《Sustainable Cities and Society》：Unveiling the Canopy Heat Trapping Effect in Green Roofs: Thermo-Dynamic Mechanisms during Subtropical Urban Heatwaves
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城市绿化屋顶在湿热亚热带地区的热性能研究及其机制分析。通过广州2022年夏季热浪期间屋顶现场试验，对比了景天科多肉植物（Sedum spp.）和八角金盘（Schefflera spp.）绿化屋顶与裸屋顶的热性能。研究发现：绿化屋顶使屋顶表面温度降低4-5℃，主要归因于更高的反照率（0.16-0.19 vs 0.10）和净辐射减少（10-15 W m-2）。但30cm高度处近层空气温度反而比裸屋顶高0.5-0.7℃，且随环境温度每升高1℃加剧0.06-0.15℃。该垂直非均匀响应被定义为“冠层热捕获效应”（CHTE），源于高温胁迫下冠层内风速降低和潜热通量减少，阻碍了冷空气向上输送。研究挑战了绿化屋顶均匀降温的常见假设，强调需综合考虑冠层通风和植物生理响应来提升热带城市热韧性。
Bingyin Chen|Zhiquan Zhu|Wanxue Zhu|Xuemei Wang|Weiwen Wang
中国广州511443，济南大学环境与气候研究所环境与气候学院
摘要
在全球变暖加速和城市热岛效应加剧的背景下，绿色屋顶（GRs）被视为缓解城市热岛效应的基于自然的解决方案。然而，其在炎热潮湿的亚热带气候下的热性能仍缺乏研究，且观察到的升温现象往往被忽视。本文通过在中国广州进行的屋顶实地实验，比较了2022年夏季热浪期间种植景天属（Sedum spp.）和苏铁属（Schefflera spp.）植物的绿色屋顶与裸露屋顶的性能。结合高频通量测量、鲍文比能量平衡计算和结构方程建模，我们分析了屋顶-树冠的热调节机制。绿色屋顶使屋顶表面温度降低了4–5°C，这归因于更高的反照率（0.16–0.19 vs 0.10）和净辐射的减少（减少了10–15 W m-2）。但在30厘米高度处，绿色屋顶上的白天树冠空气温度比裸露屋顶高0.5–0.7°C，并且当环境温度超过30°C时，这种升温现象每升高1°C会加剧0.06–0.15°C。我们将这种垂直非均匀响应称为“树冠热捕获效应”，并指出其源于热应力下树冠内风速降低和潜热通量减少，从而限制了冷空气的向上输送。这些发现挑战了绿色屋顶提供均匀冷却效果的传统观点，强调了在设计绿色屋顶以增强亚热带城市热韧性时需要明确考虑树冠通风和植物生理反应的重要性。
章节摘录
缩写表
| 缩写 | 定义 |
|---|
| Alb | 反照率 |
| Base | 裸露传统屋顶 |
| CHTE | 树冠热捕获效应 |
| BREB | 鲍文比能量平衡 |
| dAlb | 反照率差异
| dH | 显热通量差异
| dLE | 潜热通量差异
| dRn | 净辐射差异
| dT30 | 近地面空气温度差异
| dTS | 表面温度差异
| dU | 风速差异
G土壤热通量
| GR1 | 景天属绿色屋顶
| GR2 | 苏铁属绿色屋顶
| GRs | 绿色屋顶
H显热通量
LAI叶面积指数
LE潜热通量
RH相对湿度
Rn净辐射
| SEM |
材料与方法
本研究的方法框架如图1所示。首先，在一栋建筑的屋顶上安装了三种屋顶配置：裸露的传统屋顶（Base）、景天属绿色屋顶（GR1）和苏铁属绿色屋顶（GR2），并在热浪期间进行微气象观测，记录辐射、温度、风速等相关变量。然后应用鲍文比能量平衡（BREB）方法来诊断显热（H）和潜热（LE）通量，并推导出差异
绿色屋顶策略对屋顶表面温度的冷却效果
图4展示了不同类型屋顶表面温度的时间变化及其差异。在白天（当地时间06:00–18:00），裸露屋顶的温度波动明显，最高达到51°C，而景天属和苏铁属绿色屋顶的表面温度保持在25°C至35°C之间。当地时间13:00–14:00左右，裸露屋顶与绿色屋顶之间的最大温度差达到15°C，且裸露屋顶的温度全天保持较高。夜间，三种屋顶之间的温度差异
热浪下的树冠热捕获效应：证据与机制
本研究识别并机制性地解释了绿色屋顶在潮湿亚热带热浪下的树冠热捕获效应（CHTE）。我们将CHTE定义为一种矛盾的现象：虽然屋顶表面有显著的冷却效果，但这些冷却效果并未向上传递，反而与近树冠空气层的升温同时发生，且随着背景空气温度的升高，这种升温现象加剧。这种反直觉的行为源于空气动力学和蒸发的耦合限制：风速减弱
结论
本研究基于对景天属和苏铁属绿色屋顶的观测，评估了它们在亚热带热浪期间调节屋顶表面和树冠空气温度的能力，并使用统计显著性检验（SEM）量化了关键环境因素的作用。主要发现如下：（1）与传统裸露屋顶相比，两种绿色屋顶在辐射主导条件下均产生了显著的日间表面冷却效果，平均降温幅度约为4–5°C。这种冷却效果主要
CRediT作者贡献声明
Bingyin Chen：撰写——初稿、软件开发、方法论设计、数据分析、概念构建。Zhiquan Zhu：方法论设计、数据管理。Wanxue Zhu：指导、软件开发、概念构建。Xuemei Wang：撰写——审稿与编辑、指导、资源协调。Weiwen Wang：资源调配、项目管理、研究协调、资金筹集。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了广东省自然科学基金（2025A1515011913）的支持。
