西安城市户外公共空间植物小气候效应及其设计应用初探

摘要

城市热岛效应等小气候问题日益突出，城市公共空间中的园林植物对于城市小气候的改善有着积极作用，目前关于园林植物的研究多集中在植物造景和植物群落生态设计方面，近年来对于园林植物的滞尘、降温、增湿等生态功能也成为了研究热点，但缺少基于西安地区城市气候特征下的城市园林植物小气候效应的系统研究。西安城市户外公共空间设计中，在美学和生态学的基础上，加入植物小气候效应设计，将会大大提升西安城市户外公共空间的舒适性，增加居民室外活动的舒适场所，延长居民户外活动的时间，促进人与人之间的情感交流、对于创造和谐社会有积极意义。
　　本课题选题来源于同济大学与西安建筑科技大学于2013年共同合作申请研究的国家自然科学基金项目：城市宜居环境风景园林小气候适应性设计理论和方法研究（NO.51338007）。植物小气候效应、水体小气候效应、地形小气候效应等构成了风景园林小气候效应，作为风景园林小气候设计中的重要组成部分，园林植物的小气候效应研究是基金项目研究中的一个重要组成部分。
　　城市户外公共空间中的植物小气候效应包括日照效应、蒸湿效应、通风效应、滞尘效应和释放气体效应。基于能量守恒和植物生理学及生物气候过程角度，归纳出植物对于城市户外公共空间小气候改善原理，总结出植物小气候效应的规律，重点通过研究植物叶面积指数、树冠形态、植物构成空间形态与小气候效应的关系，提出植物小气候效应设计指标与参数。
　　本人的研究方法和研究内容包括以下四个方面：（1）通过用Sketch up模型，探究不同落叶植物的不同枝干形态与太阳辐射的关系，总结出冬季透阳效果好的树种类型。（2）通过对大雁塔景区绿地不同空间形态地表温度与近地面1.5米处温度、湿度、风速的实地测试，发现夏季和冬季小气候舒适性较好的空间布局和由植物构成的空间形态。（3）通过对西安30种常用树种叶面积指数以及生态习性、树冠形态等条件的比较，推测30种西安常用树种的蒸腾速率和滞尘能力、总结出蒸湿效应和滞尘效应较好的树种。建立植物小气候效应设计指标体系，分析各项指标之间的联系，对植物选种提供参考依据；同时，提出西安城市公共空间植物小气候效应设计策略。
　　研究得出主要以下结论：（1）基于西安城市气候，夏季遮荫效果好、冬季透阳效果较差树种：法国梧桐、国槐、臭椿。夏季遮荫效果较差但冬季透阳效果好的树种：银杏、毛白杨、河北杨、龙爪槐、水杉。（2）冬季和夏季西安城市户外公共空间小气候最舒适的空间布局“中心开敞草地四周林地地形”空间布局模式。（3）西安在夏季由植物构成的小气候舒适度较好、空间使用率较高的空间形态类型有“疏林（常绿）+裸土空间”、“中心铺装+三面乔木围合空间”；冬季由植物构成的小气候舒适度较好、空间使用率较高的空间形态类型包括：“绿篱（常绿）+铺装广场空间”、“中心铺装+外围乔木树池（落叶）空间”。（4）植物小气候效应设计指标体系可以分为植物小气候效应主体指标和植物小气候效应影响指标，以及植物种植设计参数。指标中最重要的指标有叶面积指数、蒸腾速率、植物群落郁闭度。

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1绪论

1.1研究背景

1.2课题来源

1.3研究目的和意义

1.4研究综述

1.5研究对象

1.6研究内容与方法

1.7研究框架

2植物小气候效应的类型与调节机制

2.1相关基本概念

2.2植物小气候效应的类型与调节机制

2.3植物小气候效应的影响因素

2.4本章小结

3乔木冠形枝干形与日照效应的关联性分析

3.1乔木生长相关性

3.2西安30种常用乔木冠形态及枝干形分类

3.3西安常用乔木冠形夏季降温实测数据分析

3.4西安常用乔木枝干形冬季增温实测数据分析

3.5乔木三种枝干形冬季透阳率模型模拟分析

3.6西安常用落叶乔木冠形及枝干形与日照效应关联性分析

3.6本章小结

4乔木叶面积指数与蒸湿、滞尘效应的关联性分析

4.1西安30种常用乔木的叶面积指数

4.2西安30种常用乔木蒸湿能力比较

4.3西安30种常用乔木滞尘能力比较

4.4本章小结

5植物围合空间小气候效应实测分析——以西安环绕慈恩寺地段为例

5.1环绕慈恩寺地段夏季、冬季人的行为对空间选择偏好性分析

5.2环绕慈恩寺地段空间布局模式夏季、冬季小气候效应实测分析

5.3植物围合空间夏季、冬季小气候效应实测分析

5.4本章小结

6植物种植设计参数与小气候效应设计指标的关联性分析

6.1建立植物小气候效应设计指标的意义与目的

6.2植物小气候效应设计指标体系及指标间关联性

6.3城市户外公共空间植物小气候效应评价模型

6.4本章小结

7植物小气候效应在西安城市户外公共空间中的设计应用途径

7.1植物小气候效应设计程序

7.2城市户外公共空间植物小气候效应的调节途径

7.3西安城市休闲广场植物小气候效应设计与应用方法

7.4植物小气候效应设计中的矛盾处理原则

7.5本章小结

8结论与展望

8.1研究结论

8.2研究创新点

8.3研究局限性

8.4研究展望

致谢

参考文献

附录1 作者在读期间的研究成果

附录2 测试布点平面图

附录3 图表目录