The influence of vertical canopy structure on the cooling and humidifying urban microclimate during hot summer days

（Xiaoling Wang , Mohammad A. Rahman , Martin Mokroˇs , Thomas Ro¨tzer , Nayanesh Pattnaik , Yulan Pang , Yaru Zhang , Liangjun Da , Kun Song ,*）

摘要：在炎热的夏季，城市森林可以有效地缓解城市的热气。它们的降温效果很大程度上取决于植物的冠层结构，完整的冠层结构应该包括:冠层密度、水平结构和垂直结构三个方面。本研究旨在确定这些冠层结构特征对城市森林降温效果的贡献，以及它们的贡献在白天如何变化。本研究在上海环城生态公园带选择五座典型城市公园（图1），在一天的四个时间段（07:00-10:00、11:00-14:00、16:00-19:00和21:00-24:00）进行重复流动监测（共计骑行62次，耗时16天）（图2）。同时，采用无人机激光雷达和多光谱扫描系统，获取公园林地冠层结构信息。利用无人机(UAV)激光扫描仪和UAV多光谱扫描系统对每个公园进行扫描，以5 m、10 m和20 m半径缓冲尺度测量每个测量点周围的冠层结构特征。我们发现，垂直冠层结构在解释降温效应方面具有重要意义，甚至超过了中午和夜间叶面积指数和冠层覆盖引起的气温下降幅度。随着叶高多样性(FHD)的增加，降温效果先降低后增加，FHD的拐点约为0.5。一般建议在夏季选择冠层盖度高、高层冠层分布不均匀(FHD < 0.3)的场地降温效果较好。在未来的规划中，除了冠层密度和水平结构外，还必须考虑垂直冠层结构，以优化城市森林的降温潜力。

关键词：城市热岛；城市森林；降温效应；冠层结构

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2023.104841

思考： 我们的研究表明，就城市森林的降温效果而言，冠层结构是一个关键因素。LAI和冠层覆盖度对城市森林降温效果的影响根据时间而变化。垂直冠层结构在解释降温效应方面与LAI和冠层覆盖同样重要。垂直冠层结构对中午和夜间降温效应（∆AT）变化的贡献大于LAI和冠层覆盖。此外，叶片高度多样性对全天降温效果有显著影响，而LAI和冠层盖度仅在一天中的特定时间有显著影响。因此，进一步研究垂直冠层结构对优化城市森林降温效益具有十分重要的意义。基于冠层结构对降温效果的影响，本研究为城市设计师和市民提出了冠层结构建议，以最大限度地发挥上海和其他类似气候城市城市森林的降温效益。我们发现，在夏季，冠层覆盖度高、高层冠层分布不均匀(FHD < 0.3)的站点最有可能提供更好的降温效果。

延伸：利用移动监测系统收集的大量近地表气温和相对湿度数据，以及无人机-激光扫描仪和无人机-多光谱图像系统量化的冠层结构特征，我们确定了上海城市森林在夏季降温效应中的贡献。研究发现，垂直冠层结构在解释降温效应方面发挥了重要作用，甚至在正午和夜间超过了LAI和冠层盖度。在垂直冠层结构特征中，平均叶高对降温效果的影响具有时间依赖性，而叶高多样性不具有时间依赖性。随着叶高多样性的增加，当全天叶高多样性的拐点约为0.5时，降温效果先降低后增加。这说明，无论是分布不均匀、叶高多样性低的冠层，还是分布均匀、叶高多样性高的冠层，都能提供较强的降温效果。上海地区建议选择冠层覆盖度高且冠层分布不均匀(FHD < 0.3)的立地，并建议在上海选择冠层形状较宽的无患子、复羽叶栾树和榉树等树种。本研究显示了三种冠层结构特征在一天中不同时间对城市森林降温增湿的贡献，这有助于了解城市森林的降温机制，并为城市森林规划提供建议。在未来的规划中，除了LAI和冠层覆盖度所表达的冠层密度和水平结构外，还必须考虑垂直冠层结构(即平均叶高和叶高多样性)，以优化城市森林降温潜力和为人类带来福祉。

团队：低碳数字植物园

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