冼丽铧 1，刘乾 1，陈红跃 1*，沈志力 2，杨水龙 3

　　1.华南农业大学林学院，广州，510642

　　2.广州市越秀区园林局，广州，510045

　　3.广东省生态学会屋顶绿化专业委员会，广东玉宇环保科技有限公司，广州，510055

　　摘要：为研究不同类型的屋顶绿化的小气候效应，选择了广州市越秀区地毯式、花园式和棚架式和盆花式 4 种不同的屋顶绿化类型，观测和统计分析了不同绿化形式的屋顶及其不同空间位置的温度和湿度的变化。结果表明，各种类型的屋顶绿化对小气候都产生了显著的效应。其中，地毯式绿化类型植被覆盖度高，降温效果最为明显，花园式和棚架式相当，盆花式则较差；各个测定位置的湿度都明显高于裸屋面，其中地毯式最高，花园式和棚架式相当，盆花式较差。总的来说，4 种屋顶绿化类型都产生了不同程度的小气候效应，其中地毯式最佳，花园式和棚架式其次，盆花式较差。

　　关键词：广州市；屋顶绿化；小气候效应

　　中图分类号：S733/737

　　1 引言(Introduction)

　　屋顶绿化可以广泛地理解为在各类建筑物、构筑物、城围、桥梁等的天台、露台、阳台或大型人工假山山体上进行造园，种植树木花草的统称[1-3]。它与露地造园和植物种植的最大区别在于把植物种植于人工的建筑物或者构筑物之上，种植土壤不与大地土壤相连。屋顶绿化的分类方法很多，总的来说可以分成两大类，分别有简单式屋顶绿化和花园式屋顶绿化即屋顶花园[3-6]。其中按照屋顶绿化的绿化布局形式、高度、空间位置、使用功能、屋面承载力等均有不同方面的分类，如按绿化布局形式，可分为 4 种类型：地毯式、摆盆花式、棚架式和园林式[7]。

　　随着国民生活水平的提高，人们对工作和居住环境提出了更高的要求。目前，在世界各大城市，都流行把自己的城市建设成为生态城市、山水城市，其中增加绿地面积是主要内容。然而，当今在城市里水平方向发展绿地已越来越困难，许多城市的可绿化面积越来越少，在寸土寸金的市中心区，这种矛盾更加凸显。这就使得人们想方设法寻找新的出路，因而向不占用土地的立体化空间绿化--即向建筑物的屋顶绿化和垂直绿化方向发展，自然而然成为了人们追求的目标，特别是屋顶绿化方向，已成为全世界绿色运动的一部分。

　　屋顶绿化不但为城市居民提供了一个休憩的舒适场所，还是保护生态环境、调节小气候、净化空气、提高绿化覆盖率、降低热岛效应的一个重要措施，更是美化城市、活跃景观的一种良好方式。此外，它还有保护建筑物，减少日光辐射，降低室内环境温度与湿度，减缓天台风速等作用[8-10]。本研究以广州市越秀区的屋顶绿化为研究对象，对不同屋顶绿化类型及其不同空间位置的温度和湿度进行了观测，为屋顶绿化的生态小气候效应研究提供基础数据，为我国亚热带地区屋顶绿化隔热节能相应研究提供参考依据。

　　2 材料与方法(Materials and methods)

　　2.1 研究地点概况

　　研究地点设在广州市越秀区广卫街，广卫街位于越秀区中部偏东，面积0.79km2，设有14个社区居民委员会，分4个片，分别是东片的雅荷塘、仁生里(豪贤苑)、福恩里；南片的财厅前、昌兴、登云里、长胜里；西片的莲花井、雨帽、吉祥、华宁里(广仁)；北片的都府(小东营)、越华大院、青莲里。有居民 15402 户，共 44838 人。居民中有汉、满、蒙古、回、壮、瑶、白、黎、苗、仫、朝鲜等 11 个民族。研究共选择了 4 座楼，4 座楼分别有花园式、棚架式、地毯式、盆花式 4 类不同的屋顶绿化类型，同时选择未绿化的裸屋顶作为对照，以研究绿化与未绿化之间的效益差别。4 座楼的基本情况如表 1。

　　表1越秀区屋顶绿化调查楼房基本情况

　　Table 1The basic conditions of roof greening investigation of the buildings in Yuexiu District

　　2.2 测定方法

　　选择 4 种不同的屋顶绿化类型(含裸屋顶)，分别在高出屋面 1.5m 处、低层植物顶端处、紧贴屋面（指屋顶地面处）以及最顶层楼层的室内（在室内的离地面 1.5m 处）等不同位置测其温湿度，从 9：30 至 16：30，每一小时记录一次温湿度值。每种绿化类型（包括裸屋顶）、每个不同位置的温湿度测定均为 3 次重复；光照强度选择在花园式和棚架式两个点进行测量，每个时段连续测量 5 次数值。

　　试验测定在 2007 年 9 月 14 号进行，属于多云间晴天气，大气温度 28℃～33℃，空气湿度 50％～80％。所选的测试点周围没有遮荫，太阳可以直照射到。测量使用的仪器主要有 DWS508C 型温湿度计（温度测量精度 0.1℃，湿度测量精度 0.1％RH）和光照照度计 ZDS-10。

　　3 结果与分析(Result and analysis)

　　3.1 当天的光照强度日变化

　　测量的当天为多云间晴天气，所以光照显示有一点不规则的变化，但总体趋势还是比较规则的，具体变化情况见图 1。由图 1 可以看出，一天的光照强度走向是先升高后降低的，其最高值出现在中午 13：00 左右。

　　图 1 光照强度日变化折线图

　　Fig 1 Illumination intensity daily variation line chart

　　3.2 相同屋顶绿化类型不同位置的温度日变化比较

　　3.2.1 花园式屋顶绿化类型屋顶不同位置温度日变化比较

　　测量结果显示，低层植物顶端和 1.5m 处的平均温度高于紧贴屋面和室内。这主要是紧贴屋面被绿化植物覆盖，处于下层空间。室内也是这种效应导致的。总体看，降温有一定效果。

　　由图 2 可以看出，花园式屋顶绿化的不同位置的温度日变化变化趋势是基本相同的；最高温的时段一般是 14：30 左右，比光照最强的时段迟一个小时左右；1.5m 处和低层植物顶端处温度差别不大，紧贴屋面处温度稍低；室内最低，平均降温 1.3℃。

　　图 2 花园式屋顶绿化类型不同位置温度日变化折线图

　　Fig 2 The daily temperature change line chart at different position of Garden type roof greening

　　3.2.2 棚架式屋顶绿化类型屋顶不同位置温度日变化比较

　　由图 3 可以看出，9：30 至 13：30，各处气温平稳上升，至 13：30 左右的时候出现最大值，之后时段气温变化比较平稳；1.5m 处气温最高，低层植物顶端处和紧贴屋面处的温度在各个时段都相差不大，室内平均温度最低；室内平均温度比室外的 1.5m 处降温 1.1℃。

　　图 3 棚架式屋顶绿化类型屋顶不同位置温度日变化折线图

　　Fig 3 The daily temperature change line chart at different position of Frame type roof greening

　　3.2.3 地毯式屋顶绿化类型屋顶不同位置温度日变化比较

　　由图 4 可以看出，9：30 至 13：30，各处气温平稳上升，至 14：30 左右的时候出现最大值，之后时段气温变化比较平稳；1.5m 处气温最高，低层植物顶端处次之，紧贴屋面处的温度较低，室内平均温度最低；室内平均温度比室外的 1.5m 处降温 2.0℃。

　　图 4 地毯式屋顶绿化类型屋顶不同位置处温度日变化折线图

　　Fig 4 The daily temperature change line chart at different position of carpet type roof greening

　　3.2.4 盆花式屋顶绿化类型屋顶不同位置处温度日变化比较

　　由图 5 可以看出，9：30 至 13：30，各处气温平稳上升，至 14：30 左右的时候出现最大值，之后时段气温变化比较平稳；紧贴屋面处气温最高，低层植物顶端处次之，1.5m 处的温度较低，室内平均温度最低，由于盆花式绿化对屋面的覆盖度不高，太阳辐射可以直射到屋面，所以紧贴屋面处的温度最高，低层植物顶端处次之，都高于 1.5m 处的温度；室内平均温度比 1.5m 处降温 1.3℃；室内温度和裸屋顶最大温差达到 3.9℃，说明水泥屋面的升温很剧烈。

　　图 5 盆花式屋顶绿化类型屋顶不同位置处温度日变化折线图

　　Fig 5 The daily temperature change line chart at different position of potted-flower type roof greening

　　3.2.5 裸屋顶不同位置处温度日变化比较

　　由图 6 可以看出，低层植物顶端处和 1.5m 处温度变化平稳，趋势一致，在 14：30 左右出现最大值后趋于缓和；紧贴屋面处温度则从上午 11：00 开始变化剧烈，一直到测试结束16：30 都持续出现高温状态，最高温达到 39.9℃，比室内温度高出 5℃ 。

　　图 6 裸屋顶不同位置处温度日变化折线图

　　Fig 6 The daily temperature change line chart at different position of bare roof

　　3.3 不同屋顶绿化类型相同位置的温度日变化比较

　　3.3.1 不同屋顶绿化类型屋顶 1.5m 处温度日变化

　　由图 7 可以看出，4 种屋顶绿化类型和裸屋顶高出屋顶 1.5m 处的温度日变化规律是相同的，上午平稳上升，14：30 左右达到最大值，之后变化平稳；4 种屋顶绿化类型和裸屋顶高出屋顶 1.5m 处的温度高低除了裸屋顶稍高以外，4 种屋顶绿化类型相差不大，实际上，1.5m处的温度代表的是大气温度。

　　图 7 不同屋顶绿化类型屋顶 1.5m 处温度日变化折线图

　　Fig 7 The temperature daily variation line chart of different roof greening types at 1.5 meters high

　　3.3.2 不同屋顶绿化类型屋顶低层植物顶端处温度日变化

　　由图 8 可以看出，4 种屋顶绿化类型低层植物顶端处的温度日变化规律是相同的，地毯式的日平均气温稍低，盆花式温度稍高，花园式和棚架式大体相当；这是因为盆花式屋顶绿化的植物覆盖度较低，太阳辐射容易直射到屋面，屋面温度升高快，导致低层植物顶端处的温度偏高，地毯式屋顶绿化覆盖率高，覆盖均匀，隔热效果佳。花园式和棚架式则介于两者间。

　　图 8 不同屋顶绿化类型屋顶低层植物顶端处温度日变化折线图

　　Fig 8 The temperature daily variation line chart of different roof greening types at the top of the lower plants

　　3.3.3 不同屋顶绿化类型屋顶紧贴屋面的温度日变化

　　由图9可以看出，裸屋顶紧贴屋面的温度最高，变化也最剧烈，由于水泥屋面的热容量最小, 因此升温最快；盆花式次之，这是因为盆花式屋顶绿化的植物覆盖度较低，太阳辐射容易直射到屋面，屋面温度升高也较快；地毯式在13：30之前变化较快，之后降低温度的作用显现出来，一直在较低的水平上平稳变化，其效果最好；花园式和棚架式的变化规律以及绝对值大小上都比较一致，说明两种绿化类型的降温效果基本相当；温度最高的裸屋顶和最低的地毯式的平均日温差达到5.8℃，可见地毯式的降温效果非常明显。

　　图 9 不同屋顶绿化类型屋顶紧贴屋面处温度日变化折线图

　　Fig 9 The temperature daily variation line chart of different roof greening types at which close to the roof

　　3.3.4 不同屋顶绿化类型顶层室内温度日变化

　　由图 10 可以看出，各种绿化类型和裸屋顶的室内温度变化趋势是一致的，各个时段的差值也基本平稳，这是因为室内本身就有一定的温度调节功能；地毯式绿化的室内日平均温度最低，为 29.6℃，裸屋顶最高，为 31.5 ℃，差值达到 1.9℃，说明地毯式屋顶绿化的降温效果最为明显；其他三种绿化类型的室内温度相当。

　　图 10 不同屋顶绿化类型顶层室内温度日变化折线图

　　Fig 10 The temperature daily variation line chart of different roof greening types' indoor

　　3.4 相同屋顶绿化类型不同位置的湿度日变化比较

　　3.4.1 花园式屋顶绿化类型屋顶不同位置湿度日变化比较

　　由图 11 可以看出，花园式屋顶绿化类型的不同位置的湿度日变化的规律是相同的，14：30 左右最低，之后有缓慢上升趋势；紧贴屋面处湿度最高，低层植物顶端处次之，1.5m 处和最低，其原因是植物的光合作用和蒸腾作用增加了湿度。

　　图 11 花园式屋顶绿化类型屋顶不同位置处湿度日变化折线图

　　Fig11 The daily humidity change line chart at different position of garden type roof greening

　　3.4.2 棚架式屋顶绿化类型屋顶不同位置湿度日变化比较

　　由图 12 可以看出，棚架式屋顶绿化类型的不同位置的湿度日变化的规律和花园式很相近， 14：30 左右最低，之后有缓慢上升趋势；紧贴屋面处湿度最高，低层植物顶端处次之，1.5m 处和最低，原因是植物的光合作用和蒸腾作用增加了湿度。

　　图 12 棚架式屋顶绿化类型屋顶不同位置处湿度日变化折线图

　　Fig12 The daily humidity change line chart at different position of frame type roof greening

　　3.4.3 地毯式屋顶绿化类型屋顶不同位置处湿度日变化比较

　　由图 13 可以看出，在地毯式屋顶绿化中，紧贴屋面处的最高，低层植物顶端处次之，然后是室内和 1.5m 处；地毯式屋顶绿化的植被覆盖度很高，植物的光合作用和蒸腾作用更加明显，所以地毯式屋顶绿化的紧贴屋面处和低层植物顶端处的湿度远远高于室内和1.5m处的湿度。

　　图 13 地毯式屋顶绿化类型屋顶不同位置处湿度日变化折线图

　　Fig13 The daily humidity change line chart at different position of carpet type roof greening

　　3.4.4 盆花式屋顶绿化类型屋顶不同位置湿度日变化比较

　　由图 14 可以看出，盆花式屋顶绿化中，1.5m 处和室内的湿度变化规律和高低基本上都是一样的；由于盆花式植被覆盖度低，太阳直射屋面，所以紧贴屋面处的湿度变化剧烈，最低达到 20％，接近裸屋顶的湿度，受此影响，低层植物顶端处的湿度也很低，并且走势和紧贴屋面处基本一致。

　　图 14 盆花式屋顶绿化类型屋顶不同位置处湿度日变化折线图

　　Fig14 The daily humidity change line chart at different position of potted-flower type roof greening

　　3.4.5 裸屋顶不同位置处湿度日变化比较

　　由图 15 可以看出，在裸屋顶中，室内和 1.5m 处的湿度基本相同，室内稍稍高一点，紧贴屋面处则变化剧烈，中午 12：30 以后开始下降并保持低水平，这说明裸屋顶在根本就不存在保湿的功能。

　　图 15 裸屋顶不同位置处湿度日变化折线图

　　Fig15 The daily humidity change line chart at different position of bare roof

　　3.5 不同屋顶绿化类型相同位置的湿度日变化比较

　　3.5.1 不同屋顶绿化类型屋顶 1.5m 处湿度日变化

　　由图 16 可以看出，4 种屋顶绿化类型和裸屋顶的 1.5m 处的湿度变化一致，在 14：30达最低后缓慢上升；因植物覆盖状况不同，蒸腾作用各异，花园式、棚架式、地毯式的空气湿度明显高于盆花式和裸屋顶。

　　图 16 不同屋顶绿化类型屋顶 1.5m 处温度日变化折线图

　　Fig 16 The humidity daily variation line chart of different roof greening types at 1.5 meters high

　　3.5.2 不同屋顶绿化类型屋顶低层植物顶端湿度日变化

　　由图 17 可以看出，花园式、棚架式和地毯式的低层植物顶端处的湿度相差不大，变化规律也相同，盆花式则相对较低，说明盆花式绿化在保湿方面功能比较不够。

　　图 17 不同屋顶绿化类型屋顶低层植物顶端处湿度日变化折线图

　　Fig 17 The humidity daily variation line chart of different roof greening types at the top of the lower plants

　　3.5.3 不同屋顶绿化类型紧贴屋面处湿度日变化

　　由图 18 可以看出，花园式、棚架式和地毯式的紧贴屋面处的湿度相差不大，变化规律也相同，盆花式则相对低很多，说明盆花式绿化在保湿方面功能比较不够；而裸屋顶最差，说明屋顶绿化的对保湿的重要性。

 

　　图 18 不同屋顶绿化类型紧贴屋面处湿度日变化折线图

　　Fig 18 The humidity daily variation line chart of different roof greening types at which close to the roof

　　3.5.4 不同屋顶绿化类型顶层室内湿度日变化

　　由图 19 可以看出，花园式、棚架式和地毯式的室内的湿度相差不大，变化规律也相同，盆花式和裸屋顶则相对较低，变化情况一致，说明盆花式绿化对顶层室内湿度影响不大。

　　图 19 不同屋顶绿化类型顶层室内湿度日变化折线图

　　Fig 19 The humidity daily variation line chart of different roof greening types indoor

　　4 结论与讨论（Conclusion and discussion）

　　（1）植被屋面对环境的降温作用明显，而且以晴天最明显。同时，不同结构和覆盖层的屋面，其降温效果是不同的。本研究表明，绿化屋面与裸屋面相比，其表面温度比裸屋面低，并且随着植物覆盖种类的不同，其降温效应也有差异。总结本研究结果可知，在4种不同的绿化类型中，地毯式绿化类型因植被覆盖度高，覆盖均匀，其降温效果最为明显，花园式和棚架式相当，而盆花式则较差。

　　（2）植物的蒸腾作用需要蒸发大量水分，在降低周围环境温度的同时也增加了空气中的相对湿度。本研究中有绿化的屋面在各个位置处的湿度都明显高于裸屋面，但是由于各种绿化类型所选用的植物种类、方式不同，在增加空气湿度方面的效果也不相同。总体看，地毯式最好，花园式和棚架式相当，盆花式较差，和降温的规律基本一致。

　　（3）屋顶绿化隔热效应在城市节能减排上有重要意义。节约能源是国家一直提倡的政策，尽管只有1℃之差，但是意义深大。以1 台1.5 匹的分体式空调机为例，如果温度提高1℃，按照每天运行10h 计算的话，可以节能0.5kW·h 电，而调高1℃室温，人们所能感受到的舒适度并不会降低。广州夏季开空调时间为3～4个月，按照100d 计算，每户屋顶绿化的受益者将节省50kW·h 电的费用支出。

　　（4）综上所述，几种屋顶绿化类型都产生了显著的降温隔热效应，其中地毯式最佳，花园式和棚架式相当，盆花式较差。地毯式具有覆盖率高、建造成本低、维护简单、安全等特点，更为突出的是，其降温隔热效应最好，所以是值得大力推广应用的一种屋顶绿化类型。

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