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城市滨水绿地植被的三维形态构成与微气候效应研究

花匠小妙招
2024-11-06 17:40

城市滨水绿地植被的三维形态构成与微气候效应研究

【摘要】： 城市是人口高度集聚,建筑覆盖率高,经济活动频繁的地域。近年来城市发展与生态环境间的矛盾激化,城市热岛效应问题严峻。面对城市气候环境的挑战,相关学者已经制定一系列气候适应性的应对措施和机制,缓解人类活动导致的环境问题。城市规划相关学科也开始从可持续发展角度探索城市建设的气候适应性规律,以期更好的建设生态宜居城市。滨水绿地是城市重要的生态景观空间,在净化空气、调节气候、涵养水源等方面具有重要的生态功能,已有众多研究表明水体与绿地可以显著改善城市生态问题及气候效应,提高人体的舒适度感知。但对于相对小尺度的滨水绿地植被结构微气候研究相对较少,尚未形成完备的植被三维结构模拟研究体系。同时基于水绿协同视角下的水体与植被结构气候效应研究较为缺乏。基于此,本文以ENVI-met数值模拟软件为基础,进行植被建模相关版块测试,对比验证了软件进行植被模拟的科学性。以上海市的气候环境条件为背景,建立理想模型,分析滨水植被类型、植被配置结构、植被三维形态构成的气候效应特点。植被配置结构从植被种植密度、植被配置结构、种植形式视角出发,研究气候相关因子变化规律。植被三维形态构成则以形态因子结构较为完整的乔木为研究对象,参考实际树木的冠层及枝干实际基本属性,选取高度、冠幅、冠下高、冠型、叶面积指数和三维绿量为指标因子,从水平和垂直空间层面,分析空气温度、相对湿度、风速及生理等效温度等气候效应特征。最终根据研究结论,对案例滨水绿地进行优化设计,提高该区域生态景观和气候环境,并据此进一步总结滨水绿地微气候效应优化策略,以期推进可驻留、气候舒适的滨水绿地生态景观空间构建。研究结论表明:(1)滨水绿地将水体与植被要素的生态效应叠加,形成较好的气候及舒适性环境,在高温时刻效应最佳。(2)植被类型中,草地和裸地具有较高的空间开阔度,最有利于通风,但降温增湿作用较差。高密度种植的低矮灌木对风速的阻碍作用较为显著。乔木大体积的树冠提供的浓荫和叶片的蒸腾作用,有利于降温增湿及提高舒适性感知,但有一定阻碍风速的作用。阔叶树的效应强度高于针叶树。(3)植被株间距增加,即种植密度减小,使得区域的绿量减少,降温增湿效应及热舒适性降低,但会提高区域风速。当乔木株间距小于10m时,绿化降温增湿效应较低;当乔木株间距大于10m时,绿化降温增湿效应较高。(4)对于不同植被类型的配置情境,乔草组合的热环境及热舒适性最佳,乔木提供了较强的遮荫和蒸腾作用,大面积的滨水草地提供的开阔空间保证了风速的流通。灌草组合最有利于提高区域风速,但对于温湿度的作用效应不强。乔灌草复合绿化中,乔木面积占比越大,降温增湿效应越强,对风的阻碍作用越大。(5)纵列植和随机点植的种植形式温湿度效应及热舒适性较好。纵列形式中植被排列方向与风向一致,且垂直于水体,更有利于风的流通。群植形式的植被集聚程度最大,空间整体最为开阔,温湿度效应及热舒适性较差。(6)植被三维形态结构研究发现,乔木高度增加,使得冠幅和冠下高同比增加,降温增湿效应和热舒适性增强,提高区域风速;8m以上二乔和大乔绿化气候效应较好。乔木冠幅的增加,使得区域绿量增加,提高降温增湿效果和舒适性,同时会减弱风速;当冠幅增加至10m时,降温增湿效应显著。乔木冠下高的增加可显著提高区域风速,同时受到风的影响将降低气温,但由于绿量无显著变化,湿度变化趋势较小;3m以上冠下高乔木的风速较高,当冠下高增加至6m时绿化风速显著高于水体。同种叶片形态的乔木冠型中,球形树的降温效应不佳,但对于增湿和热舒适性的改善作用较强。半球形树和圆柱形树有显著的降温增湿效果。锥形树有利于促进风的流通。叶面积指数较大的乔木,降温增湿和热舒适性作用较强,但会降低区域风速;LAI大于2的绿化降温增湿效应较好。三维绿量的增加可显著提升降温增湿和热舒适性,但会减弱风速;三维绿量小于5万m~3时,绿化降温增湿效应低于水体,当绿量增至10万m~3时,绿化降温增湿效应显著高于水体。(7)各植被类型、配置结构和三维形态结构水平空间与垂直空间的各因子特征较为一致,且近地高度层的变化规律较明显。

【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2020

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