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新课题的研究江苏海安高级中学
“苗圃计划”课题论文暨结题报告
《对海安高级中学校园行道树不同绿化树种降温增湿效应的研究》
学校江苏省海安高级中学
组长李凌蔚
组员张昊崔旻昊任杰
导师周洵
时间2014/11
摘要
校园的优美环境可以陶冶学生情操,净化心灵,还可以舒缓压力,启发思维,激发灵感。
那么校园内行道树的选择就显得尤为重要。
行道树可以进行光合作用,吸收二氧化碳,放出氧气,树叶表面还可以粘着浮尘,净化空气。
行道树的树冠可以阻截,反射及吸收太阳辐射,也会由于蒸发作用而吸收热气,借此调节夏天的气温,另外,林木蒸发的水分还可以增加相对湿度,使气候得以改善。
这些都是在行道树的选择时需要考虑的方方面面,但由于条件限制,我们组只针对我校行道树的降温、增湿方面做了相关的研究。
首先我们对校园内行道树的观赏价值、高度、生长环境等方面做了一些调查,大家都认为教学区是教学活动的主要场所,它必须安静、卫生、优美,在植物选择上,教学楼主建筑前,主干道两侧可多选择姿态优美,观赏价值高,寿命长,枝干高大的树种,这样才能显现出学校的特色。
于是我们采纳大部分同学的意见选择了三种大家比较熟悉的,姿态优美、枝干高大,生命力顽强、无异味的树种进行研究:
樟树、水杉、松树。
然后分别选取了七、八两个月的五个晴天,在校园行道树下测试了地表温度、地表湿度、大气温度、大气湿度,通过计算、比较,得出结论:
(1)行道树下的温度和湿度都要比地表温度和地表湿度低,三种树都有降温增湿效应;
(2)三种树的降温增湿效应中午时段更为明显;(3)从降温增湿的效应来看,香樟比雪松和水杉的效果要好。
关键词:
绿化树种降温增湿地表温度地表湿度树下温度树下湿度
目录
第一章初课题1
第一节开题的思考与搜寻1
1.开题的思考1
2.了解自己心仪的专业1
3.对研究课题方向的看法2
第二节着眼于校园行道树的选择3
1.问卷调查及结果分析3
2.发现问题4
第二章新课题
第一节缩小范围,着眼于校园行道树的降温增湿效应的研究5
1.外校行道树给我们的启示5
2.学校的现状5
3.确立最终研究内容5
第二节具体实施过程6
1.选择树种6
2.观测区基本情况8
3.研究方法8
第三节研究结果与分析10
1.不同绿化树种降低大气温度效应10
2.不同绿化树种降低地表温度效应11
3.不同绿化树种增加大气湿度效应13
4.结论14
附:
项目心得
第一章初课题
第一节、开题的思考与搜寻
1、开题的思考
同济大学“苗圃计划”的推出,目的在于让一些优秀高中生尽可能摆脱高中的应试教育,腾出一定时间从事自己真正有兴趣的学科。
如果这一计划顺利实施,一批好的学科苗子就能提前冒出来。
同济在中学里建“苗圃基地”,希望能让一些学科专业和中学第二课堂对接起来,让学生有机会了解和提前接触大学的学科和专业。
我们十分有幸能参加了这次“苗圃计划”活动,是两校的领导和老师们的关爱,给予了我们参加学习的机会。
我们对此次活动满怀热情,十分向往同济大学。
我们都十分喜爱理化学科,对理化实验非常投入,对建筑规划、土木工程技术兴趣浓厚。
我们将始终如一地保持这份热情,在完成高中基本课程学习的同时,全身心地开展研究活动,努力克服各种困难,在老师们的精心指导下,力争取得实质性的成果。
2、寻找合适的课题
在明确了这次活动计划的目的之后,我们又犯难了:
可以研究的课题项目实在是太多了,应该从什么地方着手呢?
在小组成员和其他同学建议的基础上,我们请教了相关老师,最终决定将自己研究的重点放在与大学专业有关的,并且在自己能力范围之内的内容上。
然后通过在网上查找资料和咨询身边家长了解了若干专业,重点了解我们小组成员比较向往的城市规划专业和土木工程专业:
城市规划专业主要是城市规划、城市生态与环境保护、城市交通、城市市政工程规划、区域规划等的基础理论和基本知识,受到城市规划设计等基本训练,掌握城市规划、城市设计和城市规划管理的基本能力,并能参与以城市作为研究对象的设计工作,城市社会与经济发展规划、区域规划、城市开发、房地产筹划以及相关政策法规研究等方面工作的城市规划学科高级工程技术人才。
土木工程专业课程培养掌握各类土木工程学科的基本理论和基本知识,能在房屋建筑、地下建筑、道路、隧道、桥梁建筑、水电站、港口及近海结构与设施、给水排水和地基处理等领域从事规划、设计、施工、管理和研究工作的高级工程技术人员。
3、对研究课题方向的看法
通过了解我们都比较喜欢的城市规划专业和土木工程专业后,我们发现道路规划设计也是城市规划的一个重要的组成部分,于是我们选定了一个重点研究对象,那就是“行道树的规划”。
再加上小组成员都认为我们海安行道树的规划存在很大问题,有的行道树间距太大或树冠太小,遮不住炎热的太阳;有的行道树寿命短或树干太细,不长时间就要更换;有的行道树有异味,不利于环境保护;有的行道树容易滋生害虫,不利于管理;有的行道树降温效果不明显,不能发挥行道树应有的作用等等。
考虑到整个课题项目的可行性和实用性,我们最终敲定了自己的研究方向。
接下来的工作才终于有了明确的目的性。
第二节着眼于校园行道树的选择
1.问卷调查和结果分析
确定课题之后,我们小组成员分别在医院、电影院、学校、社区等地方进行问卷调查,并对调查结果进行分析。
问卷调查表
1.您的年龄?
10~25岁□26~55岁□55岁以上□
2.您认为在城市行道树栽种时应当如何选择树种?
常绿树□落叶树□常绿树与落叶树合理搭配□
3.您认为城市行道树的株间距离以多少米为宜?
2~3米□4~5米□6~7米□
7米以上□不确定,依树种而定□
4.您心目中理想城市行道树的高度为多少米?
3~5米□6~8米□8米以上□
5.您比较喜欢的城市行道树有(可多选)
6.您认为城市行道树对生活的影响(可多选)
改善城市形象□提高城市竞争力□提高居民幸福感□
提高空气质量□降低噪音污染□发展旅游产业□
结果分析表
1.10~25岁(11人)26~55岁(9人)55岁以上(4人)
2.常绿树(6人)落叶树(2人)常绿树与落叶树合理搭配(16人)
3.2~3米(8人)4~5米(8人)6~7米(2人)
7米以上(2人)不确定,依树种而定(4人)
4.3~5米(13人)6~8米(5人)8米以上(4人)
5.
6.改善城市形象(18人)提高城市竞争力(3人)提高居民幸福感(12人)
提高空气质量(22人)降低噪音污染(20人)发展旅游产业(5人)
2.发现问题
(1)大部分树种即使附上照片,行人依旧不认识,且有部分行人对几种树种完全不了解,他们对行道树的选择比较盲目。
因此这样的调查没有多少科学依据,大部分也不切合实际。
(2)不同地区因地理位置、工作对象、附近环境等的不同,对行道树的要求也有所不同。
如学校、医院。
海安城里学校的面积大一些,楼间距相对宽一些,而医院的面积相对就要小一些,它没有像操场这样大的活动场地,所以对于行道树的间距和高度等要求就不一样。
(3)课题选择的方向是对的,但涉及到的范围太大了,难以实现。
再加上同济大学教授的中期检查指导,我们组成员都觉得这个课题一定要缩小范围,切入口要小。
第二章新课题
第一节缩小范围,着眼校园行道树的降温增湿效应的研究
1.外校行道树给我们的启示
恰逢今年七月份去扬州参加数学竞赛培训,我们发现邗江中学的绿化和我们学校的差异很大,他们的行道树大部分是枝干高大、树荫较大、寿命较长的树木,虽然我们学校也有类似的树木,但还有很多跟他们不太一样的树种。
到底是哪种树木更适合学校行道树呢?
小组成员不禁眼前一亮,我们可以把研究范围缩小到校园,这是与我们的学习、生活联系最紧密的地方,而且高中生对树种方面的知识要比一般的老百姓可能要多得多。
2.学校的现状
我们学校的行道树品种较多,有水杉、香樟、松柏、合欢、梧桐等,每种树上还挂有标签,树种可认。
另外,我们学校最近在修建一些建筑,势必会影响到行道树,同时学校还在翻建操场,所以基于这样的情况,我们小组决定把研究范围缩小到我们学校,同时,也可以通过我们的研究,向学校在行道树的规划方面提出一些合理化的建议。
3.确立最终研究内容
行道树可以进行光合作用,吸收二氧化碳,放出氧气,树叶表面还可以粘着浮尘,净化空气。
行道树的树冠可以阻截,反射及吸收太阳辐射,也会由于蒸发作用而吸收热气,借此调节夏天的气温,另外,林木蒸发的水分还可以增加相对湿度,使气候得以改善。
有了这样的行道树,校园的空气得到净化,环境得到优化,可以陶冶学生情操,净化心灵,还可以舒缓压力,启发思维,激发灵感。
那么校园内行道树的选择就显得尤为重要。
行道树的选择可研究的范围很广泛,需要考虑方方面面,如树种的高度、树种的寿命、树种的气味、树种的降温效果等,由于条件限制,我们组在不需要花费太多资金,不需要花费太多时间的原则下,决定针对行道树的降温、增湿效应方面做一些研究。
第二节具体实施过程
1.选择树种
首先我们对校园内行道树的观赏价值、高度等方面做了一些调查,采访了学校二十名老师和同学,同时对调查结果做了详细的分析。
校园行道树的选择问卷调查表
1.下列树种中您比较熟悉的有(可多选)
垂柳()银杏()榆树()松树()香樟()水杉()
合欢()槐树()梧桐()白玉兰()白杨树()
大叶女贞()黄连木()悬铃木()
2.下列树种中您认为比较有观赏价值的有(可多选)
垂柳()银杏()榆树()松树()香樟()水杉()
合欢()槐树()梧桐()白玉兰()白杨树()
大叶女贞()黄连木()悬铃木()
3.您认为在校园行道树栽种时应当如何选择树种?
常绿树()落叶树()常绿树与落叶树合理搭配()
4.您心目中理想校园行道树的高度为多少米?
3~5米()6~8米()8米以上()
5.您认为校园行道树对你在学习、生活方面有哪些影响(可多选)
改善学习环境()降低噪音污染()舒缓学习压力()净化校园空气()
遮荫避暑()提供了适宜的活动空间()
6.你会选择具有什么特点的树种作为校园行道树?
(可多选)
姿态优美()寿命长()枝干高大()生命力强()虫害少()
移栽容易成活()无异味()
7.下列树种中你认为适合作为校园行道树的有(可多选)
垂柳()银杏()榆树()松树()香樟()水杉()
合欢()槐树()梧桐()白玉兰()白杨树()
大叶女贞()黄连木()悬铃木()
校园行道树的选择问卷调查结果分析表
1.垂柳(20人)银杏(7人)榆树(9人)松树(12人)
香樟(13人)水杉(14人)合欢(3人)槐树(8人)
梧桐(10人)白玉兰(6人)白杨树(7人)
黄连木(0人)悬铃木(0人)大叶女贞(0人)
2.垂柳(8人)银杏(6人)榆树(3人)松树(9人)
香樟(13人)水杉(8人)合欢(6人)槐树(3人)
梧桐(4人)白玉兰(6人)白杨树(5人)
黄连木(4人)悬铃木(3人)大叶女贞(4人)
3.常绿树(8人)落叶树(3人)常绿树与落叶树合理搭配(9人)
4.3~5米(4人)6~8米(14人)8米以上(2人)
5.改善学习环境(18人)降低噪音污染(12人)
舒缓学习压力(16人)净化校园空气(20人)
遮荫避暑(20人)提供了适宜的活动空间(12人)
6.姿态优美(15人)寿命长(12人)枝干高大(10人)
虫害少(20人)生命力强(9人)移栽容易成活(16人)
无异味(20人)
7.下列树种中你认为适合作为校园行道树的有(可多选)
垂柳(6人)银杏(3人)榆树(5人)松树(11人)
香樟(16人)水杉(12人)合欢(6人)槐树(4人)
梧桐(10人)白玉兰(6人)白杨树(6人)
黄连木(1人)悬铃木(2人)大叶女贞(1人)
从上面的调查结果来看,大家都认为教学区是教学活动的主要场所,它必须安静、卫生、优美,在植物选择上,教学楼主建筑前,主干道两侧可多选择姿态优美,观赏价值高,寿命长,枝干高大的树种,这样才能显现出学校的特色。
于是我们采纳大部分同学的意见选择了三种大家比较熟悉的,姿态优美、枝干高大,生命力顽强、无异味的树种进行研究:
樟树、水杉、松树。
香樟:
常绿乔木,枝叶茂密,冠大荫浓,树姿雄伟,能吸烟滞尘、涵养水源、固土防沙和美化环境,主根发达,萌芽力强,耐修剪,存活期长。
水杉,落叶乔木,喜光,耐贫瘠和干旱,净化空气,生长缓慢,移栽容易成活。
适应温度为零下8度-38度。
松树:
树姿雄伟、苍劲,树体高大、长寿。
松树对陆生环境适应性极强,它们可以忍受-60℃的低温或50℃的高温,能在各类土壤中生长,耐干旱、贫瘠,喜阳光。
2.观测区基本情况
根据随机设点的原则,在海安中学校园内进行了观测点的设置。
在校园内选取4个观测点。
第1观测点(Y1)为学校操场东边的走道,走道两边的樟树。
第2观测点(Y2)位于学校办公楼前的成排水杉底下。
水杉位于学校办公楼前,树下是生长状态较好的草坪,附近有灌木丛,水杉于办公楼之间大约4米。
第3观测点(Y3)选择从学校大门进里向西100米,嘉荫楼前主栽植的行道树,为40年生雪松。
树干高大,距离教学楼约为6米。
第4观测点(Y4)为学校内水泥路面,毫无遮挡,两边都是教学楼。
3.研究方法
试验于2014年7月19号、7月26日、8月3日、8月17日和8月24日进行,于观测日(晴天)的8:
00~20:
00间每隔2小时观测1次,各指标每次测定时重复两次,取其平均值,以作为整点的气象要素值。
测点设在行道树树冠阴影的中心,观测前8—10分钟将仪器放在观测点上。
由于条件所限,我们没有精密的测量仪器,就只能采用普通的仪器来测量4个观测点的温度湿度,目测天气状况。
利用暑期7、8月份,把每月的上、中、下旬的休息日作为观测日,每天的8:
00~20:
00每隔2小时观察记录1次。
为了解不同行道树种降温能力的大小,引入平均降温率的概念,其公式为:
其中,T为平均降温率,Ti为各时间整点对照点气温,Ti2为行道树下各时间整点气温。
为了比较不同绿化树种的增湿效应,现引入平均增湿效应的概念,其公式为:
其中,F为平均增湿效应,Fi为各时间整点对照点大气湿度,Fi2为行道树下各时间整点的大气湿度。
校园内不同绿化树种降温增湿记载表
2014年月日
地表温度
地表湿度
大气温度
大气湿度
8:
00
10:
00
12:
00
14:
00
16:
00
18:
00
20:
00
第三节研究结果与分析
1.不同绿化树种降低大气温度效应
从5次观测中可以看出,对于每次测得的整点大气温度,3种行道树下测得的值都要低于对照点水泥路面的值。
就平均气温而言,无论哪种行道树都有降低气温效应,只是它们降温幅度稍有差异。
综合5次的观测结果显示,与对照点(水泥路面相比),8:
00~20:
00间香樟平均降温率为5.7%,水杉的平均降温率为5.0%,雪松的平均降温率为了5.2%,降温效应大小为香樟>雪松>水杉(表1)。
从降温的时段来看,3个树种都是在中午12:
00~14:
00的降温效应为最大。
表1校园内不同绿化树种平均降温率(大气温度)的比较
香樟
水杉
雪松
7月19号
5.8%
5.0%
5.2%
7月26日
6.7%
5.6%
6.0%
8月3日
4.9%
4.2%
4.3%
8月17日
5.4%
5.0%
5.1%
8月24日
5.6%
5.1%
5.3%
平均降温率
5.7%
5.0%
5.2%
从表1中可以看出,3个树种降低大气温度的效应最大发生在7月26号的观测中,我们选择这一天的各个整点的大气温度来研究气温的日变化规律。
图1校园内不同绿化树种大气平均温度的日变化
从图1可以看出,从8:
00~20:
00之间四条气温日变化线都呈倒“U”字型,最大值都出现在14:
00,在14:
00前各测点温度都在随时间变化而逐步升高,测点Y1、Y2、Y3的温度分别提高了70C、8.50C、80C,各测点平均升高1.20C/h、1.40C/h、1.30C/h,,对照点温度升高了120C,平均升温20C/h。
14:
00以后,各点都在温度都在下降,到20:
00各测点大气温度都降到了最低点。
其中Y1、Y2、Y3的温度分别下降了50C、70C、6.50C,各测点平均降温0.80C/h、1.20C/h、1.10C/h,而对照点YK温度降低110C,平均降温1.80C/h。
由此可知,行道树下气温升高或降低的速率减小,气温变化幅度降低。
8:
00~20:
00间行道树下平均气温较对照点下降10C~1.20C,证明行道树具有一定的降低空气温度的能力。
2.不同绿化树种降低地表温度的效应
虽然3种行道树之间以及它们同对照水泥地面在降低大气温度方面没有显著的差异,但是在降低地表温度上却有很大的不同。
如图2,5次观测都发现3种行道树下地表温度都显著低于水泥地,但是3种行道树之间没有明显差异。
图2校园内不同绿化树种降低地表温度的变化
为了比较3种行道树降低地表温度效应的大小,我们引入平均降温率的概念,结果见表2。
5次观测结果一致表现为香樟>雪松>水杉。
平均降温率分别为了44.9%、39.8%、36.0%。
表2校园内不同绿化树种平均降温率(地表温度)的比较
香樟
水杉
雪松
7月19号
49.9
40.2
43.2
7月26日
52.6
43.7
47.3
8月3日
40.8
33.5
37.6
8月17日
39.7
32.4
34.8
8月24日
41.5
30.3
36.1
平均降温率
44.9
36.0
39.8
由图3可以看出,在8:
00~20:
00之间测点Y1、Y2、Y3与对照点Y4的地表温度都在14:
00出现最大值。
对照点Y4全天平均地表温度为32.30C,地表温度变化范围分布在280C~390C,日较差为110C。
测点Y1、Y2、Y3的全天平均温度分别为28.10C、29.10C、28.10C。
3个测点的变化范围分别是250C~320C、260C~340C、260C~33.50C,日较差分别为70C、80C、7.50C,3种行道树下的地表温度变化范围都比对照点小,日较差也比对照点小。
由此可以知道,行道树在一定程度上调节地表温度,行道树下地表温度变化也相对较缓和。
研究结果还表明,不同树种行道树在降低地表温度的变化也是不一样的。
3个树种在降低地表温度的过程中表现为香樟>雪松>水杉。
这可能与树冠的大小、叶片的密度等有密切关系。
3.不同绿化树种增加大气湿度的效应
图4校园内不同绿化树种下大气平均湿度的变化
行道树的遮蔽,除了能降低大气温度和地表温度外,还有明显地增加大气湿度的作用。
在5次测定中,3个树种下的大气湿度都明显高于对照水泥地,3种树种下的大气湿度虽然没有显著的差异,但也略有差异。
所以不同树种增加大气湿度的作用也略有不同。
从表3可以看出,不同绿化树种的增湿效应在不同的观测时期有所不同。
从5次观测的平均增湿率来看,香樟的平均增湿率要大于水杉和雪松。
它们的平均增湿率分别为香樟48.5%、水杉43.4%、雪松44.8%。
表3校园内不同绿化树种平均增湿率(大气湿度)的比较
%
香樟
水杉
雪松
7月19号
40.4
38.4
39.2
7月26号
50.7
46.2
47.4
8月3号
46.6
43.6
45.4
8月17号
48.9
40.3
42.7
8月24号
55.8
48.6
49.2
平均增湿率
48.5
43.4
44.8
由图5可知,8月24号8:
00~20:
00间空气相对湿度的变化与温度相反,曲线呈“U”字型。
4条相对湿度曲线的最小值都出现在14:
00。
14:
00前各点相对湿度都在降低,测点Y1、Y2、Y3相对湿度在6h内分别降低25%、27%、31%,最低相对湿度分别为40%、34%、31%,而Y4降低了32%,最低相对湿度达到20%。
14:
00后各点相对湿度都在升高,20:
00测点Y1、Y2、Y3和Y4相对湿度分别达到58%、50%、54%、38%。
图5校园内不同绿化树种下大气湿度的日变化
4.结论
绿化树种的树体在蒸腾释水时吸收大量热能、释放大量水蒸汽,增加空气湿度。
绿化的叶片对太阳辐射的能量吸收多而释放少,因此种植绿化树种可有效降低局部区域气温、增加空气湿度。
本文测定的结果表明,校园内3种主要的道路绿化树种具有明显的降温增湿效应、这对于改善夏季校园小气候、增加人体舒适度具有很重要的现实意义。
在三种绿化树种中,香樟的降温增湿效应最为明显,但为了体现校园绿化树种的多样性,也可适当采用其它绿化树种作为行道树。
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- 课题 研究 江苏 海安 高级中学