簇状排列有利于获得更大的冷却效果。

图4在24小时周期中每小时温度减少的每小时温度降低以及Ficus Benjamina树种的平均空气温度和树木量的相关性
图4:1株、4株和10株树木24小时逐时降温的比较及相关性
平均气温和树木数量热带榕属植物
benjamina
树种

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图4显示了1株、4株和10株高密度Fb树木在24小时内每小时的气温下降情况。图表显示了同样的减少模式,在高峰时段,随着树木数量的增加,气温下降的幅度也越来越大。与单株树相比,增加4株和10株树的最大额外减少幅度分别为0.08°C和0.2°C。然而,从晚上18:00开始,与单株减少相比,减少量逐渐增加。人们认为,在白天增加树木,提供更大的遮荫面积,能够保持树下较低的空气温度,相对于夜间的外部温度。这种情况会持续下去,白天和整个晚上的表面温度都保持在较低水平,而外部表面材料开始缓慢地排出白天储存的热量。来自外部表面的热量使空气升温更多,外部和内部的差异变得更大。然而,由于夜间在树冠内的热量扩散较慢,与室外条件相比,在白天开始时可以发现更高的温差。然而,研究结果证明了集群种植的重要性,在一天中最热的时期,随着树木数量的增加,集群种植提供了最佳的降温性能。如图4所示,当站点增加10棵树时,减少约60%。 This result confirmed that the higher average temperature reduction corresponds to the larger trees’ quantities with R2值为0.94。因此,在这里可以充分地说,较大的树木密度和数量影响树木的冷却性能,特别是在降低空气温度。

相对湿度

图5在24小时周期中对四种不同树种的每小时相对湿度增加的比较,以及四种不同树种相对湿度和树密度(LAI)的平均增加的相关性


图5:四种不同树种24小时内每小时相对湿度增加的比较及四种不同树种相对湿度平均增加与树密度(LAI)的相关性
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从图5中可以看出,相对湿度增加的格局与前一节的气温下降是相关的。最高降温导致相对湿度从08:00开始增加,15:00 - 17:00达到峰值,夜间逐渐减少。然而,ml树种保持恒定的2%的减少水平,这可能是由于松散的冠层与外部湿度混合。fd、mf和Fb等冠层密度均显著增加,分别达到3%和4%。这使得每棵树的差异最大为1%由于树下气温的降低,Fb树种的相对湿度最高。事实上,这种效应被认为是源于树木和地表的蒸发蒸腾过程中水分向空气中蒸腾的更高过程。还可以看到,这一过程的影响在白天10:00开始,逐渐增加到13:00 - 17:00的峰值,之后在夜间缓慢减弱。可以明显看出,在城市气温达到峰值的关键时刻,其影响更大。事实上,在最炎热的白天,潜热生产除了蒸腾过程外,还从地表蒸发了更多的水。 It can be observed that each tree contributes to this effect even though each tree densities offer variation towards surrounding humidity. In average, Fb shows the highest average relative humidity increase with 2.21%, follows by mf, fd and ml with 1.54%, 0.99% and 0.98% respectively. The correlation between the relative humidity increase in each tree and the physical properties of each tree densities with R2的0.78在图5中得到了证实。对于数量较大的集群种植,图6显示了相对湿度轮廓与气温降低模式的相关性,其中在site中增加10棵树时降低幅度最大。

图6:1株、4株、10株榕树24小时逐时相对湿度增加量对比及榕树种平均相对湿度与株数的相关关系
图6:每小时相对湿度的比较增加
一棵,四棵,十棵在24小时内
平均相对湿度与树的相关性
大量的热带榕属植物benjamina树种

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重要的是,在高峰时段的最高速度增加5.3%的峰值时发现了越大的效果。此外,在夜间发现相同的效果,在夜间和额外的树木之间的相对湿度差异的差异由于释放的热量减少的热量的相同原因,认为相对湿度的差异。额外的树脂相对湿度增加约4.42%。这使得从一棵树中额外增加了50%。与空气温度相比,结果表明,随着更多树木被添加到场地上,平均湿度的增加变大。这已经证实了影响对r的树数量的湿度相关的相关性2值为0.97,如图6所示。

绝对湿度

从字面上讲,植物冷却的存在是通过测量绝对湿度有效地确定的(Kurn等人,1994;Spangernberg等人,2008)。4种不同树种的绝对湿度范围为15.59 ~ 22.90 g/m3..这与Kurn等人(1994)在夏季绝对湿度的平均范围为7.74 - 29.67 g/m的发现相关联3.. 因此,在验证的基础上确认了模拟的绝对湿度结果。

图7 4种不同树种24 h时段逐时绝对湿度增加量对比及4种不同树种平均绝对湿度增加量与树密度(LAI)的相关性
图7:4种不同树种24 h时段逐时绝对湿度增加量比较及4种不同树种平均绝对湿度增加量与树密度(LAI)的相关性
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图7显示了在24小时内为四种不同类型的树种的每小时绝对湿度增加。在一天中可以观察到绝对湿度在所有四种树种中逐渐增加,从10:00开始,直到它在15:00到16:00到达峰值并且在夜间慢慢减少。在FB的16:00中发现了最大的增量,幅度为0.62克/米3.其次是0.46、0.37和0.25 g/m的mf、fd和ml3.,分别。这就解释了各树种相对湿度和蒸散速率的变化。显然,Fb树种的蒸散速率高于其他树种。在此条件下,树参数内的潜热通量与感热通量之比较高。这一条件因子是造成这种树的空气温度和相对湿度改善最大的原因。重要的是,树木的物理特性使这种条件更加有效。图7解释了绝对湿度与树木密度的关系。含水率随密度的增加而增加。结果表明,林木密度越大,蒸散速率越大2值为0.96。此外,使用更多的高密度树木,如Fb,可以为城市地区创造更大的水分含量。图8为绝对湿度增量最大的分布图,绝对值为0.69 g/m3.在十棵树中,接着是四棵树和单棵树,0.62 g/m3.为两个。这一条件因素将导致城市环境中树木的最佳降温效果。平均绝对湿度与树密度的相关结果进一步证实了这一点2图2中呈现的0.93的值。8。

图8 1株、4株和10株毛豆榕24 h周期逐时绝对湿度增加量对比及毛豆榕树种平均绝对湿度与株数的相关关系
图8:每小时绝对湿度的比较增加一个,四个和十个热带榕属植物benjamina24小时内的树木及其平均绝对湿度与树木数量的相关性热带榕属植物benjamina树种
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地表温度

图9 4种不同树种24 h时段逐时地表温度下降对比及平均地表温度下降与树密度(LAI)的相关性


图9:24小时内4种不同树种物种的每小时地表温度降低的比较和四种不同树种的平均地面温度降低与树密度(LAI)的相关性
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图9显示了从11:00开始的白天发生地面温度差异,直到它在15:00到17:00到达峰值之前达到峰,那么它在夜间逐渐减少。这被认为是由于这个区域的太阳角度,在12:00至15:00开始的冠层周围浓缩的太阳角度(Shahidan等,2010)。在这种时间点,由于太阳角度高度接近90°(Fahmy等,2010; Shahidan等,2010),阴影区域几乎对应于种植面积。实际上,整个树冠的辐射过滤将影响树冠下方的辐射热量。与暴露的表面相比,该条件导致地面温度的降低,并且释放出更多的潜热通量。因此,地面由于蒸发过程而提供更潜热。这是在白天期间水分含量更高的原因。因此,空气较少,加热较小,空气温度变低,相对湿度大幅增加。然而,参考结果,可以观察到性能取决于每个单独的树。可以注意到,表面冷却的效果持续为2小时,直到它慢慢开始降低。 The Fb tree shows the highest reduction at 17:00 with 23.8°C and follows by mf, fd and ml with magnitude differences of 22.6°C, 20.1°C and 19.1°C, respectively. In average, the ground surface temperature reduction for Fb is about 7.45°C, follows by mf, fd, and ml with magnitude of 7.38°C, 6.79°C and 5.97°C, respectively. This again has been proved where the ground surface temperature reduction correlates with tree densities as presented in Fig. 9 with R2值0.97。

图10 1株、4株和10株毛豆榕24 h期逐时地表温度下降对比及毛豆榕种平均地表温度下降与株数的相关关系
图10:每小时地面温度降低一个,四个和十个热带榕属植物benjamina树在24小时内,平均地面温度降低和树木的相关性热带榕属植物benjamina树种
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可以观察到,随着城市环境中树木的增加,这种减少会变得更大(图10)。事实上,随着更多的树木被放置在群体中,树木的密度变得最优和坚固。这一条件将在白天和晚上保持树下最低的地表温度。平均10棵树能降低约8.9°C的地表温度,且与R显著相关2值为0.83(图10)。这些结果表明,由于最低地表温度的影响,城市空间中树木密度越大,蒸散量越优。因此,这一现象成为基于树木密度和数量变化评价冷却性能的另一个重要因素。

热辐射过滤

图11 4种不同树种日间逐时热辐射过滤对比及4种不同树种平均热辐射过滤与树密度(LAI)的相关性
图11:4种不同树种日间逐时热辐射过滤对比及4种不同树种平均热辐射过滤与树密度(LAI)的相关性
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地表温度下降的一个原因是辐射过滤了整个树冠。图11为白天07:00 - 19:00时段四种不同树种逐时热辐射过滤对比图。可以观察到,冠层从08:00 - 17:00开始过滤直接辐射。很明显,由于90°的阳光角度提供了坚实的遮阳,所以在12:00时的过滤效果最高。与其他时间相比,过滤变得更有效,因为树叶过滤了更多的进来的辐射,少量通过树荫下的遮光传输。剧烈地,这种情况将减少冠层下直接和陆地的数量,因此,与暴露区域相比,发现更少的热量。由于这个原因,地表吸收的热量更少,同时也降低了冠层下的地表温度。这解释了地面温度下降的情况,在这一小时内开始显著增加。然而,这种影响一直持续到17:00,那里的地表温度下降幅度最大。平均而言,发现密度最高的树木与最高的热辐射过滤相关。 The Fb tree species was found to be of 98.71% filtration follows by mf, fs and ml with 96.48%, 83.76% and 70.87% filtration, respectively. Fig. 11 shows the relationship with R2值为0.95。

图12 1种、4种和10种毛豆榕24 h时段的每小时热辐射过滤对比及毛豆榕平均热辐射过滤与株数的相关性
图12:1个、4个、10个榕树24 h时段每小时热辐射过滤对比及平均热辐射过滤与树量的相关关系热带榕属植物benjamina
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在图12中,Fb树种的单株、4株和10株树的格局是相似的,但是在12:00以后,随着遮荫效果在这一小时内变得显著,可以观察到过滤的变化。事实上,在16:00的时候,过滤面积比单独的树木要大。这种模式与地表温度有关,树木数量之间的差距从12:00开始可以看到,在17:00时随着低海拔太阳角度的过滤变小,差距逐渐减小。在此期间,遮阳位置远离单树,地表暴露在阳光下,地表温度升高。然而,随着更多的高密度树木添加到场地,可以发现更大的阴影区域,过滤过程在这一小时内进行。结果表明,在冠层下方部分遮荫区域地表温度较低。平均而言,这10棵树对Fb的热辐射过滤几乎是100%,遮阳可以认为是坚实的。认为这种过滤值状态影响地表温度的降低和蒸散速率的增加,为冷却效果提供了最佳条件。事实上,这些变化是城市空气温度和相对湿度改善的另一个原因。图12用R解释了热辐射过滤与树木密度的关系2值为0.95。

风速

在对树木绝对降温效果的测量中,风的影响减小到1.0 m/s。创造这种条件是为了提供几乎静态的风效应,以看到在24小时内实际树木冷却效果的绝对性能。然而,在本研究中,空气运动模式仍然可以通过从初始模拟输入减少的百分比来衡量。

图13四种不同树种在24小时内每小时风速降低的比较以及四种不同树种的平均风速降低和树木密度(LAI)的相关性
图13:4种不同树种24小时逐时风速减小对比及平均风速减小与树密度(LAI)的相关性
四棵不同的树

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图。图13示出了每种树种的类似和常量模式。可以观察到,在FB树中可以在FB树中找到最高的减少,其中MF,FD和ML分别为0.46,0.35和0.17 m / s的幅度差异。与上述结果相比,据信FB的最高风速减少由于树冠的高密度的大牵引力而导致的冷却分布较小。平均而言,发现诸如FB之类的高密度树的减少为63%,树密度和风速减少的相关性得到了证实了2值为0.89(图13)。然而,根据这项研究的结果,风的影响似乎对冷却过程没有太大的影响,因为这已经被证明从上面的部分,空气温度的降低仍然被认为是高得多的。但认为风运动的存在有助于城市树木降温效应的分布。另一方面,树木密度越高,分布效应越小,但仍然可以看到分布,但影响较小。与高密度树木相比,如fd和ml等松密度树木的平均降幅分别为12%至21%。松散的顶篷阻挡了风速。然而,由于叶片数量较少,遮荫效果和直接辐射过滤的质量较差,因此降温和降温的效果显著降低。事实上,通过大量的风运动,松散密度的冷却效果将会降低,这是由于来自树木的冷空气和由高空运动带来的来自周围的热空气的混合的直接效应(Dimoudi和Nikolopoulou, 2003)。因此,可以肯定的是,尽管风效应对城市区域的降温分布有影响,但风效应并不有助于提供树木的最佳降温过程。这与Fahmy等人(2010)的研究相关联,他发现风速无助于降低空气温度。 It also should be noted in this findings that high tree quantities with tree clusters planting is believed can create drag force of plant canopies where the highest reduction can be found at the end of the day (Fig. 14).

图14一种、四种和十种榕树24小时内每小时平均风速降低的比较


图14:一株、四株和十株榕树逐时平均风速衰减比较
24小时内的物种

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然而,由于发现空气温度较低的高密度树,因此在白天的树冷却过程中,风速的降低不会影响太多。热带榕属植物benjamina减少7%。足以说,由于以前发现中列出的其他气象参数的少量变化,风运动在影响树木的冷却效果性能方面是微不足道的。此外,值得指出,由于具有几乎静态的空气运动,由于高密度和量的树木,可以有效地生产树的最佳冷却效果。因此,环境空气温度可以减少到最佳水平。

表3四种不同树种物种的每树冷却效应性能的摘要表
表3:单株降温效果汇总表
四种不同树种的表现

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讨论与结论

基本上,本文的目的是基于树物理性质研究单个树和簇树冷却效果性能。表3显示了四种不同树种的每树冷却效应性能的摘要。统称,可以确认树木冷却效果在树上大幅性地进行树木的物理性质。树密度的变异在树冷却效果中提供了不同的性能。基于这种情况,每棵树在改变空气温度,相对湿度,绝对湿度,地面温度,太阳辐射和风中具有不同的能力。可以观察到具有单一高密度的树木,如热带榕属植物benjamina与其他树种相比,LAD 1.5 - 2.0类对小气候变量有显著的改变。其他的树如Mesua ferrea剥削罪筹划机构Maleleuca Leucadendron树木密度越低,降温效果越差。高密度的热带榕属植物benjamina空气温度显著降低0.6°C,相对湿度增加2.21%,这是合理的,因为98.71%的高过滤提供了高质量的树荫效果。此外,这种条件使地表温度降低到7.45°C,并促进蒸发速率,使绝对湿度增加到0.18 g/m3..重要的是,最佳的冷却性能可以在最炎热的一天时间中发现,大约在15:00小时。此外,冷却的效果可以通过最小的空气流动来实现。然而,应该注意的是,采用高树木密度的缺点是可以减少63%的风速,这可能会影响城市地区的空气流动,而松密度为40%,21%和12%Mesua ferrea剥削罪筹划机构Maleleuca Leucadendron,分别。在提供最佳冷却效果方面,研究表明树木数量对树木冷却性能起着重要作用。在城市区域的场地上种植较大的高密度树木可以更好地改善所有的微气候变量,而不考虑风的影响。然而,在热带地区,可以观察到这种改善主要关注空气和表面温度,这可能会影响热舒适和建筑的能源性能。因此,小气候变量的改善与集群种植的树木数量显著相关。总体而言,高密度树木和大量树木可以达到最佳的降温效果,并通过蒸发冷却、高质量的辐射过滤和对城市环境的遮阳作用,更好地改善空气和地面温度、相对湿度。最后,树木降温技术方面的这一基本知识在修改城市微气候变量和从树木物理特性的评价中减少城市热岛效应方面可能是有用的。

参考

  1. 阿里-图德特和迈耶,2007a。德国弗莱堡东西向街道峡谷在炎热的夏季条件下的热舒适。地球科学进展,29(4):492 - 498。
  2. 阿里-图德特和梅耶尔,2007b。不对称、廊道、悬垂立面和植被对城市街谷热舒适性的影响太阳能,81,742 -754。一种
  3. 阿里·图德特F。和Mayer H.,2006。干热气候下城市街道峡谷纵横比和方向对室外热舒适性影响的数值研究。《建筑与环境》,4194-108。
  4. Ali-Toudert F。2005。干热气候下室外热舒适对街道设计的依赖弗莱堡大学未发表博士论文。
  5. Bourbia P.F.和Mansouri, 2008。半干旱气候康斯坦丁地区反照率对城市街道小气候的影响在:世界可再生能源大会(wreck),格拉斯哥,苏格兰。
  6. Brown,R. D.,&Gillespie,T.J.,1995。微气候景观设计:创造热舒适度和能效。纽约:John Wiley&Sons。
  7. Bruse M。2009。微气候城市尺度模型ENVI-met V3.1(检索日期:2009年1月8日)
  8. 布鲁斯,弗勒,1998。用三维数值模型模拟城市环境中地面-植物-空气的相互作用。环境建模软件13:373-384。
  9. Dimoudi A.和Nikolopoulou M., 2003。城市环境中的植被:小气候分析与效益。能源与建筑,35(1),69-76。
  10. FAHMY,M.,股票,S.,亚比亚M.,2010年。赖基树选择中层城市发展:开罗,埃及,建筑和环境中的小全密集研究,1-13。
  11. 雅各布斯,A.F.G.,Ronda,R.J.,Holtslag,A.a.m.,2003.沼泽植被的水蒸气和二氧化碳通量。农业气象学,116(1-2):10312。
  12. Jonckheere,I.,Fleck,S.,Nackaerts,K。,Muys,B. Coppin,P.,Weiss,M.,Baret,F.,2004。审查原位叶面积指数确定方法:第一部分I.理论,传感器和半球摄影。气象农业,121(1-2):19-35。
  13. Katzshner L.,Bosch U.,Roettgen,M.,2004年。热舒适绘图和区域,RUROS,Fitfth框架工程计划1998-2000,关键行动4“未来城市和文化遗产”,来自“能源、环境和可持续发展”计划。
  14. Konya,A.,1980。炎热气候下的设计底漆。伦敦建筑出版社有限公司。
  15. Kotzen,B.,2003年。对内盖夫沙漠六种不同树种下的树荫进行调查,探讨其在景观建筑发展中增强微气候条件的潜在用途。干旱环境杂志,55231-274。
  16. Kurn,D.K.,Bretz,S.E.,Akbari,H.,H.,H.,1994。通过植物性冷却降低城市空气温度和能源消耗的可能性:1994年暑期研究建筑物,太平洋格罗夫,加州,加利福尼亚州,1994年的暑期研究。
  17. Lalic, B., Mihailovic, D.T, 2004。描述森林内部用于环境建模的叶面积密度的经验关系。应用生物气象学报,43,641- 645。
  18. 法律B.E.,Cescatti A.,Baaldocchi D.D.D.,2001年。开阔雨林林叶区分布和辐射转移:质量和能源交换的含义。树生理学,21(12-13:777-87)。
  19. 陈志强,2000。测量森林叶面积密度垂直分布的摄影方法。中国科学:地球科学,2019,36(4):527 - 534。
  20. 蒙特斯,F.,皮塔,P.,卢比奥,A.,卡内拉斯,2007。山地平龄林松叶面积指数的半球形估计。气象学报,35(3-4):457 - 461。
  21. 皮尔斯,L., Running, W., 1988。使用便携式积分辐射计快速估算针叶林叶面积指数。生态学,69(6),1762 - 1767。
  22. Pokorny J。2001。景观中太阳能的耗散-由水和植被管理控制。可再生能源,24,641-645。
  23. Robinette,G. O.(1972)。植物/人/和环境质量。华盛顿D.C:U.S.部门内部。
  24. Scudo,G.,2002。绿色空间的热舒适性。论文发表在米兰的绿色结构和城市规划上。
  25. Shahidan,M.F.,Jones,P.,2008年。植物冠层设计在改进城市热环境:理论和指导方针。在:25th在都柏林召开的被动式和低能耗建筑会议。
  26. Shahidan, m.f., Shariff, M.K.S, Jones, P., Salleh, E., Abdullah, a.m., 2010。大花楸和大花楸在遮阳和辐射改善热舒适方面的比较。城市规划学报,29(6):723 - 732。
  27. Sheweka, Samar and Arch, Nourhan Magdy, 2011年。“活墙”是健康城市环境的一种方式。能源学报,6,592-599。
  28. Spangernberg J., Shinzato P ., Johansson E . Duarte D., 2008。圣保罗城市植被对小气候和热舒适影响的模拟。在:Rev. SBAU, Piracicaba, v.3, n.2, p 1-19。
  29. Steven, m.d., Biscoe, P. V., Jaggard, K. W., & Paruntu, J., 1986。叶盖和辐射截留。爱思唯尔科学出版社,75-87。
  30. 威尔默,F。,1990/91。植被对城市气候和建筑的影响。能源与建筑,15-16,507-514。
  31. Wong N.H.和Yu,C.,2009年。热带城市热群岛:气候,建筑和绿化。纽约:美国泰勒和弗朗西斯。
  32. Wong, N. H., Kardinal Jusuf, S., Aung La Win, A., Kyaw Thu, H., Syatia Negara, T., & Xuchao, W., 2007. Environmental study of the impact of greenery in an institutional campus in the tropics. Building and Environment, 42(8), 2949-2970.
  33. 吉士达,S.,OOKA,R.,Mochida,A.,Murakami,S.,Tominaga,Y.,2006年。三维植物冠层模型的户外热环境数值模拟的发展。在诉讼程序:ICUC6 - 瑞典国际气候和城市气候学第六次会议。
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