1 城市生态学 康慕谊 北京 y 2002.02~06 北京师范大学资源与环境科学学院课程 本课程的着重点 城市气候学与城市自然环境 城市生态系统的特点 城市中的环境问题 城市园林绿地与绿化 城市生态环境管理与规划 城市生态系统研究方法举例 1 城市与城市生态学 1.1 城市的发展与城市化 1.1.1 城市的概念和城市的形成与发展 城市城市 (city)—是非农业人口为居民主体 , 以 空间与环境 利用 为基础 , 以 聚集 经济效益 为特点 , 以人类社会进步为目的的一个 集 约 人口、经济、科学技术和文化的 空间 地域综合体 —人类社会 与 地域空间 的高度结合 城市与其周围环境的联系 1 城市与城市生态学 城市的形成(三次社会分工与私有制) 1 第一次:畜牧业与农业分离 —聚落(城市胚胎) 第二次:农业与手工业分离 —产生聚落中心 第三次:手工业与商业分离 —“市 ”(集)形成 2 私有制产生 —聚落争斗防卫 —“城 ”(镇)形成 城市的发展 自然条件：大河冲积平原区；经济技术发展水 平：冲破自然束缚向外扩张拓展 城市化景观 现代农业景观 - 1950~ 传统农业景观 - 1800~1950 历史乡村景观 - 1100~1800 铁器时代末期景观 - 约公元前 1000 新石器及青铜时代 景观 - 原始自然景观 - 城 市 景 观 发 展 变 迁 过 程 自然→人工 2 海岸地面抬升( 1cm/a)促使港口向河流下游深水处迁移, 船只吨 位(吃水深度)的增加亦加速了该过程 —港口城市形成 1 城市与城市生态学 1.1.2 城市化与城市问题 城市化城市化 (urbanization)—通常是指农业人口 转化为城市人口的 过程 。其表现为： z 空间上城市规模的扩大 z 数量上农业人口转变为城镇非农业人口 z 质量上城市居民生活方式的现代化 城市 人口增长 : (以前) 自然 →(目前) 机械 城市化发展过程 孤立农家 → 市井集镇 → 老工业区 → 新工业区 交通线形式对不同城市景观类型形成的影响 城镇用地 水域 稻田 灌草地 林地 湿地 裸地 果园 1980 1988 1994 深圳 市的 土地 利用 变化 欧洲的城市化发展 3 1 城市与城市生态学 城市问题 ：由于城市化的发展和城市人 口、工业、建筑的高度集中 , 带来了一系 列的 ~~。当城市人口膨胀到一定程度， 城市扩大到一定规模时，势必造成城市 用地紧张、交通拥挤、住房短缺、基础 设施滞后、环境污染、生态条件恶化， 并导致失业率增加和犯罪率上升等一系 列现代 城市社会弊病 。 1 城市与城市生态学 1.2 城市生态学的研究对象、目的、任务 1.2.1 城市生态学 经典的 生态学生态学 研究生物与其生活环境之 间的相互关系。其研究对象主要是： 1 城市与城市生态学 生物个体 (个体生态学 autecology) 生物种群 (种群生态学 population ecology） 生物群体 (群落生态学 synecology) 生态系统 (生态系统学 ecosystem ecology) —将某一环境及其中的生物群体结合起 来加以研究 ,目的是阐明生态系统的机 制。现代生态学强调的这种机制 , 主要指 生态系统中物质和能量的流动。 1 城市与城市生态学 城市生态学城市生态学 (urban ecology) — 生态学 的一个分支 , 是以城市空间范围内生命系 统和环境系统之间联系为研究对象的学 科。由于人是城市中生命成分的主体 , 因 此也可以说 , 城市生态学城市生态学 是 研究城市居民 与城市环境之间相互关系的科学 。其研 究内容主要包括： 1 城市与城市生态学 城市居民变动及其空间分布特征 (城市人口的生 物特征、行为特征、社会特征研究 ) 城市物质代谢功能及其与城市环境质量之间关 系 (城市物流、能流及经济特征研究 ) 城市自然生态变化与城市环境的互动影响 (城市 生物及非生物环境的演变过程研究 ) 城市生态管理与调控 (城市交通、供水、生活废 物处理及其中的物质、能量利用 , 社会、自然 和谐 , 系统动态调控方法研究 ) 城市自然生态特征的指标体系及城市合理容量 1 城市与城市生态学 对城市进行生态学研究 , 仅仅运用自然科学 的原理是不够的。这首先因为城市是人类社会 的产物 , 所以有关生态学的研究也必然涉及社 会科学的不同领域。人类往往不能适应城市生 活的自然环境 , 要按照自己的意愿 , 如按照传统 、政治、经济状况等改造城市。这种改变常常 不可能不使城市生态系统受到影响 , 而且是影 响到城市的自然和社会各个方面 , 因此城市生 态学必然要运用到自然科学和社会科学两方面 研究领域的成果与方法。 4 1 城市与城市生态学 1.2.2 城市生态学研究的流派 城市生态学的研究起源于欧美 , 然而北美的城 市生态学概念和西欧的城市生态学概念并不完 全相同。 西欧的城市生态学是由自然科学家 , 特别是植 物学家所首先创立 , 在以后的研究中 , 也一直基 本保持着自然科学的性质。把非自然科学亦纳 入城市生态学研究范畴的观点 , 仅仅是在近期 才开始被德国和其他一些欧洲国家所接受。 1 城市与城市生态学 在北美洲，城市生态学植根于社会科学。 Robert E. Park—芝加哥学派著名的代表人物 之一 , 在 1926年就已开始讲授 “城市生态学 ”课 程 , 其内容是 “城市和社会之间关系的多样 性 ”。北美的城市生态学概念 , 从一开初到现在 , 始终比西欧的城市生态学概念具有更浓烈的社 会科学色彩。特别是在其发展初期 , 纯粹属于 社会科学。 1 城市与城市生态学 随着时间的推移，城市生态学概念在西欧 和北美间开始相互协调，逐渐趋于统一。在欧 洲，城市生态学的概念正在逐渐扩展自己的含 义；在北美 , 自然科学方面的研究 (如气候学、 绿地建设和城市园林树木的意义等 ), 已在有关 的城市环境规划中获得了广泛的应用。 1 城市与城市生态学 1.2.3 我国的城市生态学研究 我国城市生态学的研究起步较晚 ,但发展很快 。 1984年 12月在上海举行了 “首届全国城市生态 科学研讨会 ”, 会议探讨了城市生态学的目的、 任务、研究对象和方法，以及在实际工作中的 作用。这次会议标志着中国城市生态研究工作 的开始。以后的研究首先将注意力集中在把城 市生态理论研究应用到城市规划、建设和管理 实践中去 , 主要是对一些大城市进行生态系统 工 程方面的研究 。 1 城市与城市生态学 1983~1985年间组织的 “天津 市城市生态系统与污染防 治综合研究 ”； “北京 市城市生态系统特征及其环境规 划的研究 ”等。这些研究为制定城市总体规划、城市经 济发展规划、城市环境保护规划和城市管理措施等提 供了决策依据。 在城市生态系统个别组分的研究方面，有江苏植物研 究所等开展的 南京 市 “城市空气污染与某些植物种的关 系 ”的个体生态研究。 此外在北京以及其它城市还有一些有关 城市生态调控 决策支持系统 方面的研究，目的是为城市规划、环境 管理与决策者提供信息支持、方法支持和知识支持。 1 城市与城市生态学 城市生态学研究现阶段研究方向 : 为使城市发展步 入正常良性循环轨道 , 为使日益严重的城市问题得 到妥善解决 , 应该 分 城市职能类别 开展城市生态的深入研究 (以政治 文化、工业企业、风景旅游、交通枢纽、商贸金 融、港口运输等各类城市进行研究 ); 城市生态的 单项基础性 研究 (要构建城市总体模型 , 首先应有单项基础研究 , 如有关城市植被、植物区 系、动物区系、水文、气候、土壤等以及有关城 市交通、人口居住、环境美化方面的研究 ); 城市生态环境管理及规划 研究 5 2 生态学有关概念与原理 2.1 生态平衡及其反馈调节机制 生态平衡 (ecological equilibrium)— 指生态系统的一种相对稳定状态。当处于这 一状态时, 生态系统内生物之间和生物与环境 之间相互高度适应, 种群结构和数量比例长久 保持相对稳定, 生产与消费和分解之间相互协 调, 系统能量和物质的输入与输出之间接近平 衡。生态系统平衡是一种动态平衡, 因为能量 流动和物质循环仍在不间断地进行, 生物个体 也在不断地进行更新。 2 生态学有关概念与原理 负反馈机制 (negative feedback mechanism) 生态系统的平衡靠负反馈机制维持。生态系 统中的反馈现象十分复杂, 既表现在生物组分 与环境之间, 也表现于生物各组分之间及结构 与功能之间, 其中起主要作用的是能够使系统 达到和保持平衡或稳态的负反馈机制。负反馈 是指系统或其中某成分因一系统输入而在输出 上产生一响应变化趋势, 该响应变化又反过来 作用于导致产生该响应变化的系统输入, 使该 输入受到抑制从而衰减之(见下页图示)。 生态系 统稳态 生态系统负反馈环作用示意图 输入 + 向偏离 ? 向偏离 ? 向调整 + 向调整 输出 兔的食 物增加 兔数量减少 兔因饥 饿死亡 兔吃少 量植物 植物增加 兔数量增加 兔吃大 量植物 植物减少 兔与植物种群之间的负反馈环 兔数量减少 兔吃少 量植物 兔因饥 饿死亡 兔的食 物增加 植物减少 植物增加 兔数量增加 兔吃大 量植物 狼数量下降 狼数量增加 狼因饥 饿死亡 狼的食 物增多 狼吃少 量的兔 狼吃较 多的兔 狼、兔、植物种群之 间的双重负反馈环 2 生态学有关概念与原理 当自然生态系统 处于平衡状态时 , 生物种类 通常较多 , 结构复杂 , 食物链网错综 , 对外界的 干扰有较强的抵御能力 , 功能发挥亦较稳定。 有人称此为 多样性 —稳定性 学说。此时系统内 各物种通过竞争和生态适应 , 占据各自独特的 生态位 , 彼此协调相处 , 对环境资源的利用较为 充分 ; 同时复杂的食物网结构使能量和物质可 通过多种途径流动 , 一个环节或途径发生了损 伤或中断 , 可以由其他方面的调节所抵消或得 到缓冲 , 从而使整个系统不易受到致命伤害。 6 2 生态学有关概念与原理 然而生态系统的 稳定性 (stability)至少包 含两方面的涵义(其他有 持久性 persistence 等): 抵抗力 (resistance)—系统抵御外界干扰使自身 不致受到伤害的缓冲能力, 抵抗力越强则系统 越不容易出现伤害或崩溃现象。 恢复力 (resilience)—当系统遭到外界干扰致使 系统受损后迅速修复还原自己的能力, 恢复力 越强则系统恢复( restoration)到正常的时间 越短。 两者难以兼得, 恢复力强则抵抗力弱, 反之 亦然(见下二页图)。 生态系统总稳定性 (抵抗力与恢复力 )关系示意图 生 态 系 统 功 能 时间 干扰 抵抗力的量度：当一次 干扰的强度和作用时间 一定时，此区域的面积 越大 (轨迹偏离正常范 围越晚和幅度越小 )， 生态系统的抵抗力越强 功能轨迹曲线 正常作用范围 生态系统总稳定性 (抵抗力与恢复力 )关系示意图 生 态 系 统 功 能 时间 干扰 恢复力的量度：当一次 干扰的强度和作用时间 一定时，此区域的面积 越大 (轨迹回复到正常 范围越早 )，生态系统 的恢复力越强 功能轨迹曲线 正常作用范围 2 生态学有关概念与原理 生态平衡失调与生态危机 现实中生态系统常受到外界的干扰 , 但干扰 造成的损坏一般都可通过负反馈机制的自我调 节作用使系统得到修复 , 维持其稳定与平衡。 不过生态系统的调节能力是有一定限度的。当 外界干扰压力很大 , 使系统的变化超出其自我 调节能力限度即 生态阈限 (ecological threshold)时 , 系统的自我调节能力随之丧 失。此时 , 系统结构遭到破坏 , 功能受阻 , 整个 系统受到严重伤害乃至崩溃 , 此即生态平衡失 调。 2 生态学有关概念与原理 严重的生态平衡失调 , 从而威胁到人类的生 存时 , 称为 生态危机 (ecological crisis)—由 于人类盲目的生产和生活活动而导致的局部甚 至整个生物圈结构和功能的失调。 生态平衡失调起初往往不易被人们觉察 , 如 果一旦出现生态危机就很难在短期内恢复平 衡。因此 , 人类应该正确处理人与自然的关系 , 在发展生产 , 提高生活水平的同时 , 注意保持生 态系统结构和功能的稳定与平衡 , 实现人类社 会的可持续发展 (sustainable development)。 2 生态学有关概念与原理 2.2 生态学的一般规律 这里仅着重对生态学的一般规律进行简要概 括。生态学所提示或遵循的下述一般规律 , 对 搞好城市生态环境保护 , 发展工业生产 , 保障居 民生活等均有指导意义。 相互依存与相互制约规律 反映生物间及生物与环境间的协调关系 , 主要 是 普遍的依存与制约关系 , 亦称 “物物相 关 ” 和 “相生相克 ”规律 7 2 生态学有关概念与原理 生态系统中的 (同种或异种 )生物间 , 不同 生态系统间 , 甚至生态系统中的生物与环 境之间 , 均存在相互依存和相互制约的关 系 , 亦可以说彼此影响。这种影响有些是 直接的 , 有些是间接的 , 有些是立即表现 出来的 , 有些需滞后一段时间才显现出 来。一言以蔽之 , 生物之间和生态系统间 的相互依存与制约关系 , 是普遍存在的。 2 生态学有关概念与原理 因此 , 在城市建设和城市居民生活中 , 特 别是在需要排放污染、倾倒废物、喷洒 药品、采伐、开山、筑路、修建大型给 水工程及其它建设项目时 , 务必注意调查 研究 , 摸清自然界诸事物之间的相互关系 , 对与某生产活动有关的其它事物也加以 通盘的考虑 , 包括考虑此种活动可能会产 生的影响 (短期的和长期的、明显的和潜 在的 ), 从而做到统筹兼顾 , 全面安排。 2 生态学有关概念与原理 物质循环与再生规律 生态系统中 , 生物借助能量的不停流动 , 一 方面不断地从自然界摄取物质并合成新的 物质 , 另一方面又随时分解为原来的简单 物质 , 即所谓 “再生 ”, 重新被系统中的生产 者植物所吸收利用 , 进行着不停顿的物质 循环。因此要严格防止有毒物质进入生态 系统 , 以免有毒物质经过生物放大作用和 多次循环后富集到危及人类的程度。 2 生态学有关概念与原理 至于流经生态系统中的能量 , 通常只能通过系统 一次 , 当能量经食物链转移时 , 每经过一个营养 级 , 就有大部分能量转化为热散失掉 , 无法加以 回收利用。因此 , 为了充分利用能量 , 必须设计 出能量利用率高的系统。如城市垃圾的处理 , 从 最初的填埋法到后来的焚化法再进一步到堆肥 制取沼气法 , 便体现了人类逐步掌握生态学的循 环与再生规律 , 并应用于实践的过程。特别是后 者 , 既能较彻底地消除污染 , 又能充分回收垃圾 中含有的物质养分 (有机肥料 )和有用能量 (沼气 ), 是较有前途的城市垃圾处理方法。 2 生态学有关概念与原理 物质输入输出的动态平衡规律 物质输入输出的平衡规律 , 又称 协调稳定协调稳定 规律 , 涉及到生态系统中生物与环境两个方面。生态 系统中生物与环境之间的输入与输出 , 是相互 对立的关系 , 当生物体进行输入时 , 环境必然进 行输出 , 反之亦然。生物体一方面从周围环境 摄取物质 , 另一方面又向环境排放物质 , 以补偿 环境的损失 (这里的物质输入与输出 , 包含着量 和质两个指标 )。 2 生态学有关概念与原理 因而 , 一个稳定的生态系统 , 其物质的输 入与输出总是相平衡的。当输入不足时 , 会产生 生态匮乏 , 例如一个城市物资供应 不足 , 必然造成生产生活紧张 , 效率下降 ; 反之 , 当城市物资供应足够但输出不足 , 又会导致 生态滞留 , 使环境恶化 , 生产生 活同样受阻。 8 2 生态学有关概念与原理 环境资源的有效极限规律 任何生态系统中 , 作为生物生存的各种环境资 源 , 在质量、数量、空间和时间等方面 , 其供给 量和供给速度都有一定的限度 , 因而生态系统 的生物生产通常都有一个大致的上限。也因此 , 每一生态系统对任何外来干扰都有一定的忍耐 极限。所以 , 采伐森林、捕鱼狩猎等不应超过 资源利用的最大可持续产量 ; 保育某一物种时 , 必须保有足够它生存和繁殖的空间 ; 城市排污 时 , 必须使排污量不超过环境的自净能力等。 2 生态学有关概念与原理 以上几条生态学的一般规律 , 是生态平衡 的理论基础 , 也是解决人类当前面临的人 口、粮食、能源、资源、环境等五大问题 的理论基础。许多科学家认为 , 解决这五 大问题 , 核心是控制人口的增长 , 即维持人 类自身种群数量的稳定 , 做到与地球生物 圈协调共处 , 从而实现既满足当前人类需 要 , 又不危及后代子孙生存的 可持续发展 (sustainable development)。 本章到此结束 , 谢谢 ! 1 城市生态学 康慕谊 北京 y 2002.02~06 北京师范大学资源与环境科学学院课程 3 城市气候学 影响城市气候的因素 城市的辐射和日照 城市的热量平衡与城市热岛效应 城市的风及局部环流 城市的降水及水分平衡 城市的大气污染及与城市气候的关系 城市气候与城市规划和城市建设 3 城市气候学 3.1 影响城市气候的因素 城市除了受当地纬度、大气环流、海陆位 置、地形等区域气候因素的作用外 , 还受 人类 (生产与生活 )活动中放出热量及水汽 的影响 , 因而形成有别于近郊区和乡村的 局地气候。通常我们称之为 城市气候 城市气候所涉及的范围主要包括三个部分 : 即 城市覆盖层 、 城市边界层 和 市尾烟气层 城市气候所波及的范围 城市气候所波及的范围 3 城市气候学 在城市高强度的经济活动中 , 要消耗大量能 源。据统计一个百万人口的城市 , 每天要消耗 煤 3000t, 石油 2800t, 天然气 2700t, 同时排放出 粉尘约 150t, 二氧化硫 150t, 一氧化碳 450t, 一 氧化氮 100t。当这些粉尘和有害气体进入空气 后 , 会改变大气的组成成分 , 影响城市空气的透 明度和辐射热能收支 , 减弱能见度 , 为云雾提供 丰富的凝结核 , 从多方面影响气候。如果污染 物超过大气的自净能力 , 还会造成城市大气污 染。 2 3 城市气候学 由于城市居民的生活和生产活动 , 如家庭炉 灶、取暖、工厂生产、公共交通、人、畜的新 陈代谢和其他各种能源燃烧所排放的热量 , 使 城市比郊区增加了许多额外的热量收入。这种 人为的热量在某些中高纬度城市可以接近或超 过太阳辐射热量。如在德国的汉堡每天从煤燃 烧所产生的热量为 167J/cm 2 , 而冬季地面从太 阳直接辐射和天空辐射一天中所得到的热量为 175J/cm 2 。在莫斯科 , 人为热竟超过太阳辐射 热的 3倍 , 对城市增温的影响十分显著。 3 城市气候学 此外由于城市供水、排水的方式和农村不同 , 在燃烧和某些工业生产过程中还产生一定量的 “人为水汽 ”进入大气 , 致使城市中的水分平衡 与农村有明显差异。 3 城市气候学 3.2 城市的辐射与日照 z 城市太阳总辐射较乡村少 污染物浓度大 →直接辐射少 →散射辐射多 →总 辐射少 z 城市下垫面反射率小 冬季更是如此.反射率小意味着吸收率高 总体说,城市地面吸收的太阳辐射与乡村 差别不大 3 城市气候学 z 城市日照总时数和日照百分率小于乡村 1 大气污染物多,云雾多, 透明度小; 2 热岛效应所引起的对流云经常出现 z 城市内部日照地区差异明显 此为建筑物遮阴所致, 主要取决于 街道走向 , 及 建筑群高度与街道宽度之比 : H/D 北墙冬半年完全荫蔽, 夏半年一天两次日照, 但时间不长; 南墙每天一次, 但随太阳赤纬 增加而减少 西安(北纬34 °)街道可照时间(h) 街 道 朝 向 南 墙 北 墙 平 面 H/D 1/2 1/1 2/1 3/1 1/21/12/13/1 全 年 可 照 时 数 3180.42112.71346.5 986.3 650.2 524.3 382.6 300.6 4394.4 3 城市气候学 3.3 城市的热量平衡与城市热岛效应 z 热量平衡 人为热的大量输入: 工业生产、家庭炉 灶、空调制冷、机动车排放、冬季取 暖等 下垫面 导热率 高出乡村 3倍 , 热容量 较乡 村大 1/3倍 , 因而贮热量大 热收入远高于乡村 3 3 城市气候学 z 城市热岛效应 城市热岛 (urban heat island)—城市内部气 温比周围郊区高的现象，城市气候中最典型的 特征之一，无论是在中高纬度或低纬度地区， 这一现象均普遍存在。 城市热岛效应可以从两个方面来分析： 同一时间城市和郊区气温的对比 同一城市历史发展过程中气温的前后对比 3 城市气候学 城、郊气温对比 z ΔT u-r —热岛强度 =同时间同高度 (离地 1.5m) 热岛中心与近郊的气温差值。 z “城市热岛 ”矗立在农村较凉的 “海洋 ”之上 , 国内外均如此 : 冬季傍晚上海市区比郊外要高 2~5°C; 巴黎城中心年均温比郊区高 1.7°C 城市热岛温度剖面示意图 3 城市气候学 城市发展过程中气温的前后对比 z 随城市化发展 , 市区呈现出越来越暖的趋势 . 如东京历史时期气温逐年变化可分三个阶段 1920~1942年 : 气温变化趋势逐年上升 (城市发展 ) 1942~1945年 : 气温变化趋势逐年下降 (值第二次 世界大战期间 , 东京城市受到大规模的破坏 , 城 市热岛效应不存在 ) 1945~1967年 : 气温变化趋势逐年上升 (战后城市 建设迅速恢复 , 气温又开始回升 ) 日本东京 1916~1965年年平均气温的变化 4 3 城市气候学 城市热岛强度的变化 z 周期性 日 变化 : 夜晚强 , 白昼午间弱 年 变化 : 冬秋两季比夏春两季表现更明显 , 可 能归因于冬季城市取暖耗能较多 , 释放大量 人为热量 周 变化 : 明显受工休日周期影响 , 周末弱 , 周内 强 蒙特利尔夏季热岛强度的日变化 (无云无风天气 ) 逐时降温率 ΔT/Δt (°C.h -1 ) 热岛强度 ΔT u-r (°C) 城市 乡村 维也纳城市和郊区气温差值的日变化 城 市 星 期 一 星 期 二 星 期 三 星 期 四 星 期 五 星 期 六 星 期 日 平 均 纽黑文 (1939~ 1943) 0.6 0.7 0.6 0.7 0.6 0.6 0.3 0.6 巴尔的摩 (1971~ 1975) 0.9 1.0 0.8 0.7 0.7 0.4 0.2 0.7 美国两座城市冬季热岛强度 ΔT u-r (℃ )的周变化 3 城市气候学 z 非周期性 1） 临界风速 ：风速大则热岛效应小， 超过临界风速时则消失 2）云量：强热岛大多出现在无云的天 气状态下 季 节 热岛消失的风速 （ m/s） 春 4~5 夏 2~3 秋 5 冬 5~6 北京地区热岛消失的临界风速 5 3 城市气候学 z 城市热岛强度的地区差异 城市热岛强度与城市的布局形状、城市地形等 有密切关系。团块状紧凑布局，城中心增温效 应强。条形分散结构，城中心增温效应弱。 盆 地或凹地，由于风速小，热岛效应特别强，这 里不仅抵消了冷空气的下沉作用，反而成为最 暖的热岛中心 城市规模（面积、人口及其密度等）对热岛强 度亦有影响 城市规模与城乡气温 (夜晚 )差别的关系 旧金山 圣约瑟 帕阿尔托 城市面积 (km 2 ) 116.81 38.33 22.27 居民人口数 (万人 ) 78.4 10.1 3.3 居民密度 (人 /km 2 ) 6712 2635 1481 夜晚平均 城乡气温差 (℃ ) 5.6~6.7 3.9~5 2.2~3.3 3 城市气候学 城市附近自然景观以及城市内部下垫面 性质亦对城市热岛强度起一定作用。无 绿化的宽阔街道和广场，到中午时剧烈 增温，在夜里又急剧冷却，气温日振幅 最大。林荫道和有绿化的广场白昼较凉 爽，气温的日振幅较小 01 时 07 时 13 时 19 时 公园内 27.1 28.3 31.8 28.3 公园附 近街道 27.9 29.2 32.9 29.3 两处 气温差 0.8 0.9 1.1 1.0 上海市区公园同其附近街道的气温平均差值(℃) 3 城市气候学 3.4 城市的风及局部环流 z 城市热岛环流 在天气睛朗无云，大范围内气压梯度极小的形 势下，由于城市热岛的存在，城市中形成一个 低压中心，并出现上升气流。从热岛垂直结构 看来，在一定高度范围内，城市低空都比郊区 同高度的空气为暖，因此随着市区热空气的不 断上升，郊区近地面的空气必然从四面八方流 入城市，风向向热岛中心辐合。 在晴朗的夜间城市热岛环流模式 6 3 城市气候学 此时郊区因近地面层空气流失需要补充，于是 热岛中心上升的空气又在一定高度上流回到郊 区，在郊区下沉，形成一个缓慢的 热岛环流 (local heat island circulation)， 又称城 市风系。在近地面部分风由郊区向城市辐合, 称为 乡村风 (country breeze)。 应该指出, 向城市中心辐合的乡村风, 并不是 很稳定的, 它往往具有间歇性或脉动性(周期 性),即吹一段时间,要停一段时间。此脉动周 期约为 1.5~2.0h。这种脉动性在夜间特别明 显。 3 城市气候学 z 城市发展对盛行风的影响 随着城市的发展，人口增多，建筑物的密度和 高度增加，下垫面的粗糙度加大，因而有使城 市年平均风速减小的趋势。 上海历年风速 (m/s) 1951~ 1955 1956~ 1960 1961~ 1965 1966~ 1970 1971~ 1975 1976~ 1980 3.6 3.2 3.2 3.1 3.1 3.0 3 城市气候学 城市的平均风速比郊区小。 城市与郊区风速的差值还因时、因 风速而异 : 一般是白天差值大，晚上 小；夏季大，冬季小。 上海地区 1980年年平均风速示意图 3 城市气候学 z 城市覆盖层内部风的局地差异 从城市整体而言，其平均风速比同高度的开旷 郊区小，但在城市覆盖层内部风的局地性差异 很大。有些地方风速极微；而在特殊情况下， 某些地点其风速亦可大于同时期同高度的郊 区。造成城市覆盖层内部风速差异的主要原因 是由于街道的走向、宽度、两侧建筑物的高 度、形式和朝向不同 , 当风吹过城市中鳞次栉 比、参差不齐的建筑物时 , 因阻障效应产生不同 的升降气流、涡动和绕流等 , 使风的局地变化复 杂化。 3 城市气候学 盛行风遇到不能穿透的建筑物时 , 在迎风面上一 部分气流上升越过屋顶 , 一部分气流下沉降至地 面 , 另一部分则绕过建筑物的周侧向屋后流去。 当盛行风向与街道平行时 , 由于狭管效应 , 风速会 加大。如果风向与街道成一定角度则风受阻而速 度减小。在街道中部风速要比人行道靠近建筑物 的部分大些。如果以街道中心的风速算作 100% 的话 , 那么在迎风面的人行道风速为 90%, 背风面 的人行道风速只有 45%。人行道旁如果种植行道 树 , 树叶茂盛时风速将再减低 20%~30%; 在公园 的浓荫中 , 风速更会削弱 50%上下。 7 3 城市气候学 3.5 城市的湿度、降水及水分平衡 城区年均绝对湿度和相对湿度比郊区低 欧洲几座城市年平均湿度的城乡差异 维也纳 柏 林 特利尔 科 隆 弗罗茨瓦夫 慕尼黑 (20年平均 ) (14年平均 ) (2年平均 ) (3年平均 ) (9年平均 ) (4年平均 ) 城乡绝对 湿度差 (Pa) -20 -20 -50 -40 -50 -25 城乡相对 湿度差 (%) -4 -6 -6 -6 -6 -5.5 3 城市气候学 城区比郊区雾多，能见度低 城市多雾的原因，首先是因为人为造成的 大气污染，颗粒物质为雾的形成提供了丰富的 凝结核。城市中鳞次栉比的建筑物群，增加了 下垫面的粗糙度，减少了风速，为雾的形成提 供了合适的风速条件。又由于城市热岛环流， 郊区农村带来的水汽，使低空辐合上升凝结成 雾的机率增大。 3 城市气候学 城市的大雾阻碍交通，使航班停开，增 加城市交通事故。 大雾阻滞了空气中污染物的稀释与扩 散，加重了大气污染。 城市雾还减弱了太阳辐射，不利于人类 与其它生物的生活。 3 城市气候学 城市的降水与水分平衡 1) 城市水分收入项比郊区大 城市水分收入比郊区大 , 首先在于城市中的降 水量一般比郊区多 , 一般比郊区多 5%~15%。 形成城市降水较多的原因有三： 第一 , 城市 热岛效应 。城市由于有热岛效应 , 空 气层结不稳定 , 有利于产生热力对流 , 当城市中 水汽充足时 (城市中还有一定量的人为水汽和人 工管道供应的水分 ), 容易形成对流云和对流性 降水。 3 城市气候学 第二 , 城市 阻滞效应 。城市因有高高低低的建 筑物 , 其粗糙度比附近郊区平原大。它不仅能 引起机械湍流 , 而且对移动滞缓的降水系统 (如 静止锋、静止切变、缓进冷锋等 )有阻滞效应 , 使其移动速度减慢 , 在城区滞留时间加长 , 因而 导致城区的降水强度增大 , 降水的时间延长。 第三 , 城市 凝结核效应 。城市因生产和生活强 度较大 , 空气中尘粒及其它微粒比周围地区多 , 为形成降水提供了丰富的凝结核。 3 城市气候学 2) 城市下垫面 蒸散量 和水分贮存量比郊区小 城市由于地面一般经人工铺装, 植被覆盖率低 , 不透水面积大, 降雨后雨水滞留地面时间短 , 地面水分 蒸发量 及植物 蒸腾量 均小于郊区。 根据在美国东北部一个小流域的观测研究估算 : 当流域面积的 25%为不透水区时 , 其年蒸腾 量要减少 19%; 若不透水面积增加到 50%, 年蒸 腾量减少 38%; 不透水面积增大到 75%时 , 则年 蒸腾量减少 59% 8 3 城市气候学 城市下垫面善于贮存热量 , 却不善于贮存水 分。这自然是由于城市中建筑物密集 , 植被覆 盖率小 , 又有人工排水管道 , 降水后水分渗透并 贮存在下垫面中极少的缘故。 3 城市气候学 3) 城市径流量比郊区大 , 峰值出现时间早 城市下垫面的水分收入量比郊区多 , 而向空气 的蒸散量和向下垫面内部的渗透贮存量比郊区 少 , 则其径流量必然要比郊区大得多。 城市在降雨后 , 径流量急剧增高 , 很快出现峰值 , 然后又迅速降低 , 其 径流曲线非常陡峻 , 急升急 降 。郊区径流曲线则平缓得多 , 其峰值比市区 低 , 出现时间比市区迟 , 缓升缓降 。 降雨后城市与郊区径流曲线的图式 曲线下的面积 代表径流总量 3 城市气候学 在城市水分平衡中 , 上述三个特征对于如何规划 城市的排水管道 , 有极重要的意义。 3 城市气候学 3.6 城市大气污染与城市气候的关系 城市中大气污染物和污染源 污染源 z 固定源：燃料燃烧、废物焚化、工业 生产 z 流动源：汽车、火车、轮船、飞机等 自然环境与城市环境比较 : 城市大气污染源 9 3 城市气候学 城市大气中的主要污染物 分类 成 分 烟尘,粉尘 碳粒,飞灰,碳酸钙,氧化锌,氧化铝 硫化物 二氧化硫,三氧化硫,硫酸,硫化氢,硫醇 氮化物 一氧化氮,二氧化氮,氨等 氧化物 臭氧,过氧化物,一氧化碳等 卤化物 氯,氟化氢,氯化氢等 有机化合物 甲醛,有机酸,焦油,有机卤化物,酮等 3 城市气候学 城市大气污染与气象条件 z 对大气污染物的 稀释 和 扩散 作用 1 风和湍流的影响 风对排入大气中的污染物有显著的 输送 、 冲 淡 、 稀释 和 扩散 作用。 城市中严重的大气污染现象都出现在风速小的 时候 , 一般在风速 ≤2m/s或 <3 m/s时 大气中污染物浓度与风速的关系 3 城市气候学 必须指出 , 风速与污染浓度的关系是比较复杂的 , 如其它条件相同 , 一般呈反比关系。但如果风 速剧增 , 在烟囱的下风方向近地面层反而会出 现较高的污染浓度。这是因为烟囱下风方向近 地面空气污染浓度不仅与风速有关 , 也与烟囱 的有效高度有关。 烟囱的有效高度 ：烟囱的实体高度与烟气高度之 和 , 也就是烟流中心线完全变成水平时的高度 烟囱的有效高度 3 城市气候学 烟囱有效高度越高 , 下风方向地面浓度也越小 , 但 随着风速增大烟气离烟囱口以后的上升高度随之 降低 , 从而使烟囱有效高度也随之降低 , 这样使地 面附近浓度增大。这个效果正好与风速对浓度影 响效果相反。所以当风速增大到某一定值时 , 在 烟囱附近的下风方向 , 就有可能出现最高的地表 浓度。特别是当烟气从烟囱口排出的速度小于风 速时 , 烟气就在烟囱背后发生涡流 , 在附近建筑物 影响下 , 涡流卷入涡旋 , 急速降落地面。这种现象 称为 下曳气流 (downdraft) 10 烟囱附近的下曳气流 (使烟囱附近地面层空气形成高浓度污染 ) 3 城市气候学 2 大气稳定度的影响 大气稳定度 (γ): 表示空气是否安于原在的 层次 , 是否易于发生 垂直运动垂直运动 , 即是否易 于发生 对流对流的量度 假定有一微团空气受到对流冲击力的作 用产生上下移动后 , 如果该空气微团减速 , 并有返回原来高度的趋势 , 这时的气层对 于该空气微团而言是 稳定稳定的 ; 3 城市气候学 如果空气微团一离开原位后 , 就逐渐加速运动 , 并有远离起始高度的趋势 , 这时的气层对于该 空气微团而言是 不稳定不稳定的 ; 如果空气微团被推到某一高度后 , 既不加速也 不减速 , 而是随遇而安 , 这时的层 , 对于该空气 微团而言 , 它的稳定度是 中性中性的。 大气是否稳定，通常用周围空气的 “温度直减 率 (γ )”与上升空气微团的 “干绝热直减率 (γ d )” 的对比来判断 3 城市气候学 干绝热直减率 γ d 是每上升 100m温度降低 1℃。 而周围空气气温随高度变化的直减率 γ 是多种 多样的： γ >γ d : 每隔 100m高度气温降低很快 , 空气层处 于不稳定状态 (不稳定层结 ) γ <γ d : 每隔 100m高度气温降低很少 , 甚至随高 度而递增 , 称为 “逆温 ”, 空气层处于稳定状态 (稳 定层结 ) γ =γ d : 每隔 100m高度刚好是减低 1℃ , 空气层 的稳定度处于中性状态 (中性层结 ) 城市上空空气层结对污染物扩散的影响 3 城市气候学 大气稳定度是影响污染物在大气中扩散的极重 要因素 当大气层结不稳定时 , 热力湍流发展旺盛 , 对流 强烈 , 污染物容易扩散 当大气层结稳定时 , 湍流受到抑制 , 污染物不易 扩散稀释。特别是当有逆温层出现时 , 通常风 力微弱甚或平静无风 , 低空好象蒙上一个 “盖 子 ”, 使烟尘聚集地表 , 造成严重污染 11 3 城市气候学 从烟囱排出的烟流形状看大气稳定度的影响： z 全层 不稳定 (波浪型 ): 晴午后 ; 烟源附近污染 z 全层 中性 (锥型 ): 风力较大的夜间出现 z 全层 稳定 (扇型 ): 晴 , 风小的夜或晨 ; 易污染 z 下层 稳定 上层 不稳定 (屋脊型 , 上扬型 ): 日落 后不久出现 ; 地面可免受污染 z 下层 不稳 定上层 稳定 (熏烟型 , 漫烟型 ): 日出 后风力微弱时易出现 ; 下风处严重污染 大气稳定度和烟型 全层 不稳定 (波浪型 ) 全层 中性 (锥型 ) 下层 稳定 上层 不稳定 (屋脊型 ) 下层 不稳 定上层 稳定 (熏烟型 ) 全层 稳定 (扇型 ) ? 环境层结线 … 干绝热线 3 城市气候学 对大气污染物的冲洗、凝聚和化学反应影响 z 降水的淋洗作用 : 雨滴在下降过程中捕获颗 粒污染物 , 从而 “清冼大气 ” z 雾的凝聚作用 : 水汽与凝结核结合形成雾滴 . 高浓度的 SO 2 污染常与浓雾相伴出现 z 光化学反应作用 : 高温与强光照下易发生 , 光 化学烟雾呈浅蓝色 , 其化学反应复杂 3 城市气候学 城市大气污染实况 1 城市大气污染的地区差异 z 不同城市对比 z雷克雅未克 (Reykjavik, 冰岛首都 ): 无烟城 市 , 可谓 天蓝、地绿、水清、气爽 z中国城市 : 属煤烟型污染 , 北方城市比南 方城市更甚 , 尤其是在冬天 我国因能源结构以煤炭为主 , 因此各大城 市大气污染状况基本上类似 3 城市气候学 同一城市内部不同区域 大气污染浓度分布不均匀 : 靠近工业区污染最 为严重 ; 靠近市中心的交通和商业区污染次之 , 也较严重 ; 绿化区稍好些 当市内的污染区风速较小 , 低空又有逆温层存 在时 , 在市区上空往往形成一穹隆形的尘盖。 如果风速达到 3.5m/s, 就会使穹形尘盖破坏 , 形 成鸟羽状尘盖。在强污染源的排放下 , 如果低 空层结稳定 , 地面风能将城市羽状尘盖向下风 方向扩展数百千米 城市上空的尘盖 12 3 城市气候学 2 城市大气污染的类型及其日变化和年变化 伦敦型： 大气污染源主要来自工业炉窑和民用炉灶 , 使用 燃料为煤炭类 , 排出的 主要污染物为烟尘 、 SO 2 、 CO等。在冬季因取暖用的燃料较多 , 排放的烟尘 量大 , 再加上冬季辐射逆温频率大 , 湍流弱 , 烟尘 不易扩散 , 因此大气中烟尘浓度因此大气中烟尘浓度 冬季最高冬季最高 , 春秋次春秋次 之之 , 夏季最小夏季最小 。日变化烟尘浓度以 早晨早晨 8时左右为时左右为 最大最大 3 城市气候学 洛杉矶型： ? 大气污染源主要来自汽车等交通工具。污染 物为汽车尾气排出的一次污染物 NO X 、 H X C X 、 CO和 铅尘 等经光化学变化产生的二 次污染物光化学氧化剂 PAN。 ? 浓度年变化 : 夏 、 秋季节 (5月 ~9月 )为最浓 , 冬季最淡 。 ? 日变化 : 光化学烟雾只在 白天 出现 , 以 中午 附 近为最浓。夜晚无日照 , 因而不会有污染现 象出现。 3 城市气候学 城市大气污染的影响 1 对城市气候的影响 城市大气污染与整个城市气候是相互影响相互制约的 。城市中的风、大气稳定度、天气形势、降水、雾、 温度和日照等影响和制约着城市大气污染的浓度及其 时空分布；而城市大气污染又反过来影响城市的气候 。其中最突出的影响有以下几方面： z 减少太阳入射辐射和日照时数 z 增加城市烟雾频率、减小能见度 z 改变城市的热状况 3 城市气候学 2 对城市居民健康的危害 z 呼吸道疾病、致癌、心血管、消化道、神经 系统、泌尿系统疾病等 3 对各种物品的腐蚀 z 城市纪念性建筑物 (30=500)、艺术品等 4 酸雨及其危害 z pH＜ 5.6；跨地区、跨国界 ；我国西南严 重，以贵州、重庆、四川盆地较集中；北方 较轻 3 城市气候学 3.7 城市气候与城市规划和城市建设 1 合理布局减轻居住区的大气污染 1914年德国学者 Schmaess提出 , 在考虑城市布 局时 , 工业区应布置在主导风向的下风方向 , 居 住区在其上风方向 , 以减少居民受工厂烟尘的 危害。该原则对欧洲各地比较适用 我国在上世纪 50年代以来也一直沿用。然而我 国属季风气候区 , 该原则其实并不适用 : 因为我国冬季风与夏季风一般是风频相当 , 风 向相反的 , 在冬季属上风方向的区域夏季就会 成为下风方向 此外 , 该原则对全年有两个主导风向以及静风 频率在 50%以上的或各风向频率相当的地区 , 也都不适用 朱瑞兆 于 1980年根据我国 600多个气象台站 1月、 7月及年的风向频率玫瑰图进行相似形分类 , 将 我国按风向大致划分为 4大类型区 : 13 3 城市气候学 季风变化型 : 中国东半壁 多属之 , 盛行风向随季 节变化而转变 , 冬季风向偏 N, 夏季偏 S 主导风向型 : 一年中不管什么季节都有相同的 盛行风向 , 新疆 -内蒙 (W), 云贵 (SW), 青藏 (W) 无主导风向型 : 全年风向不定 , 各方位风向频率 相当 , 没有一个较突出的盛行风向 , 宁夏 -甘肃河 西走廊 -陇东 -内蒙阿拉善 准静止风型 : 全年静风频率在 50%以上 , 年平均 风速在 1.0m/s以下的地区 , 四川 , 西双版纳 城市规划风向分区图 (朱瑞兆 , 1980) 3 城市气候学 季风变化型 : 中国东半壁 多属之 , 盛行风向随季 节变化而转变 , 冬季风向偏 N, 夏季偏 S 例如南昌市 , 冬季盛行北风 , 风频 27%, 加上东 北偏北风 , 风频为 52%; 夏季盛行西南风 , 风频 为 19%, 加上西南偏南风 , 风频为 36%, 夹角为 135°~180°, 全年最小风频方向为西北偏西 , 风频 为 0.6%, 工业企业应布置在这个方向 , 居住区应 在东南偏东方向 南昌风向频率玫瑰图 (于志熙 , 1992) 3 城市气候学 主导风向型 : 一年中不管什么季节都有相同的 盛行风向 , 新疆 -内蒙 (W), 云贵 (SW), 青藏 (W) 可将排放有害物质的工业企业布置在常年主导 风向的下风侧 , 居住区布置在主导风向上风侧 无主导风向型 : 全年风向不定 , 各方位风向频率 相当 (<10%), 没有一个较突出的盛行风向 , 宁 夏 -甘肃河西走廊 -陇东 -内蒙阿拉善 这类区域在城市规划布局时常用 污染系数 (烟污 系数 , 卫生防护系数 ) C p 来表示 : 3 城市气候学 式中, C P —某方向污染系数 f—某方向风向频率 v—该方向平均风速 它说明来自某方向的污染程度,与该方向风向 频率成正比, 与该方向平均风速成反比。可以 计算出各风向的污染系数, 并绘成玫瑰图。将 向大气排放有害物质的工业企业布置在污染系 数最小的方位, 或最大风速风向的下风方向 上。居住区在污染系数最大的方位。 v f C = P 14 3 城市气候学 准静止风型 : 全年静风频率在 50%以上 , 年平均 风速在 1.0m/s以下的地区 , 四川 , 西双版纳 在规划布局上 , 必须将向大气排放有害物质的 工业企业布置在居住区的卫生防护距离之外。 一般说来 , 在风速不大 , 大气较稳定和地形较平 坦的条件下 , 污染物质最大着地浓度出现在烟 囱烟体上升有效高度 10~20倍之间 , 因此居民区 应布在烟囱有效高度 20倍距离之外的地区 考虑风对大气污染影响作用的城镇布局图式 3 城市气候学 上面所指均是对平原地区而言。在地形复杂的 山地、海滨或盆地地区, 情况较为特殊: 在一山地的迎风区, 居民区与工厂区的安排按 前述原则是适宜的(下页图左边位置); 但在背 风区(下页图右边位置), 虽然居民区位于上风 方向, 然而因涡流作用, 不但山下工厂的烟尘 扩散困难, 并且还会反卷至山坡, 对居民区产 生严重的污染, 这样的布局显然不妥当 地形对工厂区布局的影响 3 城市气候学 沿海城市(如日本神户,大阪,横滨,中国的天津 等)为了海运方便，往往将工业区设在海滨, 生活区放在内地 然而由于海滨地区有海陆风的影响，白天工业 区的污染物会顺着海风吹向内地生活区, 从而 造成污染。世界许多沿海城市均有过这样的 “经历 ”，一时成为空气污染防治的难题 因而沿海地区城市功能分区应与海岸平行布局 海滨地区城市功能分区布局图式 15 3 城市气候学 在山岭环抱的盆地城市, 气流不通畅, 静风日 数多, 又因热力作用形成山谷风局地环流, 在 夜晚山风作用下, 极易发生 “地形逆温 ”。这些 气象条件对污染物的扩散十分不利, 在这种城 市中不宜建立可能会严重污染环境的工业区 谷地昼夜空气环流情况 山风 谷风 3 城市气候学 2 城市总体规划与日照 日照不仅可以杀菌抗病 , 促使人体生成维生素 D, 给寒冷的冬季室内增加温暖 , 而且更重要的是 促进人们的精神爽快和精力充沛 , 对人们的健 康状况和工作效率起着有益的作用 原则 : 节约用地 , 保证建筑物和绿化带有合理日照 , 在城市总体规划和小区规划中 , 必须考虑日照 的变化规律 , 根据日照标准 , 合理确定道路网的 方位 , 宽度 , 建筑物的朝向 , 间距及建筑形体 , 综 合考虑通风 , 采光及调温等 , 做出合理规划设计 3 城市气候学 建筑 日照间距 —保证建筑物朝阳面有不过少日 照持续时间而留有的建筑物与建筑物间的空地, 以 间距系数 —日照间距与建筑物计算高度的比 值 , 亦称间距比 , 来表示 建筑 日照标准 —衡量建筑物日照效果的最低限 度指标,因地理位置,气候条件,生活习惯,居住 卫生要求和节约用地的不同而异. 日照间距和日照标准两者之间是相辅相成的关 系 : 标准高 , 则相应的间距大 ; 间距大则标准高 日照时间 适 用 范 围 正午满窗日 照或 1~2h 一般住宅建筑、一般服务性 建筑、热加工车间的生活间 3~4h 教学楼、办公楼、公共建 筑、一般车间 5~6h 托儿所、幼儿园、疗养院、 潮湿车间 室内日照时间指标 (吉林省 ) 3 城市气候学 通常计算建筑日照标准的日子是以最不利的情 况即冬至 (12月 22日 )前后为准。这时北半球太 阳高度角在一年中最低, 昼最短, 夜最长, 只 要这一天能达到建筑日照时间的要求, 其它所 有的时间都能满足要求。但若以冬至为标准日, 则要求建筑间距太大, 同时使文化、卫生和商 业等设施的服务范围增大 举例说 , 如果北京在冬至日日照保证 2h, 其 间距 系数 为 1.89, 在大寒日 (1月 22日 )日照保证 2h, 其 间距系数为 1.64 16 日照时间 冬 至大 寒雨 水春 分 2h 1.89 1.64 1.18 0.78 3h 1.96 1.71 1.20 0.78 北京日照时间和间距系数 3 城市气候学 由此可见 , 冬至与大寒二者间距系数相差 0.25。 若以冬至为标准日 , 比大寒为标准日要少建住 宅 15m 2 /100m 2 , 降低了土地利用率。从北京的 情况来看 , 若以大寒日为标准日 , 间距系数为 1.64, 冬至日不保证日照的窗户约有 7%左右。 考虑到日照对机体的生物学效应、土地利用和 气候特征等多种因素 , 综合起来看 , 北京居住建 筑采用大寒日为日照时间的标准日 , 按日照 2h 决定间距系数是合理的 3 城市气候学 建筑布局形式对日照的影响 在建筑群体间安排通道, 不仅有利于交通联系 和小区内部通风, 还可以大大地改善日照时间 南北平行两幢住宅楼日照示意 房屋间缺口安排对街坊内日照的影响 3 城市气候学 高层塔式住宅不仅有加大建筑的南北进深，增 加电梯服务户数，减少过道面积等优点，而且 在充分保护采光日照条件下，可以大大缩小建 筑物间距系数，以达到节约用地的目的。如北 京 20层 60m高塔楼，南北排列距离只 30m，冬 至日后排每日仍有 5h的日照 3 城市气候学 街道走向对日照的影响 偏东南或偏西南平行布置的居住建筑，较正南 北向布置的居住建筑有利于日照 如北京正南北向的建筑，在冬至日后排见不到 阳光，若将正南北朝向扭转 30°时，可得到日 照约 5h。这样虽造成夏季的部分东西晒之弊， 但在冬半年却能适当改善日照条件，适于高纬 度地区 如果按间距系数 1.8计算冬至日各种不同走向街 道中的最多可照时间 : 17 各种不同走向的街道中冬至日的最多可照时间 3 城市气候学 在同样走向的街道中 , 由于街道相对间距 (L/H, L是街道宽度 , H是建筑物高度 )不同 , 每天被两 侧房屋遮挡太阳光线的时间长短不同 , 其可照 时间也有很大差异。如以北纬 32°为例 (下页图 ), 随着相对间距的增大 , 街道可照时间增加。但 当相对间距增大到 3(即 L/H=3)以后趋于平缓 , 再后就很少增加了。同时街道可照时间夏季比 冬季平均多 1~2h 在城镇街道规划时 , 应适当考虑这些因素 在北纬 32°处南北走向街道中的 可照时间随街道相对距离的变化 3 城市气候学 3 城市居住区的自然通风 城市居住区自然通风, 可以排出室内的污浊气 体, 有利于居住卫生, 同时可以降低空气的相 对湿度, 帮助人体散热和汗液的蒸发, 使人感 到舒适。在不同的气候条件下, 有不同的通风 要求。研究建筑物自然通风的物理机制, 针对 各城市的通风要求, 进行建筑设计, 充分利用 自然通风, 少用机械通风, 也有助于城市降低 消耗,节约能源 3 城市气候学 通风的作用和要求 健康通风 : 新鲜空气与混浊空气相互交换流通, 保证室内空气质量维持在健康所允许的最低水 平时的通风量 舒适通风 : 温度舒适要求上的通风。在夏季, 正常人坐着休息时, 舒适的风速为 0.23m/s; 冬 季为 0.15m/s. 广州地区调查情况如下页表所示 : 空气温度 (℃ ) 25.1~27.0 27.0~29.1 29.1~31.0 31.1~32.0 32.1~33.0 相对湿度 (%) 85~92 84~90 76~80 74~79 74~76 气流速度 (m/s) 0.05~0.1 0.05~0.2 0.1~0.2 0.2~0.3 0.2~0.4 人体温度 (℃ ) 36.0~36.4 36.0~36.5 36.2~36.4 36.3~36.6 36.4~36.8 皮肤温度 (℃ ) 29.2~29.9 29.7~32.1 33.1~33.9 33.8~34.6 34.5~35.0 出汗情况 无 无 无 微 少 较 多 生理感觉 凉 爽 舒 适 稍 热 较 热 过 热 主观评价 愉 快 合 适 尚 可 勉 强 难 受 室内气候条件对人体舒适感影响的评价 18 象 征 工作愉 快 ;可穿外 衣 ;有微风 时 , 清凉 ; 无微风时 , 工作仍适 宜 ;吃饭不 出汗 ;夜间 睡眠舒适 . 可穿衬 衣 ;有微风 时 ,工作舒 适 ;无微风 时 ,感到微 热 ,但不出 汗 ;夜间睡 眠仍感舒 适 . 感到稍 热 ;有微风 时 ,工作尚 可 ;无微风 时 ,发出微 汗 ;夜间不 易入睡 ;蒸 发散热增 加 . 有微风时 , 勉强工作 , 但较干燥 , 较热 ,口渴 ; 有微风时 , 仍出微汗 ; 夜间难睡 ; 主要靠蒸发 散热 . 皮肤出 汗 , 家具 表面发 热 , 感觉 闷热 ; 工 作困难 , 虽有风 , 工作仍费 劲 . 室内气候条件对人体舒适感影响的评价 3 城市气候学 在冬季潮湿但温度不十分寒冷的城市，其人口 密集的居住区，如果没有暖气管设备，那么房 屋自然通风的速度要减小，避免室温太低。但 因湿度大，特别是厨房、浴室这类房间，相对 湿度过大，容易导致水汽凝结，在此情况下， 就需要有排湿通风的设备，使室内水汽排出， 避免空气过湿发生凝结现象 3 城市气候学 在炎热的城市，则须根据其温度情况对住宅区 采取相应的通风速度，以保证居民在室内有比 较舒适的温度，并能促进汗水的蒸发。一般在 湿热地区，室内风速需要有 2m/s左右。在干热 地区，白天可关闭一部分门窗，通风速度可适 当减小，维持到健康通风的水平之上。在夜晚 室内气温和墙面温度比室外高，则需要打开门 窗，增加通风速度，以便使室内温度合适。这 时室外环境温度已不甚高，只需大约 1m/s的风 速即可 3 城市气候学 建筑物设计与自然通风 ： 首先应了解当地的风向频率(风玫瑰图),特别 要重视 夏季的盛行风向 和 地方风 特点 夏季通风以夜晚为最重要，如有地方风的日变 化时，建筑朝向要重点考虑夜晚风向。与此同 时，还要兼顾日照条件，避免东西晒 一般参照日照间距来确定适当的 通风建筑间距 房屋间距不同引起风压变化 3 城市气候学 建筑物布局形式对通风的影响 南方地区 : 行列式和自由式通风较好. 行列式 中又以错列型和斜列型更好一些，房子互相挡 风较少，错列型相当于加大了前后幢房子之间 的距离，对通风有利；无风时因热压作用产生 巷道风：白天巷道(胡同)受太阳辐射较少，升 温慢，风从巷道吹出；夜里，巷道散热慢，风 从外面吹入. 错列式的前、后幢房子的距离可 稍为缩小，以节约用地 19 建筑群平面形式 3 城市气候学 周边式或四合院式，部分房子的前后都处在负 压区，通风不好，而且部分房子又处于东、西 朝向，日照条件亦不利，不适宜风小炎热地区 北方地区 或位于水面附近并常有强风: 为了防 风，其房屋布置多采用周边式 在建筑群的立体布置方面, 为使通风好,可以 布置成 “前低后高 ”或有规律的 “高低错落 ”的方 式。这些布置, 房子之间挡风少, 不致太影响 后面房子的通风, 对日照亦有利, 同时, 也可 缩短两幢房子之间的距离, 节约用地 建筑群在立体上的处理 本章到此结束 , 谢谢 ! 1 城市生态学 康慕谊 北京 y 2002.02~06 北京师范大学资源与环境科学学院课程 7 城市园林绿地及绿化 7.1 城市园林绿地的生态效应 城市生态系统虽不象自然生态系统那样能承受 相当程度的外界干扰压力 , 通过负反馈调节维 持自身的平衡 , 但仍具有一定的抗外界干扰和 自我维持的能力。这一能力 , 在很大程度上来 自于城市园林绿地的生态效应 作为一个生态系统 , 城市在正常生产和消费的 同时 , 产生大量的余热、噪音和三废。这些污 染物质在城市生态阈值限度之内时 , 城市生态 系统有自我净化、自我消弭的能力 , 即 : 7 城市园林绿地及绿化 通过存在于系统大气、水体、土壤中的物理过 程如稀释、扩散、挥发和沉淀 , 化学和生物化 学过程如中和、分解与降解等达到净化的目的 通过 城市园林绿地 的一系列生态效应 , 对污染 物质起 吸收 、 减弱 和 消除 作用 , 综合调节城市 环境 ; 从而使城市环境质量达到洁净、舒适、 优美、安全的要求 7 城市园林绿地及绿化 1 现代城市绿地的沿革 城市绿化有着悠久的历史。例如我国在二千多 年前的周、秦时代 , 当时的京城 咸阳 就沿着道 路种植行道树。到了唐代 , 都城 长安 已是 “绿荫 十二街 ”, “青槐夹驰道 ”了。唐朝还在长安城东 南隅秦、汉、隋代宜春园和芙蓉园的基础上大 兴土木 , 开辟了景色明媚、游乐盛况空前的曲 江风景区。在国外 , 如 古罗马 、 古巴比伦 以及 中世纪的欧洲大都市 , 也都有许多占地广阔、 风景宜人的园林 7 城市园林绿地及绿化 究国内外园林绿化的发展历史 , 经历了两个时期 : 自然萌生阶段 —以狩猎围牧为目的的园囿 人工创意阶段 —以满足达官贵人及宗教需要为目 的的宫苑、寺园绿化 这两个阶段均没有摆脱园林绿化单纯的观赏及 游憩功能 7 城市园林绿地及绿化 现代城市绿地 , 很大程度上是在中古时代园林 的基础上发展而来 : 19世纪中叶 , 工业化发展给 西方各国城市带来了严重的环境问题 , 促使城 市园林绿地的设计与营造观念发生变化 : 生态绿地阶段 —以改善城市环境状况和满足景观 美化效应双重目的的园林绿地建设 从此 , 改封闭式的园林为开放性的公共绿地 ; 改 只重观赏的硬质堆砌为师法自然的植物造景 ; 同时重视植物配置的生态学要求 , 注意群落稳 定性与环境良性发展的最佳组合 2 7 城市园林绿地及绿化 2 城市园林绿地的生态效应 净化空气、水体和土壤 z 维持大气组成成分的平衡 不同类型城市绿地光合作用效应比较 类 型 吸收 CO 2 量 (kg?d -1 ?m -2 ) 产生 O 2 量 (kg?d -1 ?m -2 ) 公 园 绿 地 0.09 0.065 阔叶林 (生长季 ) 0.10 0.073 (生长良好的 )草坪 0.036 0.026 7 城市园林绿地及绿化 z 吸收有害气体 有害气体虽对植物生长不利 , 但在一定条件下 , 有许多植物对他们具有吸收和净化作用 例如植物叶片表面可吸收 SO 2 。正常植物中都 含有一定数量的 S, 当植物处于被 SO 2 污染的 大气中时 , 其含量可为正常含量的 5~10倍。 一般地说 , 对 SO 2 抗性越强的植物 , 吸收 SO 2 的能力也越强 ; 阔叶树对 SO 2 的抗性比针叶 树强。臭椿吸取 SO 2 能力特别强 , 超过一般树 木的 20倍 7 城市园林绿地及绿化 另外 , 夹竹桃、罗汉松、龙柏、银杏和广 玉兰等也有极强的吸收 SO 2 的能力。从另一 些实验中也证明 , 不少园林植物对于氯气、 氟化氢、氨以及汞、铅蒸气等也分别具有不 同的吸收能力 因此 , 在散发有害气体的污染源地区附近 , 选择与其相应的具有高吸收和强抗性能力的 树种进行绿化 , 对于防止污染、净化空气是 有很大意义的 7 城市园林绿地及绿化 z 吸滞烟尘和粉尘 植物 , 特别是树木对烟尘和粉尘有明显的阻 挡、过滤和吸附作用。这一方面由于枝叶茂 密 , 具有强大的减低风速的作用 ; 另一方面也 由于叶子表面粗糙、有绒毛或黏性分泌物 , 当空气中的尘埃经过树木时 , 便附着于其叶 面及枝干上。经过雨水的冲洗 , 又能恢复其 吸滞能力。草地不仅和树木一样具有吸附灰 尘的作用 , 并且还可固定地面的尘土 绿化树木的滞尘效应 树 种 区 域 滞尘量 (g?m -2 ) 树 种 区 域 滞尘量 (g?m -2 ) 马尾松 森 林 区 0.3 茶 树 森 林 区 1.1 朴 树 城边缘区 0.7 国外松 近 污 区 2.0 杉 木 森 林 区 0.9 麻 栎 近 污 区 3.6 不同类型区域的树种滞尘状况 3 7 城市园林绿地及绿化 z 减少空气中的含菌量 绿地可以减少空气的含菌数量 , 这一方面是 由于绿地上空灰尘减少 , 从而减少了黏附其 上的细菌 ; 另外一方面还由于许多植物本身 具有分泌杀菌素的能力 , 如悬铃木、桧柏、 白皮松、雪松等都是杀菌能力较强的绿化树 种 类 型 空气含菌量 (n?m -3 ) 类 型 空气含菌量 (n?m -3 ) 黑 松 林 589 樟 树 林 1218 草 地 688 喜 树 林 1297 日本花柏林 747 杂 木 林 1965 各类林地和草地的含菌量比较 7 城市园林绿地及绿化 z 净化水体 据研究 , 树木可以吸收水中溶解的物质 , 减少 水中细菌的数量。如在通过 30~40m宽的林 带后 , 由于树木根系和土壤的作用 , 1L水中所 含细菌的数量比不经过林带的减少 1/2。许 多水生植物和沼生植物对净化城市污水有明 显作用 : 在栽有芦苇的水池中 , 悬浮物要减少 30%, 氯化物减少 90%, 有机氮减少 60%, 磷 酸盐减少 20%, 氨减少 66%, 总硬度减少 33% 7 城市园林绿地及绿化 z 净化土壤 植物的根系能吸收大量有害物质 , 从而具有净 化土壤的能力 有些植物根系分泌物能使进入土壤中的大肠 杆菌死亡 7 城市园林绿地及绿化 改善小气候 z 降低气温 : 测定表明 , 在炎夏季节林地树荫下 的气温较无绿地低 3~5°C。有垂直绿化的前 墙表面温度比纯粹红砖墙表面温度低 7°C左 右。炎热夏季时 , 人在树荫下和在直射阳光 下的感觉差异很大。这种温度感觉的差异不 仅仅是 3~5°C的气温差 , 而主要由太阳辐射温 度决定。茂密的树冠能挡住 50%~90%的太 阳辐射热 绿化的遮荫避晒作用 4 7 城市园林绿地及绿化 z 调节湿度 : 空气湿度过高 , 易使人厌倦疲乏 , 过低则感干热烦躁。一般认为最舒适的相对 湿度为 40%~60%。绿化植物能大量蒸腾水 分 , 可以提高空气湿度。一般森林的湿度比 城市高 36%, 公园比城市其他地区高 27%。 即使是在树木蒸腾量较少的冬季 , 因为绿地 中的风速较小 , 气流交换较弱 , 土壤和树木蒸 发水分不易扩散 , 所以绿地的相对湿度也比 非绿化区高 10%~20% 7 城市园林绿地及绿化 z 通风防风 :1)大片林地的存在 , 可以造成绿地 与其周围地区的温度差异 , 进而造成区域性 的微风和气体环流。绿地中的凉空气不断向 城市建筑密集地区流动 , 从而调节气温 , 输入 新鲜空气 , 改善通风条件。 2)带状绿地的作 用与其设计密切相关。如带状开敞绿地 , 若 与夏季主导风向平行 , 则具有良好的通风效 应。若绿化林带与冬季主导风向垂直 , 则具 有良好的防风效应 , 既可降低风速 , 又可减少 风沙 , 改造局地气候 绿化林带减小风力 7 城市园林绿地及绿化 降低城市噪声 树木能降低噪声 , 是因为声波投射到树叶、 树枝上后被反射到各个方向 , 造成树叶微振 而使声能消耗减弱。减轻噪声效果最好的树 种是那些枝叶茂密 , 叶片较肥厚并具有较长 叶柄的乔木和灌木。这些特征的结合 , 有助 于叶片的摆动和振动。粗大的树枝和树干也 能够使声波发生偏转和折射。就平均情况而 言 , 30m宽的林带可减弱频率为 1000Hz的声 波 6~8dB(A) 绿化带隔绝和吸收噪音 绿化减噪效果示意 5 7 城市园林绿地及绿化 一般地说 , 城市街道上的散生树木无显著的减 噪作用 ; 分枝低的乔木比分枝高的乔木减低噪 声的效果大 ; 叶茂植疏的树群 , 因能产生复杂的 声散射 , 其减噪作用非常显著 ; 以乔、灌、草构 成的致密防护带 , 其消音效果更好 为达到理想的消音效果 , 林带应该种植在靠近 噪声源 , 而不是靠近接收者的位置处 ; 林带的长 度应该大约为从噪声源到接收者之间距离的两 倍 ; 如果林带位于道路两侧 , 林带在道路两侧的 延伸长度应该相等 7 城市园林绿地及绿化 在有可能时 , 应选择适当高度的树种 , 其枝叶 要繁茂 , 并均匀地分布在枝下高较小的整个树 干上 ; 当乔木很高时 , 应在其下配置灌木、高草 或其他松软的地面覆盖层 ; 乔木和灌木应种植 得尽量紧密 , 以利形成一个连续的、密集的障 碍体 此外 , 长年具有噪声污染的地段应尽可能栽用 常绿树种或展叶期长的落叶树种 7 城市园林绿地及绿化 3 城市园林绿地的其他效用 美化环境及科学教育 : 增添了生动的画面，减 少了生硬化和直线化 游憩娱乐和健康疗养 生物物质生产 导引街道走向和边界 , 维系交通安全 抗震防火 蓄水保土 7 城市园林绿地及绿化 城市园林植物的环境指示作用 城市园林植物与野生植物一样 , 与它们的生活环 境间相关极为密切 , 因而可被用于指示其所处 的生活环境 园林植物指示体大多为植物群体 , 根据他们对环 境因子影响的反映特点 , 可将之区分为两类 : 外显型 : 以体表可见特征反应环境条件的指示体 积累型 : 植体本身虽无受害特征 , 但体内有害物质 的积累大大超过一般植物 7 城市园林绿地及绿化 利用植物指示体指示环境 , 既可以是 被动监测 : 通过对生境中某些野生或栽培植物的 调查进行； 也可以是 主动监测 : 通过将某种植物在标准条件下移栽到 自然生境中的方法来进行 7 城市园林绿地及绿化 z 监测空气污染 通常利用地衣 (lichen)、苔藓 (algae) 和其他高 等植物如菜豆、烟草、唐昌蒲、杨树等进行 z 指示土壤污染 利用城市野生植物如 (早熟禾 )进行 z 指示热量状况 主要是以物候观测指示城市热岛效应 6 7 城市园林绿地及绿化 7.2 城市园林绿地系统规划 1 确定城市园林绿地定额的几个因素 国内外城市绿地现状水平的对比 资料表明 , 欧、美国家的城市公共绿地指标较 高 , 一般在 20m 2 /人以上 , 如英国大伦敦为 24.2m 2 /人 (1977年 ), 法国巴黎为 24.7m 2 /人 (1976 年 ), 美国纽约为 19.0m 2 /人 (1976年 ), 洛杉矶为 20.0m 2 /人 (1974年 ), 即 基本在 20m 2 /人以上 7 城市园林绿地及绿化 相比之下 , 我国城市绿地面积水平很低。 31个 城市 (1990年 )的公共绿地面积 , 每个非农业人口 居民平均为 3.8m 2 。其中较好的城市有深圳 (38)、威海 (15.5)、长春 (15.6)、北京 (8.3) 等， 上海最低，仅 1.2m 2 这个数字现在已经发生变化 (见下页表 ), 然而 与国外相比 , 差距仍十分明显 联合国在 1969年的一份报告中要求 , 城市居民 拥有的市区内公园绿地面积应达人均 60m 2 中国直辖城市园林绿化现状 人均公共 绿地面积 城区绿化 覆盖率 城 市 2000 年 2001 年 2000 年 2001 年 北 京 9.7 9.0 36.5 38.2 上 海 4.6 5.5 22.0 23.5 天 津 5.4 25.0 重 庆 2.47 2.7 20.4 20.2 7 城市园林绿地及绿化 城市环境与健康保护的科学要求 根据林学方面的研究 , 一个地区的植物被覆率 至少应在 30%以上 , 才能起到改良气候的作用 ; 疗养学方面的研究指出 , 舒适的休养环境 , 其绿 地面积应占总用地面积的 50%以上 从保护环境和抗震防灾的要求来看 , 城市绿化 覆盖面积应大于市区用地的 30%。而我国 1993 年绿化覆盖率全国城市总平均仅约为 21.4%, 目 前约为 25%, 尚不够 30%, 难以起到改善城市生 态环境的作用 7 城市园林绿地及绿化 城市园林绿地的定额指标 应从以下方面考虑 : 首先应从植物净化大气、吸收噪音、调节小气 候、防免灾害等保护环境的功能方面 , 推算出 城市绿地的需用量 其次要从国民经济水平、城市性质、规模、现状 等条件出发。我国人口多 , 耕地少 , 城市用地紧 张 , 既要恰当合理发展城市绿地 , 又要尽量少占 农业良田 7 城市园林绿地及绿化 就城市性质及大小而论 , 风景城市如杭州、桂林、肇庆、承德等，其定额 标准要高些 中、小城市离郊区近 , 市区的绿化可少些 ; 大城市 市区绿地标准应高些 旧城市建筑密集 , 用地紧张 , 虽然正需要增加绿地 , 但实际困难较多 , 定额也不能过高 新建城市或卫星城镇 , 限制条件较少 , 有可能按合 理的需要 , 制订定额 7 7 城市园林绿地及绿化 此外 , 还要根据气候、地形等自然条件来考虑 定额标准 : 南方干热地区 , 需要运用绿化降低气温 , 增加湿度 , 绿化条件也好 , 绿地指标可以高些 多风沙城市需要营造大面积的防护林带 , 指标必 然应该高一些 7 城市园林绿地及绿化 2 游憩绿地游人容量的确定 游憩绿地要求有一个合理的游人密度 , 游人密度 要考虑两个因素 : 一是每个游客在绿地中所需 要的活动面积 (m 2 /人 ), 二是单位时间内最高游 人量占城市总人口的百分比。关于供城市居民 游憩的各类公共绿地面积的大小 , 我国还没有 制定详细的定额。俄罗斯学者认为 , 一个游人 在公园中至少应有 60m 2 的活动面积 , 而节假日 期间游人一般大约占城市居民的 10%, 因此推 算每个居民至少应有 6m 2 的公园面积 7 城市园林绿地及绿化 我国城市流动人口大约占城市总人口的 20%, 流 动人口过境 , 大多都要到公园或名胜古迹观 光。北京全市公共绿地面积 (包括各种公园、动 物园、植物园、陵园以及花园、游园和供游览 休息用的林荫道绿地、广场绿地等 ), 平均每个 市区常住人口拥有 7.9m 2 (1990) (2001年已达 9.0m 2 ); 日均接待游客 25.3万人 , 按节假日游客 是平时的 3倍计算为 75万人 , 则占市区常住人口 的 13%, 由此得出每个游人有活动面积 61m 2 。 此数字已超过每个游客拥有公园面积 60m 2 标准 7 城市园林绿地及绿化 然而上海市绿地面积则明显不足 , 至 1995年底 , 人均绿地面积仅为 1.65m 2 (2001年已达 5.5m 2 ); 日均接待游客 24.7万人 , 节假日可达 100万人左 右 , 每个游人活动面积只有不足 20m 2 , 游人密度 已超过定额 2倍 如果以常住人口为基数 , 一个城市合理的公共 绿地定额应为人均 7~12m 2 7 城市园林绿地及绿化 3 城市园林绿地的分类 公共绿地 : 属城市规划土地平衡表中生活居住 用地的范畴 , 是由市政建设部门投资的绿地 , 具 有一定规模和比较完善的设施 , 可供居民游览 休息之用。主要包括各种 公园、动物园、植物 园、陵园 以及 花园、游园 和供游览休息用的 林 荫道绿地、广场绿地 ; 不包括一般栽植的行道 树及林荫道的面积 7 城市园林绿地及绿化 园林生产和卫生防护绿地 : 属于园林部门主管 的绿地，如 苗圃、花圃、果园、林场 和 防护林 等，在城市规划总图中可以用绿色反映出来。 其主要功能是改善城市的自然、卫生条件和提 供树苗、花卉等。 风景旅游绿地 : 一般是市郊的大面积自然风景 区或文物古迹名胜区绿地 8 7 城市园林绿地及绿化 专用绿地 : 是指具有专门用途和功能的绿地 , 包 括各企业、事业单位大院内部的 公共建筑绿地 , 居住区街坊内部的 小游园 、 庭院宅边绿地 等。 在城市规划总图中没有反映 , 其投资、修建、 管理和使用均属于单位内部或居住区房建绿化 队。这一类绿地设施虽然比较简单 , 但与单位 职工和居民最接近 , 它们对美化环境 , 改善小气 候条件 , 提供居民日常休息方面的作用甚为显 著 , 是城市普遍绿化的基础 7 城市园林绿地及绿化 街道绿地 : 主要指城市道路两旁的绿地 , 包括 行 道树、安全岛绿地、桥头绿地 等 , 其土地平衡 和投资均属城市道路管理部门。这类绿地具有 遮荫防晒 , 减弱交通噪声 , 吸附尘埃等功能 , 对 改善城市环境卫生 , 美化市容等方面起重要作 用 衡量城市绿地水平应从两个方面来考虑 : 一方 面看其 公共绿地绿化种植艺术水平 ; 另一方面 从 其它四类绿地保护环境的水平 来衡量 7 城市园林绿地及绿化 4 城市园林绿地系统的布局 园林绿地规划布局应考虑的因素 z 综合考虑、全面安排 z 从实际出发，因地制宜 z 均衡分布、比例合理 z 远景目标和近期安排相结合 城市园林绿地系统布局形式与 城市布局的相辅相成关系 7 城市园林绿地及绿化 理想的城市园林体系 : 三级绿化系统 市内小型绿化系统 : 将居住区与工业区分隔 , 用防 护带、行道树、小游园等构成市内绿化系统 市内环绿化网 : 以市内公共绿地为核心 , 以林荫大 道和水系绿带为骨架 , 围绕市区和市中心区形 成内环绿化网 市外环绿化网 : 在市郊以风景区、森林公园、大 型果园和苗圃为基地 , 用自然防护林带串通 , 形 成城市外环绿化圈 , 将城市包围 , 并以此控制城 市用地向外扩展 7 城市园林绿地及绿化 园林绿地系统的布局形式 z 块状绿地布局 : 这类状况多出现在旧城改建中 , 如上海、天 津、青岛、大连等 , 目前我国多数城市属这 类情况。块状绿地的布局方式 , 可以做到均 匀分布 , 接近居民 , 但对构成城市整体艺术风 貌作用不大 , 对改善城市小气候的作用也不 显著 9 城市园林绿地系统的布局形式 7 城市园林绿地及绿化 z 楔形绿地布局 : 一个城市中由郊区深入市中心的由宽到窄 的绿地 , 称为楔型绿地 , 如合肥市的绿地系统 。一般都是利用河流、水库、起伏丘陵、穿 过城内的运河、铁路和放射干道等结合市郊 农田、防护林布置 , 使之与城市绿化带和城 市林荫道有机结合。楔形绿地的优点是可以 改善城市小气候 , 也有利于城市艺术风貌的 体现 城市园林绿地系统的布局形式 7 城市园林绿地及绿化 z 带状绿地布局 : 这种布局多数利用河湖水系、城市道路、 旧城墙等条件形成纵横向绿带、放射状绿带 与环状绿地交织的绿地网 , 如苏州、西安、 南京等地。带状绿地的布局容易表现城市的 艺术风貌 z 混合型绿地布局 为上述几类的有机结合 , 如北京市的绿地布局 7 城市园林绿地及绿化 7.3 城市街道与工厂企事业单位绿化 1 城市街道绿化的主要类型 街道绿化是城市绿化的重要组成部分 , 它分布 全城 , 联系着城市中分散的各类绿地 , 使城市绿 地组成一个美丽壮观的有机整体 , 实际上构成 了一个良好的城市防护林网 , 对防暑降温、净 化空气和美化市容来说都有重要作用 7 城市园林绿地及绿化 按现有 车道 (板 )和 绿带 (带 )的多少和组合不同 , 街道绿化可归纳为以下五个基本类型 : 三板四带式 中间为快车道 , 两侧为慢车道 , 再外侧为人行 道。快慢车道之间 , 及慢车道与人行道之间均 有四条绿带 , 列植大乔木四至六行。这种类型 的优点为 : 覆盖成荫早 , 护荫降温能力强 , 管理 方便。缺点是隔车带较窄 , 树木生长和配置方 式受一定限制 10 街道绿化 : 三板四带式 7 城市园林绿地及绿化 四板五带式 道路的路幅在 60m以上 , 中为较宽的林带 , 两侧 为车行道 , 车行道又被隔车绿带分为快车道和 慢车道 , 再外侧为人行道 , 每边人行道还可种植 两排行道树 , 共可列植八行大乔木 街道绿化 : 四板五带式 7 城市园林绿地及绿化 一板二带式 这是常见的一种类型 , 路幅较窄的道路多用此 形式。中间为车行道 , 两侧为人行道 , 人行道可 植二至四排行道树。一板二带式的用地最省 , 但树木配置比较单调 , 树木与架空线路的矛盾 不易解决 街道绿化 : 一板二带式 7 城市园林绿地及绿化 一板四带式 中间为车道 , 两侧为宽阔的人行道 , 人行道上有 带状绿地。由于人行道上有绿地 , 树木花草布 置方式可以丰富多样 , 有利于装点市容。绿带 分置二侧 , 对道路两侧建筑的卫生防护功能相 应增强。人行道宽、电杆位置与乔木分列 , 有 利于避免架空线与树 木之间的矛盾。此类型的 主要缺点是 : 在车道宽的情况下 , 林荫道难于形 成 , 一到炎夏 , 车道易受到曝晒 11 街道绿化 : 一板四带式 7 城市园林绿地及绿化 两板三带式 车道两条 , 外侧为人行道。车道与车道中间可 绿化的地带较宽 , 在栽植二排以上的大乔木后 , 还可布置常绿树、灌木花卉和铺种草皮。有些 道路的中间绿带宽达 50m, 除种植林带外 , 还设 有散步道、坐椅、棚架、水池、花坛等 , 形成 绵亘数公里长的花园林荫道 现在许多城市均以此形式为发展方向 街道绿化 : 二板三带式 7 城市园林绿地及绿化 行道树栽植时一般沿人行道和隔车绿带设置 , 栽植的株距依树种不同而定 , 悬铃木、柳树等 6~7m, 杨树 3~5m。也有采用早期株距 3~4m, 以 后再隔株间伐 , 但从许多城镇街道绿化经验来 看 , 行道树的株距以一次定点为好 行道树定干高度多在 3.2~3.5m, 过高易于与架 空线路发生矛盾 , 过低则影响交通 , 并且有压抑 感觉 7 城市园林绿地及绿化 按 树种构成 分类 : 以我国中纬度暖温带湿润及半湿润地区为例 , 城市的行道树按树种构成又可分以下三个主要 类型 7 城市园林绿地及绿化 以悬铃木、白腊树、毛白杨、槐树等落叶乔木 为主的类型 悬铃木为优良的行道树种 , 在城市中栽种十分 普遍。从环境保护效益来看 , 它生长高大 , 枝叶 开展 , 遮荫面积大 , 夏季降温的效果极为显著 , 吸收有害气体和吸滞粉尘能力强 , 有一定的杀 菌能力 12 7 城市园林绿地及绿化 此种绿化类型 , 对人行道来说 , 减弱交通噪音 的能力较差 , 但对街道两边楼房的二、三层楼 来说 , 因浓密的树冠恰好阻挡了噪音波的传布 , 减噪作用比较明显 悬铃木的一个重要缺点是嫩叶叶背的刚毛和 果实成熟期种毛散入空气 , 对人的呼吸道有刺 激作用 7 城市园林绿地及绿化 以雪松、桧柏等常绿针叶树为主的类型 有些城市用雪松、桧柏、油松、白皮松等常绿 针叶树作为行道树 (包括隔车带种植 )。这些树 种美化街景的作用大 , 并且具有较强的减噪、 防尘和杀菌能力 (桧柏抗性强 , 属乡土树种 ) 缺点是夏季遮荫降温的效果不佳 , 抗污、抗毒 能力也差 , 在一些大气污染严重的地段常受危 害 , 致使枝叶发黄 ,生长不良 ; 此外 , 还有阻挡交 通视线的缺点 , 因此用常绿针叶树作行道树 , 只 能在某些环境条件较好的地区实行 7 城市园林绿地及绿化 以棕榈、大叶女贞等常绿阔叶树为主的类型 中纬度偏南地区的城市中多采用这种类型 用常绿阔叶树作行道树 , 既可使街景终年常绿 美观 , 又具有地方特色 缺点 是 减低噪音能力不如雪松、桧柏等 , 遮荫 效果不如悬铃木 7 城市园林绿地及绿化 2 工厂企业区的绿化及其要求 大型工厂企业一般都重视在厂区、生活区周 围有规划地种植树木、花草 , 以取得良好的生 态环境效果。但工厂绿化面积差距很大 , 一般 的规律是 , 大厂、新厂、合资企业的绿地较多 , 比例较大 ; 小厂、老厂的绿地多数不足。如许 多大型合资企业 , 结合厂房设计 , 进行园林式绿 化 , 绿地面积均占全工厂区总面积 35%以上 , 工 厂内绿树成荫 , 芳草遍地 , 环境极为优美 7 城市园林绿地及绿化 工厂企业区的绿化应做到 : 周密规划 : 根据工厂性质和企业门类 , 制定功能 与之相应的绿化措施 , 并保有一定的面积 z 生物制品、医药、精密仪器、电子设备厂 , 要求空气清洁 , 含尘量低 , 应栽植滞尘力强的 树种 , 还应铺种草坪 , 春季飞絮的杨柳则应禁 止 z 纺织印染企业对温、湿度要求严格 , 应栽种 高大、荫浓的树种 7 城市园林绿地及绿化 z 机械、锻造厂噪声大 , 工人工余应有一个稍 事安静的环境 , 借以恢复听力 , 应种植减噪效 果显著的女贞、海桐、珊瑚树和雪松等 z 化工、冶炼、石油、电力等排放大量有害气 体和金属粉尘的工厂 , 应配置抗污性强、净 化力高的植物 , 还应增加绿地面积 , 以保护环 境 , 防止污染 ; 劳动强度大的工厂 , 工间休息 需安静清新的环境 , 因此绿化可着眼于绿地 草坪 , 并种植花卉 , 以助工人下班后恢复疲劳 13 7 城市园林绿地及绿化 合理布局 : 绿化不但要保有一定的绿地面积 , 而且还要合 理布局 , 均匀分布 , 才能充分发挥绿地卫生防护 和美化环境的作用。例如根据工厂的具体情况 , 在厂房车间周围开辟供职工班前工后休息谈心 的小花园 , 使树木、花草、园路、建筑小品布 置得体 , 形成优美的厂区环境 7 城市园林绿地及绿化 有条件的还可在绿地内建假山、喷泉、小 亭、雕塑等 , 花坛中植花卉草木 ; 园内搭建蔓性 藤本植物进行攀援绿化 , 使厂区呈宽敞、宁 静、清洁的气氛 在一些地形破碎 , 用地紧缺的工厂 , 可以见缝 插针方式搞绿化 , 不论面积大小 , 形状如何 , 甚 至在水泥地上也可挖洞、筑台 , 开辟多种块状 绿地 目标要求 : 洁净、荫浓、抗污、休憩、减噪 7 城市园林绿地及绿化 工厂企业还应注意在生产区和生活福利区之 间因地制宜地设置防护林带。这对改善厂区周 围的生态条件 , 形成卫生、安全的生活和劳动 环境 , 促进职工健康等起着重要的作用 绿化要注意在普遍的基础上 , 逐步提高 , 以利 用植物美化和保护环境为主。在有条件时 , 还 可以利用屋顶进行绿化 , 增加绿地面积 , 减少热 辐射 7 城市园林绿地及绿化 3 立体绿化 --有限面积内的城市绿化对策 城市化过程的加速和城市规模的扩大 , 使原本 就紧缺的城市建设用地更趋紧张。其结果或是 不断侵蚀城郊农田 , 或是挤占城市绿化用地 , 前 者无疑不适合我国人多地少的国情 , 后者则不 利于改善城市生态环境质量 , 提高居民生活健 康水平。因此 , 应走城市立体绿化的道路 , 使绿 色植物向空间发展 , 在有限面积内布置尽可能 多的花、草、藤、蔓 , 促进城市生态良性发展 7 城市园林绿地及绿化 1) 立体绿化的特殊功能和效用 —除具有一般绿化 的各项功能和效用外 , 还有以下特殊功能 : 节约城市用地和绿化投资 在繁忙拥挤、寸土如金的大城市中 , 立体绿化见 缝插 “绿 ”, 无论是墙壁、廊柱、栅栏 , 还是屋 角、房顶、阳台 , 均可实现立体绿化。这不仅 可在不增加绿化用地的情况下大幅度提高绿化 面积 , 突破城市绿化瓶颈 , 而且可在较短时间内 形成绿化效果 , 从而达到节约绿化投资的目的 7 城市园林绿地及绿化 增加和改善景观艺术性 , 提高审美情趣 立体绿化能与城市各种建筑有机结合 , 只要设 计得当 , 不仅能协调和突出建筑物的艺术造型 , 赋予建筑物季节感 , 同时可丰富建筑物的空间 变化和层次性 , 从而起到美化环境 , 改善景观 , 陶冶城市居民生活情趣的作用 合理运用各种攀缘植物搭建的棚架、回廊 , 编 织厚密的绿篱 , 还可以遮盖视觉中的不佳部分 , 如垃圾站和厕所 , 达到藏拙的效果 14 7 城市园林绿地及绿化 保护建筑物，延长其使用寿命 攀缘在建筑物上的植物 , 在夏季因遮荫可降低 建筑物表面的温度 ; 相反在冬季又具有保暖作 用 , 从而减少因温差过大引起热胀冷缩造成的 建筑物损坏。建筑物表面的绿化层还可使其粉 刷层少受风化腐蚀的影响。此外 , 植物一年四 季叶展叶枯、花开花落的变化交替 , 也赋予建 筑物以生机 7 城市园林绿地及绿化 开发资源，增加收益 立体绿化是在建筑物侧面或顶部攀缘或覆土种 植 , 因而运用得当 , 可以在美化环境、清除垃 圾、消纳污物的同时 , 提供蔬菜、瓜果、花卉 及其他经济收入 , 做到变废为宝 , 增加收益 7 城市园林绿地及绿化 2) 城市立体绿化的内容 立体绿化内容丰富多样 , 在城市的不同建筑立 面上以及空间位置中 , 均可布设。一般立体绿 化可分为 墙面绿化 、 阳台绿化 、 棚架绿化 、 篱 栅绿化 、 屋顶绿化 、 桥梁绿化 、 立体花坛 、 护 坡绿化 等 7 城市园林绿地及绿化 墙面绿化 : 泛指利用攀缘或其他植物装饰建筑物外墙面 或围墙的绿化形式 墙面绿化是立体绿化中占地面积最小 , 而绿化 面积最大的一种形式。据 文汇报 报道 , 若能将 上海市区建筑物表面积的 1/10进行绿化 , 则市区 人均绿化面积就可增加到 9.8平方米 , 可见在大 城市开发墙面绿化的潜力和前景十分诱人 15 7 城市园林绿地及绿化 阳台绿化 : 城市新建住宅楼的每个单元都有一或两个阳 台 , 用各种花木植物把阳台装饰点缀起来 , 不仅 可以增强建筑物的生机 , 体现其整体美 , 同时也 美化了城市环境 阳台绿化就好似给窗前搬来一个微型花园 , 又 好像在阳台上安装了一台空气清新器 , 对保证 住户居民的身心健康是极为有利的 7 城市园林绿地及绿化 棚架绿化 : 棚架绿化包括花门、绿亭、花榭等 , 占地不大 , 却具有组织空间、增加景深、点缀景观的功效 , 置身其下 ,令人凉爽惬意、倍感舒适 篱栅绿化 : 篱栅最初是出于安全考虑 , 用来划隔空间的 , 但 在其上进行绿化 , 可在创造幽静环境的同时 , 增 加美的享受 , 达到曲径通幽的效果 城市绿化一角 16 7 城市园林绿地及绿化 屋顶绿化 : 由来已久 , 如公元前七世纪新巴比仑国王尼布 加尼撒二世的 “悬空园 ”, 被后世誉为世界七大 奇观之一。 20世纪 20年代初 , 法国巴黎开始在 个别住宅平屋顶上把立体绿化与现代建筑结合 起来 , 以后各国纷纷效仿。如美国把办公楼屋 顶辟为花园 ; 日本将屋顶连成一片 , 使之变成广 阔的种植有花草的 “开放式 ”场地 ; 联邦德国更 是将楼房建成 “阶梯式 ”或 “金字塔式 ”住宅群 , 在各层屋顶上布置花草 7 城市园林绿地及绿化 瑞士、丹麦、俄罗斯等 , 均有各具民族特色的 屋顶花园 我国的成都、重庆、广州、上海等城市 , 也有 不同规模的屋顶绿化和屋顶花园 屋顶绿化可以为城市居民开辟新的休息、娱 乐场所 , 加强屋顶的隔热、隔声效果 , 提高城市 的蓄水能力 7 城市园林绿地及绿化 桥梁绿化 : 随着城市交通的日益繁忙和规模的不断扩大 , 立体交叉桥相继出现并增加。形体庞大、颜色 单调的钢筋混凝土立交建筑 , 不经绿化 , 不仅自 身丧失了生机 , 而且也有碍城市观瞻 , 因此桥梁 绿化现今已成为桥梁建筑不可或缺的有机组成 部分。经绿化植物的覆盖和装点 , 才显得立交 的宏大与壮观 7 城市园林绿地及绿化 立体花坛 : 极富艺术造型魅力 , 常常是人们视线的集中点 , 具有点缀街头、美化环境、分隔道路的功效 , 同时能起到宣传形象和扩大影响的作用 城市绿化一角 17 7 城市园林绿地及绿化 护坡绿化 : 具有美化环境和保护城市自然坡面的双重功 效。城市道路两旁的坡地、堤岸、桥梁护坡和 公园假山等，若无植物保护，久之必然因雨水 冲刷或侵蚀而受损。用绿色植物来保护，既可 增加绿化面积，美化环境，又能防止水土流 失，起防尘降温等保护作用 7 城市园林绿地及绿化 工厂垂直绿化 : 潜力很大 , 特别是绿化用地不足的地方 , 可栽 植地锦、凌霄、金银花、紫藤、蔓性蔷薇类植 物 , 草本的如牵牛花、鸟萝等 在厂区的墙沿上也可栽植花木 , 利用有限的土 地 , 得到更大的垂直绿化面积 , 以提高叶面积系 数 , 增加绿视率，促进职工健康 7 城市园林绿地及绿化 3) 立体绿化的设计理念 立体绿化的设计 , 应讲究选材适宜 , 注重艺术观 赏性 , 考虑和顾及与周边环境的合谐性 , 使之融 为错落有致的整体 植物的选择 , 以乡土树种为首选 , 结合各类藤、 灌、草、花 , 并以某一、二种为主 , 形成基调 ; 有条件时 , 多选择常绿植物 , 辅以观花、观果、 观叶、观形植物 , 使之四季常绿、三季有花、 经年有景 7 城市园林绿地及绿化 立体绿化的色彩运用 , 应以建筑物为主体 , 植物 起点缀作用。由于绿化的美学特征 , 与人的主 观感受密切相关 , 因此在因地制宜的基础上 , 还 要因 “人 ”制宜 , 如考虑民俗风情、传统习惯 , 南、北方差异 , 东、西部有别 然而共通之处应是师法自然 , 以求恬淡素静、 雅俗共赏 7 城市园林绿地及绿化 北京市的绿化 “措施 ”口号 : 折房建绿 , 见缝插绿 , 垂直挂绿 , 拆墙透绿 , 大 力发展草坪、花卉 , 增加城市绿化面积 , 扩大绿 色视野 , 进一步提高绿化艺术水平 18 7 城市园林绿地及绿化 4 城市绿化展望 大城市的绿化 大城市应按照城市总体发展规划的要求 , 制定 一个合理、完整的园林绿地系统规划 , 在规划 的指导下 ,循序渐进 ,使城市园林绿地的建设逐 步走上布局合理、绿化普遍、面貌清新的良性 循环轨道 城市绿化展望 7 城市园林绿地及绿化 中小城镇园林绿化 依山傍水的 城镇 : 园林绿地要和水体、山川紧密 结合 , 充分利用河滩空地和自然山林开辟公园 、公共绿地和风景区 ,使景观更加秀丽 有文物古迹的 城镇 : 可合理并有机地将之组织到 园林绿地系统中 , 从而形成自己 的独特风格和 / 或游览胜地 注意街道、街坊小区和单位庭院的绿化 , 提高绿 化覆盖率 7 城市园林绿地及绿化 厂、矿、机关、学校园林绿化 厂、矿、机关、学校等的庭园绿化 , 主要要确 保一定数量的绿地面积。国家规定 , 新建城市 的绿地面积不应低于总面积的 30%, 旧城区改 建保留地面积不应低于 25%。该指标一般也适 用于各个单位。城市规划与园林部门要共同把 关 , 以确保各企、事业单位的绿地面积。可在 调查研究的基础上 , 进行绿化规划 , 确定绿化用 地 , 力争达到 25%以上的绿地面积 7 城市园林绿地及绿化 7.3 城市园林绿化树种与草种 1 城市园林绿化植物的选择 园林绿化树种的选择应该注意以下原则 以乡土树种为主 由于生态因素的地域差别 , 不同的城市以及城 市的不同地区 , 适于用作园林绿化的植物是不 同的 7 城市园林绿地及绿化 乡土树种对当地土壤和气候的适应性强 , 苗源 多 , 价廉 , 易成活 , 有地方特点 , 应作为城市绿化 的主要树种 ; 从保护自然和保护物种多样性的 角度看 , 选用乡土树种进行绿化 , 是保护和维持 地区自然景观特色的重要途径 为了丰富植物种类 , 也可有计划地引进一些本 地缺少 , 而又可能适应当地环境的或观赏价值 高的树种。但一般应经过引种驯化试验 , 才能 推广应用 19 7 城市园林绿地及绿化 抗性强的植物优先选择 抗性强的植物，是指对酸、碱、旱、涝、沙 性及坚硬土壤有较强的适应性，对病虫害、烟 尘和有毒气体的抗性较强的植物 7 城市园林绿地及绿化 速生与慢生树种相结合 速生树种如杨、桦等虽生长快 , 可很快成荫 , 但 往往三十年后就衰老 , 需要及时更新和补充 , 否 则要影响城市绿化的效果。慢长树如柏、银杏 等 , 要三、四十年才能见效 , 但寿命可达百年以 上。为早日发挥绿化效果 , 应该以速生树种为 主 , 搭配一部分慢长树种 , 尽快进行普遍绿化。 同时要近远期结合 , 有计划、分期分批地使慢 长树种替换衰老的速生树种 7 城市园林绿地及绿化 常绿和落叶植物结合 , 针叶和阔叶树结合 为达到景观要求的色彩效果和三季有花、四季 有绿的时间动态序列变化效果 , 应充分考虑到 不同植物的花色、花期、叶色、叶的枯荣期、 植物的体态、外貌等 , 并使之有机合理地搭配 在一起 7 城市园林绿地及绿化 与园林绿地的功能相适应 如行道树的选择应该注重考虑以下特点 : z 适应多种土壤 , 耐干旱、耐瘠薄 , 抗污染性强 , 病虫害少 z 易繁殖 , 易移栽 , 耐修剪 , 寿命长 , 不易萌发根 蘖 z 出芽早 , 落叶晚 , 绿化展叶期长 7 城市园林绿地及绿化 z 落果少 , 不飞絮 , 无异香恶臭 , 不妨碍街道环 境卫生 z 枝繁叶茂 , 冠幅较大 z 树形、叶形美观 z 尽可能具有一定经济价值 7 城市园林绿地及绿化 注重植物的生物学与生态学特性 在公园绿地上为了达到 “鸟语花香 ”的效果 , 除 了一要注意不同植物花、果的色泽与味道外 , 还要注意到动物与植物的食物链及传粉、授粉 的关系 , 充分考虑到这些植物的生物学特性与 生态学规律 20 7 城市园林绿地及绿化 总之，根据城市绿化的不同特点，合理选择 和配置园林植物是园林建设的核心问题。一般 应符合适用、美观和经济的原则，要讲究科学 性、艺术性，并注意结合生产 科学性 —做到适地适草适树 , 按各类绿地的功能 要求 , 制定科学的绿化结构方案、混交或配置 方式 , 使所搭配的树木花草能组成相对稳定的 人工群体 , 最大限度地发挥绿地的功效 艺术性 —注重树木花草配置 , 讲究疏密、层次、 色彩、季相变化、空间组织等 , 力求美观大方 生产性 —除考虑创造一定的物质财富外 , 更重要 的是要考虑如何降低绿化建设管理的成本 , 加 强绿化的卫生防护作用 7 城市园林绿地及绿化 2 城市园林绿化树种 本章到此结束 , 谢谢 !