基于空间异质性的美丽乡村小气候差异性研究

来源 :中国城市林业 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ljsamuel
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  摘要:文章通过对厦门市翔安区吕塘、蔡厝、大宅3个自然村落的乡土景观要素的调研和不同空间环境要素的监测,分析探讨乡村空间异质性和景观空间之间的关系,以及它们对乡村小气候的影响,从而得出改善乡村环境质量的策略和方法,、结果显示,空间越封闭,植物的郁闭度越大、搭配层次越丰富,其隔热保温能力越强。因此,在乡村建设中,植物的选择和搭配十分重要,在空旷的区域搭建休憩的构筑物或种植植物以增加其封闭度,改善该区域的小气候。
  关键词:美丽乡村,景观空间异质性,环境监测,乡村小气候
  景观空间异质性是指斑块空间镶嵌的复杂性或者景观结构空间分布的非均匀性和随机性。本文研究的空间异质性要素主要包括厦门市翔安区吕塘、大宅、蔡厝3个自然村落的环境要素——九架厝、现代建筑、古树、农田、巷道、主干道、广场。研究的空间异质性变化主要有4个方面:空间形态的差异性、空间材质的差异性、植物种类和数量的差异性、植物种植方式的差异性。研究景观空间异质性对美丽乡村的建设非常重要。
  目前,国内学术界对风景园林小气候的研究已取得了较多的进展,以刘滨谊、董芦笛、周烨等教授为带头人物,更多的关注于城市小气候舒适度的研究。本文基于刘滨谊教授的“城市宜居环境风景园林小气候适应性设计理论”,采用环境监测的方法对研究要素的微气候因子——温度、湿度、风速、负氧离子进行数据采集,旨在分析乡村景观要素对维持微气候恒定的调节机制,探讨吕塘、蔡厝、大宅的4个方面的空间异质性对该区域小气候的影响。
  1 研究地概况
  1.1 翔安区新店镇概况
  本次选取的研究对象为吕塘、蔡厝、大宅3个自然村落,位于福建省厦门市翔安区新店镇。翔安区地处福建东南沿海,全区土地总面积为35160h㎡。3个自然村落(表1)位于厦门市翔安区东南沿海突出部,全境依山临海,植被为亚热带雨林区,土壤都以红壤为主。
  研究对象斑块特点:一是3个乡村景观要素齐全,具有农田、古树、水系、传统建筑和现代建筑等斑块。二是3个村落景观格局不同,吕塘为放射状的格局,有独特的榕树林斑块:蔡厝为带状临水格局,水系廊道面积最大;大宅呈集中式分布,农田斑块面积最大。三是生产方式不同,吕塘以农业生产为主;蔡厝以渔业生产为主;大宅以农业生产为主。
  1.2 村庄风貌的形成
  1)吕塘村乡村风貌。吕塘的村落风貌呈现为农田斑块与水系廊道位于建筑斑块的一侧,榕树林斑块位于建筑斑块的另一侧,交通廊道连接榕树林斑块与水系廊道板块放射状分布。吕塘以农业生产为主,人们的生产活动围绕着农田斑块展开,农田依靠水的灌溉,因此农田斑块、水系廊道与建筑斑块相连,广场斑块靠近水系廊道。由于水系廊道呈带状,交通廊道在连接榕树林斑块与水系廊道时就形成了放射状。
  2)蔡厝村乡村风貌。蔡厝的村落风貌呈现为水系廊道与农田斑块包围着中间建筑斑块,交通廊道垂直或平行于水系廊道与农田斑块。蔡厝曾经以渔业为主,现以种植业为主,其生产生活与村内的水系息息相关。人们工作时在水系、池塘边进行捕捞、海蛎壳处理等活动,休息时则于岸边聚集进行活动,因此水系廊道边分布有广场斑块,沿着水系的一侧形成建筑斑块。村落的交通廊道大多与水系廊道垂直或平行,方便村民快速到达外围水系廊道,农田斑块则位于建筑斑块另一侧。村落整体格局与风貌因此形成。农田斑块位于村落的另一侧,与水系廊道共同围合着建筑斑块。
  3)大宅村乡村风貌。大宅的村落风貌呈现为农田斑块围绕着建筑斑块、广场斑块和水塘斑块。大宅以火龙果生产为业,人们的生产生活与火龙果基地有关,农田斑块约占全村面积的2/3。村落北部有山地,所以建筑斑块位于北侧山地前,农田斑块则从其余3个方向包围着建筑斑块。
  2 研究方法
  通过小型气象站测取到样点的温度、湿度值,求得温度、湿度的变化,计算出其平均温度、平均湿度值,对比分析不同地点的数据在时间上的变化,从而研究空间结构对温度、湿度的影响。
  2.1 设备仪器及测试时间
  低空摄影无人机(悟、精灵Ⅳ号),小型气象站(HP-Ⅱ)。
  测试时间选在7月16日。鉴于夏季昼夜温差大,便于监测数据的对比。本次监测选在8:00-8: 30, 11:00-11:30, 13:00-13:30和18:00-18:30这4个时间段内,每个时间段内每隔2分钟记录一次温度、湿度、风速、负氧离子浓度及地表温度。
  2.2 样点选取
  根据吕塘(包括林边和尾头下两个区域)、蔡厝、大宅的景观空间特征,共选取了5类空间20个测点。
  1)广场空间。广场空间为硬质铺装场地,四周或四角有树木种植。广场空间包括新建的供村民聚集活动的乡村广场及中小学校园活动操场。有样点C005,W005(表2)。
  2)农田空间。农田空间为软质铺装,种植各村落自己的农作物,包括果田和菜田。有样点C003和D003(表3)。
  3)建筑空间。建筑空间为建筑内部空间,包括传统民居建筑九架厝及、传统石屋和现代建筑。有样点LOOI、L002、COOI、C002、WOOI、W002、DOOI、D002和D005(表4)。
  4)道路空间。道路空间包括乡村车行的水泥主干道,以及人行的巷道。有样点L004、C004、W004、D004、W003、C003和L003(表5)。
  5)古树(林)空间。古树(林)空间包括村内单棵的古榕树下的古树空间以及面积较大的古树林空间。有样点L005和C004(表6)。
  3 结果与分析
  3.1 空间形态差异性对温、湿度的影响
  3.1.1 温度
  比较分析同一村落内部不同空间的平均温度值,如图1-1,图1-3,图1-5所示,分别为蔡厝、吕塘、大宅3个村不同空间类型所有测点的平均温度对比示意图。在7:00-10:30时间段,各空间的平均温度对比关系大体呈现出广场空间>建筑空间>道路空间的趋势:在11:30-13:30时间段,当室外温度达到日最高值時,广场空间平均温度>道路空间平均温度>建筑空间平均>古树(林)空间;在16:00-21:30时间段,平均温度对比关系为建筑空间≥道路空间≥广场空间。   3.1.2 湿度
  比较分析同一村落内部不同空间的平均湿度值,如图1-2,图1-4,图1-6所示,分别为吕塘、蔡厝、大宅3个村的5种空间类型的平均湿度对比示意图,可以看出:整体趋势呈现古树(林)平均湿度>建筑空间平均湿度≥巷道空间平均湿度≥广场空间平均湿度:湿度随室外温度的增加而减少,在12:30-13:30时间段内,当室外温度达到日最高值时,平均湿度达日最低值。
  由此可见,在外界温度低的时候,建筑空间温度相对高,广场空间的温度和古树(林)空间的温度相对低。在外界温度高的时候,广场空间的温度相对较高,建筑空间的温度和古树(林)空间的温度相对低。因此,不同空间类型的隔热能力依次为:建筑空间>古树(林)空间>道路空间,对湿度的调节能力依次为:古树林空间>道路空间>建筑空间。三者有明显差异的因素是空间封闭度。广场的空间最为开阔,建筑的空间最为封闭,而道路的空间封闭度介于二者之间。封闭度影响空间的空气流动与太阳辐射,空气流动会影响水分与热量的传输。夜晚缺少太阳辐射的因素,会造成热量流失,而广场的传热速度最快,因此温度最低。湿度与太阳辐射关系较小,而与封闭度关系更为密切,空间越封闭,水分流失越慢,因此广场湿度最低。
  分析结果如下:空间越封闭,与外界热量交换越少,同时,接收的太阳辐射越少,获得的热量就越少。因此,建筑空间和古树(林)空间的保湿隔热能力最强,而广场空间的保湿隔热能力最弱。
  3.2 材质对温、湿度的影响
  5类空间类型中,建筑空间、广场空间和道路空间的景观环境皆以硬质铺装为主,古树空间和农田空间则为软质铺装。图2为他们的平均温湿度的对比示意图。
  3.2.1 温度
  比较分析同一村落内部软质铺装和硬质铺装样点的平均温度值,从图2-1,图2-3,图2-5中可以看出:在蔡厝和吕塘,室外温度达日最高值时,温度最高的是广场空间,为硬质铺装。在大宅,室外温度达日最高值时,温度最高的是农田空间,为软质铺装;在蔡厝和吕塘,室外温度达日最高值时,温度最低的为古树(林)空间,为软质铺装。
  3.2.2 湿度
  比较分析同一村落内部软质铺装和硬质铺装样点的平均湿度值,从图2-2,图2-4,图2-6中可以看出:在蔡厝和吕塘,平均湿度相对较高的是古树(林)空间,为软质铺装,3个村子中,平均湿度相对较低的是农田空间,为软质铺装。
  分析发现,虽然软质铺装的降温保湿能力普遍比硬质铺装的降温保湿能力强,但也有反例,同为软质铺装,古树(林)空间降温保湿效果比農田空间好。原因有2点:一是由于不同材质具有不同的热容,这就具有不同的吸收热量能力,相同光照下相同时间段相同,表现出不同的温度差,体现出不同的调节能力:二是与软质材质的植物种类、数量有关。
  3.3 植物种类与数量对温、湿度的影响
  3.3.1 数量对比分析
  在古树(林)空间中,有单棵的古榕树空间,也有多棵组合的榕树群空间,两种类型的平均温湿度对比如图3-1和图3-2。可以看出,单棵榕树平均温度>榕树园平均温度,榕树园平均湿度>单棵榕树平均湿度。由此可得,植物的数量越多,降温效果越佳,对湿度的调节能力越好。
  分析结果如下:由于植被的蒸腾和蒸发作用消耗的潜热大于硬质铺装,会使软质铺装与周围空气热交换量减少,获得的热量少,热效应减小。所以植物有一定的降温保湿作用。植物数量越多,植物的蒸腾和蒸发作用吸收的热量越多,效果越显著。
  3.3.2 种类对比分析
  农田空间中,有郁闭度较低的火龙果基地,也有郁闭度较高的蔡厝农田,图3-3.图3-4为不同的农田空间平均温度及平均湿度的对比示意图。由图可知,当外界温度高时,平均温度为火龙果基地>蔡厝田地;平均湿度为蔡厝田地>火龙果基地。可以发现,蔡厝田地的降温能力及对湿度的调节能力高于火龙果基地。图4为4个样点郁闭度大小的对比示意图。可以发现,植物植株越高、郁闭度越大,则其降温保湿能力越强。
  相关论文论证植物株高及郁闭度对温湿度的影响体现为植物对太阳辐射的反射和吸收作用,植物郁闭度越大,对太阳辐射的吸收和反射越多,能到达地表的辐射越少。因此植物的降温保湿能力与其郁闭度呈正相关。
  3.4 植物种植方式对温、湿度的影响
  由于不同的植物组团结构对环境的各因子也产生作用,所以对植物种植方式的影响也进行了分析。样点选择分别为蔡厝田地、大宅火龙果基地、蔡厝中保宫榕树下、尾头下大路和古松榕园。与之对应研究的种植方式有5种组合(表7)。
  3.4.1 温度
  比较分析不同种植方式样点的平均温度值如图5-1,平均温度由高到低为灌木>乔木>草本>草本与乔木的组合>乔灌草的组合,一天中温度的差值最大为草本,其次为灌木,而乔木、乔木与草本的组合、乔灌草组合三者差值不大。
  结果分析如下:与植物对环境湿度的影响相似,由于植物光合作用吸收能量,与环境进行了能量交换,所以植物能起到降低环境温度的作用,而且植物总量越大,层次越丰富,越能维持环境温度的稳定性。
  3.4.2 湿度
  比较分析不同种植方式样点的平均湿度值如图5-2.平均湿度由小到大为灌木<乔木<草本<草本与乔木的组合<草本与灌木乔木的组合,而且湿度在一天中的变化为夜晚最高,白天逐渐递减,直到傍晚达到最低。
  结果分析如下:一方面湿度受到风速的影响,风速越大,湿度越小。另一方面由于植物利用光合作用吸收空气中的水分、蒸腾作用释放水蒸气与环境中进行了水的交换,对湿度也就产生了影响。在清晨,植物的蒸腾作用强于光合作用,环境湿度增加:而在傍晚,经过白天的光合作用,植物对水分的吸收远大于释放,环境湿度下降。但是从整体上看,植物的覆盖率明显改变了风速的单一作用,例如草本种植与灌木种植方式下,风速较高而湿度却没有降低。原因在于草本的植物覆盖率明显高于灌木。因此可以认为尽管相同数量相同品种的植物,在种植时扩大其覆盖的面积有利于提高环境湿度。
  4 结论与建议
  4.1 结论
  1)空间类型对环境的影响。保温隔热能力依次为建筑空间>道路空间>古树空间>农田空间:对湿度的调节能力依次为农田空间>古树空间>道路空间>建筑空间。
  2)只有当植物植株高、闭郁度大时,才会体现出其降温保湿的效果。且植株越高、闭郁度越大,效果越明显。
  3)乔灌草搭配的种植方式要比乔木、灌木、草本单独种植时的降温保湿效果好,植物层次越丰富,效果越好。
  4.2 建议
  1)改善斑块的小气候。在吕塘、蔡厝及大宅的建筑斑块中,可以加入植物斑块,或在建筑院落内形成小的院落景观,或在建筑家间空地及荒地处进行种植,以弥补建筑斑块的湿度调节能力;在吕塘及蔡厝的交通廊道中局部加入植物斑块,弥补交通廊道的温度调节能力。
  2)适度碎化或者减少调节能力低的斑块。在蔡厝和吕塘空旷的广场斑块中加入榕树阵,形成榕树斑块,以减少广场斑块的面积,或将原有的大广场斑块分成2个小的广场斑块:在大宅的农田斑块中,可以将火龙果基地碎化,在斑块间加入植物廊道,既可以调节农田斑块的调温能力,还可以形成农田中的休息空间,供村民工作间隙休息。
  3)增加斑块内部的丰富度。种植宜采取乔一灌一草多层次的搭配,可以增强其调节效果。
  4)增加廊道的连通性。交通廊道不仅仅提供村民的交通联系,也是不同斑块间的连续,应增强其斑块间的连续。在吕塘的榕树林斑块和水廊道斑块间的交通廊道上、在蔡厝的水系廊道及农田斑块间的交通廊道上可以形成一条连续种植的植物廊道,加强斑块间的生态连通性,便于形成风道;在蔡厝可以将广场斑块和水系廊道结合在一起进行建设,广场斑块外形成与植物廊道或者斑块改善小气候,近水侧不做分隔处理,加强水系廊道及广场斑块的连接性。
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