东京都丰岛区街道树的街道级降温效应：基于现场的微气候评估

《Arboricultural Journal》：Street-level cooling effects of street trees in Toshima Ward, Tokyo: a field-based microclimate assessment

　　

摘要
街道树有助于城市热适应，但其降温性能取决于街道形态、地表条件和冠层结构。本研究利用夏季现场测量，考察了东京都丰岛区七个街道树场地的街道级降温与增湿效应。将街道级数据与屋顶气象参考数据进行比较，并基于归一化气温与湿度差值开发了微气候影响指数（Microclimate Influence Indices, MIIs）。在街道几何条件更有利、树木冠层更大且植物面积指数（Plant Area Index, PAI）更高的街道上，降温和增湿效应更强。一般线性模型（General Linear Models, GLMs）显示，气温和相对湿度差值与时间段、地表温度及PAI显著相关。总体而言，研究结果表明街道级降温取决于冠层结构、地表条件和街道形态之间的相互作用，MII为在异质城市环境中比较微气候性能提供了有用框架。

论文解读：东京都丰岛区街道树的街道级降温效应——基于现场的微气候评估

**研究背景与意义**

随着全球变暖的加剧，城市热岛（Urban Heat Island, UHI）效应不断增强，极端高温事件日益频繁，过量热暴露对人体健康构成严重威胁。在此背景下，城市微气候规划与设计对于改善热舒适、降低极端天气期间的热应激至关重要。已有综述表明，树木的降温效能受背景气候、城市形态和树木性状共同塑造（Li et al., 2024）。实地研究也证实，街道树降温往往具有局部性和情境依赖性，例如墨尔本的研究发现降温与热舒适效应随冠层覆盖、街道峡谷几何和气象条件而变化（Coutts et al., 2016），而波特兰的研究则显示更大的街道树冠层可降低人行道气温和热暴露风险（Ettinger et al., 2024）。日本已有研究多集中于有无树木街道的对比、街道树对气流和热舒适的影响以及风场与地表温度模拟，但对东京这一建筑密集、街道布局不规则且街道树经过精细管理的城市中，多个既有街道树环境的实测行人尺度微气候研究仍然较少。

**研究目的与假设**

本研究选取东京都丰岛区为研究区域，该区是典型的混合用途城区，并配有提供适宜参考数据的屋顶气象站。研究旨在阐明在密集城区中既有街道树环境如何促进局部降温和增湿效应，并提出两个假设：街道树环境在东京不规则街道空间中可显著促成局部降温增湿效应；且该效应的强度随街道形态、铺装材料和树木特征而变化。

**主要研究方法与样本**

研究在丰岛区内选取了七条商业和住宅区街道，涵盖该区最常见的六种街道树物种：①榉树（Zelkova serrata）、②多花梾木（Cornus florida）、③南京椴（Tilia miqueliana）、④悬铃木（Platanus orientalis）、⑤染井吉野樱（Cerasus × yedoensis "Somei-yoshino"）小树、⑥染井吉野樱大树及⑦银杏（Ginkgo biloba）。其中纳入两种规格的染井吉野樱以比较不同生长和管理阶段。测量工作于2024年8月三个高温晴日（3日、10日、18日）进行，当日最高气温均高于月平均值33.6°C，相对湿度为73%–82%。连续气温和相对湿度数据通过iButton记录仪以1.2米高度附着于树干记录，时段测量覆蓋四个时间段（08:00–10:00、11:00–13:00、14:00–16:00、17:00–19:00），按顺序访问全部七个场地。风速采用Testo 440在1.2米高度测量，地表温度采用Thermo Gear G100热像仪在距树干1米处测量，叶片蒸腾速率采用SC-1叶孔计在每株树2–3片叶上测量。屋顶气象参考数据来自Climatech Corporation运营的距地面约30米固定观测站。研究还采用Ladybug Tools for Rhinoceros 3D和PLATEAU 3D城市模型评估了场地太阳辐射条件。

**研究结果**

**街道与树木生理条件**：七条街道的朝向、峡谷形式、高宽比、铺装类型和颜色以及太阳暴露情况各不相同。树木特征同样呈现显著差异，冠层大小、冠层孔隙度、PAI和叶片蒸腾速率等指标均表现出不同树木类型的结构差异。

**街道级微气候测量——微气候影响指数**：归一化温差（Normalised Temperature Difference, NTD）和归一化湿度差（Normalised Humidity Difference, NHD）的计算结果显示，微气候效应在白天峰值时段（12:00–16:00）最为显著。温度阈值设定为0.74，高于此值表示降温效应，低于表示升温效应；湿度阈值设定为0.54，高于表示干燥效应，低于表示增湿效应。①榉树和⑥染井吉野樱（大树）在白天峰值时段持续产生最强降温效应，NTD值普遍处于0.74–0.84之间。多数街道在12:30左右达到最大降温，并在15:30前后出现次级峰值，14:30左右出现明显的中午后退。⑤染井吉野樱（小树）街道的热性能时间变异性最大，从上午的适度降温转为14:30的最强增温效应（NTD=0.45），⑦银杏街道也呈现相对升温趋势（NTD=0.52）。在湿度方面，⑤染井吉野樱（小树）和⑦银杏街道持续维持较高的NHD值（0.55–0.71），表明这些街道环境相对屋顶参考明显干燥；相反，①榉树街道呈现最低的NHD值（0.33–0.5），表明其在研究街道中具有优越的保湿性能。

**风速、地表温度与叶片蒸腾**：所有场地的风速总体保持低位，日变化有限，其中⑤染井吉野樱（小树）在傍晚出现显著增大的情况。地表温度在多数场地从上午到正午或午后升高，随后向傍晚下降，⑦银杏街道最高值接近48°C，而①榉树街道总体保持最低。叶片蒸腾呈现出最清晰的日变化趋势——早晨高值随后持续下降，①榉树街道蒸腾速率始终最高，②多花梾木则在全时段最低。

**统计分析——广义线性模型**：对气温差异的Model 1检验显示，整体模型显著（F=9.587, p<0.001），时间段（F=3.728, p=0.026）、地表温度（F=5.593, p=0.027）和PAI（F=4.779, p=0.040）均有显著效应。参数估计显示，地表温度系数为正（B=0.061），PAI系数为负（B=?0.359）。Model 2额外纳入风速和太阳辐射作为稳健性检查，结果表明时间段（F=3.114, p=0.049）和PAI（F=6.443, p=0.020）仍显著，而地表温度呈边缘效应（F=3.905, p=0.062），风速和太阳辐射不显著。相对湿度模型中，整体模型显著（F=24.716, p<0.001；调整R²=0.875），时间段（F=10.008, p<0.001）、地表温度（F=14.377, p=0.001）和PAI（F=13.692, p=0.002）均有显著效应，风速、太阳辐射和叶片蒸腾不显著。地表温度系数为负（B=?0.203），PAI系数为正（B=1.353）。

**讨论与结论**

研究讨论指出，MII表明既有城市条件下的街道级降温不仅取决于树木存在与否，还取决于街道峡谷形态、地表条件和冠层结构所形成的热湿环境。⑤染井吉野樱（小树）街道具有相对较大的高宽比和高太阳暴露，⑦银杏街道以沥青铺装和较高地表温度为特征，这些条件与较强的地表蓄热和感热释放一致，有助于解释在这些位点观察到的较弱增湿和更强干燥趋势。冠层结构同样影响降温增湿性能，具有更强降温效应的街道往往拥有更高的树木、更宽的冠层和更高的PAI值，这与此前关于更大或更密冠层可通过增加遮荫和减少辐射负荷来改善人行道微气候的研究一致。统计结果进一步支持这些解释——地表温度和PAI与气温及相对湿度均显著相关，表明街道微气候由冠层介导的遮荫和地表驱动的蓄热之间的相互作用塑造。结论部分指出，MII为评估东京等异质城市环境中街道级降温增湿效应提供了有用框架；降温性能并非简单取决于树的存在与否，而是取决于冠层结构、地表条件和街道形态之间的相互作用。总体而言，街道树可对密集城区行人热舒适做出有意义的贡献，但其表现取决于所生长的更广泛街道环境。本研究的主要局限在于评估仅基于三个夏季观测日和相对较小的统计样本，可能无法完全反映季节性变异或完整的街道级热响应范围，未来研究应包含更长的观测周期和更大规模的现场测量。