屋顶绿化是改善城市环境的有效途径之一，绿化后的屋顶，由于植物本身对太阳辐射的反射和遮挡作用，造成绿化屋面与水泥屋面的差异，这种热力或动力差异, 首先通过垂直方向的湍流交换和辐射传递过程, 把下垫面的特征量输送到上方气层, 从而改变近地层的温、湿特征和风速分布, 通过背景风场和热力环流的平流输送及其他间接作用，改变该地区的气候要素场，进而改善城市气候(骆高远，2001)。研究表明，屋顶绿化对于改善城市环境有着积极的作用(Cheong et al., 2003; Onmura et al., 2001)。通过屋顶绿化，最大程度可降低屋顶表面温度15 ℃、室温2.0~2.4 ℃(财团法人都市绿化技术开发机构，2004)。同时，屋顶绿化可以抑制建筑物内部温度的上升，增加湿度，防止光照反射、防风，对小环境的改善有显著效果(Elean, 1998)。而绿化场地周围的若干“小气候改善”的交叉作用使城市整体的气候条件得以改善，针对日益严重的“城市热岛”，屋顶绿化是一条有效的解决途径(Niachou, 2001)。

1 测试方法及仪器 1.1 测点分布

本试验在清华大学超低能耗示范楼进行，屋顶绿化于2005年4月20日完成，植物经一段时间的恢复生长，于2005年7月—2006年3月测定不同屋面温度的分布，分别在距植被屋面的不同高度布置测点，同时依据植物的高度不同、不同季节的特点，设定其边界的高度。分别以7、9、1、3月代表夏季、秋季、冬季、春季，以植被屋面外部表面为起点，试验测点分布情况如下：在夏季、秋季：分别于景天类试验区在距离植被屋面的5~10 cm; 宿根花卉试验区在距离植被屋面5~15 cm，小灌木试验区在距离植被屋面5~25 cm布置测点，覆土屋面、水泥屋面的测点分布为5~25 cm。冬季、春季：分别在植被屋面为距离屋面-5~10 cm，覆土屋面、水泥屋面为距屋面0~10 cm安排测点。以上测点距离间隔为5 cm，同时以距离屋面1.5 m处测点代表环境温度。本研究所指的表面温度是指距离屋面5~25 cm高度内的平均温度。

1.2 测试仪器

试验仪器为锦州阳光科技发展有限公司(原锦州322研究所)生产的TRM-ZS1气象生态环境监测系统，共4套。每套监测系统包括记录仪1台，温湿度传感器15个，风速传感器5个。温度测量范围为-40~125 ℃，精度为±0.1 ℃，分辨率为0.1 ℃；环境湿度测量范围为1%~99%RH，精度为±0.2%RH，分辨率为0.5%RH；风速测量范围为0~60 m·s^-1，精度为±(0.5+0.03V)m·s^-1(V为实际风速)，分辨率为0.1 m·s^-1，启动风速≤0.5 m·s^-1。

1.3 气象状况

试验分别选择在2005年7—10月、2006年1—3月进行，这一时期太阳辐射强度大，天空散射相对很小，辐射效果显著，为北京地区典型的季节特点。同时，为减少相邻区域的影响，选择在晴朗无云，风速低于0.4 m·s^-1的天气进行测试。

1.4 试验数据的统计方法

植被屋面的温度是用整个季节里各种植被类型的屋面不同高度测点温度的平均值来表示，即在统计对于不同类型绿化屋面表面温度的平均值代表植被屋面的平均温度。水泥屋面、覆土屋面温度也是利用其不同测点温度的平均值来表示。

2 结果与分析

植被屋面与覆土屋面、水泥屋面的表面温度分布状况存在着本质的不同，由于植物叶面对于太阳辐射的反射和遮挡作用，使得活动面提升到叶面高度附近，从而改变了屋面附近的温度分布，由于这种下垫面性质的差异，使植被屋面具有显著的降温效果。

2.1 不同屋面表面温度的日变化

在不同季节温度的测试中，分别选取了所测定的一个月中具有代表性的晴天日的温度分布特点来说明不同屋面的表面温度的日变化特点。

2005年7月19日，9月17日2个晴天不同屋面的表面温度的变化，用以代表夏季、秋季的绿化屋面的温度分布特点。一天中随着太阳辐射的变化，气温成规律性变化，水泥屋面、覆土屋面以及植被屋面的温度也随气温的变化而变化。从图 1可以看出，从0:00—8:00，三者温度处于一个平缓阶段，植被屋面的降温效果并不明显，差值在1 ℃左右。此后，植被屋面即开始表现其良好的降温的效果，由于水泥屋面的热容量最小，因此升温最快，到达12:00时，出现三者温差的最大值，差值为4 ℃，此后到16:00绿化屋顶温度变化不大，水泥屋面的变化剧烈，升温迅速。覆土屋面的效果正好处于二者之间，并且在16:00左右，二者之间有温差最大值。此后的时间里随着气温的降低，二者的温差减小。

综上所述，夏季，绿化屋顶形成的温度的日变化，跟太阳辐射有着密切的关系。随着太阳辐射的增大，气温升高，水泥屋面、覆土屋面以及绿化屋面的表面温度均升高，但由于热容量的不同，水泥屋面的温差最大，绿化屋面的变化最小。屋顶绿化后，其全天温度曲线分布平缓，而水泥屋面变化剧烈，所引起的热效应的降低并不是在全天的所有时段，而是在一天中8:00以后开始的，随着时间的推移，在午后达到最高值，即此时的降温效应最明显。从此时开始，无论气温还是降温效果均处于一个平稳的阶段，从16:00开始，气温开始下降，绿化屋顶的降温速度慢，并可以在以后的时段里，气温、水泥屋面温度逐渐下降，植被屋面的表面温度处于稳定状态，可以形成良好的冷却面。这不仅可以降低环境温度，而且对于建筑物屋面也有保护作用。

2006年1月17日，3月31日的温度日变化曲线，用以代表冬季、春季的绿化屋面的温度分布特点。结果表明，与夏季的降温效果一样，冬季屋面的温度分布也与太阳辐射密切相关。但是，其表面温度的分布以及保温效果的发挥有其自身特点。外界气温较低时，如在寒冷的冬季(1月17日)，只有从12:00—15:00绿化屋面的温度高于气温；但是，随着季节的推移，外界气温的升高，这种增温作用的持续的时间不断延长。分别为10:00—16:00、9:00—17:00、9:00—21:00，因此绿化屋面的保温作用是一个长期的效应，而其作用的发挥也是一个长效的过程。

其次，在这种日变化的过程中，冬季覆土屋面温度分布始终高于绿化屋面，这可能是由植物和土壤所形成的屋面系统含水量高于覆土屋面，从而降低其表面温度，关于这个问题仍需进一步研究。

综上所述，屋顶绿化对屋面起到隔热保温的作用，没有覆盖的屋顶要接受夏季日光暴晒和冬季冰雪侵蚀，屋顶结构表面要耐受较大的温度变化，经常的冷热变化会破坏建筑的屋顶结构。经过屋顶绿化后，大部分太阳辐射热量消耗在水分蒸发上或被植物吸收。

2.2 不同屋面温度的季节变化

1) 不同屋面平均温度的季节变化  夏季水泥屋面的平均温度为29.4 ℃，植被屋面为26.1 ℃，差值为3.3 ℃；秋季水泥屋面为23.4 ℃，植被屋面为21.0 ℃，差值为2.4 ℃，因此，随着季节的推移，外界温度的降低，植被屋面的降温作用随之下降，但其温度仍然低于水泥屋面。水泥屋面、覆土屋面、植被屋面与气温，在夏季(7月)差值依次为0.3 ℃，0 ℃，-2.6 ℃；秋季(9月)差值依次为0.2 ℃，0.3 ℃，-2.3 ℃。由此差值可以看出，2个季节中植被屋面对气温的表面温度的降低的差异不大，但不同屋面的差别减小。

从整个冬季的平均气温看，植被屋面的温度明显高于水泥屋面，而从图 2，3的日变化中可以得出，冬季屋顶绿化的保温作用并不表现全天的所有时间，而是一个累积的过程。在温度较低的时段，植物与土壤形成的系统能够很好地保存热量，防止热量的散失，因此其土壤温度保持一个相对恒定的状态。而水泥屋面由于其表面性质的特点，温度变化剧烈，因此，温度较低的冬季，植被屋面除了可以提供植物安全越冬的环境外，还可以部分地代替建筑的保温层，起到提高室内温度、保护建筑结构的作用。而春季，气温回升，植物开始生长，绿化屋面的温度仍表现高于气温。

由于平均温度难以表现其温度分布的详细特点，图 4描述了不同季节的不同时段各屋面温度与气温差值的变化，水泥屋面、覆土屋面、植被屋面的温度分布特点是随着太阳辐射的不同，随着时间的变化成规律的变化。由图 4可知：在不同季节，不同屋面覆盖物的表面温度与空气温度的差值，从各曲线的变化趋势看，绿化屋面的温度在各季中始终低于空气温度，且随着气温的降低，这种作用也随着减弱。水泥屋面全年温差变化幅度较大，这种较大幅度的波动对于气温还是建筑物都起着负面的作用。

在整个冬季，绿化屋面的表面温度处于近似稳定的状态，这给植物根系的休眠以及安全越冬提供了保障。

2) 各季(代表月)平均温度差值的变化  图 4是在四季中，不同时间的覆盖物屋面与空气温度的平均值的差值，由图可以看出：夏、秋两季，由于气温高、太阳辐射强度大，绿化屋面表现出良好的降温作用，并且在一天中是呈规律性的变化。而在冬季，绿化屋面表面温度与气温的差异不大，这可能是由于太阳辐射的下降，来自表面的热量不及累积，而与环境的热交换剧烈，其次，由植物与土壤所形成的屋面系统具有保温作用，也阻止热量向环境再次的散失。因此，二者在冬季的温度差异不大。

2.3 植被屋面的表面温度分布特点

1) 植被屋面夏季温度分布特点  不同覆盖层的屋面由于其表面性质的差异，其温度的差异也较大。这种由于下垫面性质不同而造成的温度不同，屋顶绿化后，由于绿化屋面、水泥屋面以及覆土屋面物理性质的不同，对阳光的反射率也不同，加上绿色植物的同化作用及遮荫作用，使绿色屋面的净辐射量远小于未绿化的屋面，同时，绿化屋面因植物的蒸腾和蒸发作用消耗的潜热明显比未绿化的屋面大。这样就使得绿化屋面的贮热量以及地-气间的显热交换量大为减少，从而使绿化屋顶空气获得的热量少，热效应降低。因此，夏季，绿化屋面表面的日平均温度较低，而覆土屋面表面次之，最高的为水泥屋面。从表 1的一天中温度的日振幅比较可以得出：植被屋面一天中温差最大仅为4.8 ℃，水泥屋面则在10.2 ℃。因此，屋顶绿化后，植被所形成的覆盖面对于其表面温度有着良好的调节作用，温度变化幅度小；水泥屋面的温度变化剧烈。因此，植被屋面对于调节温度，保护建筑物表面有着积极的作用。

同时，盛夏时节的持续高温是影响人们正常工作的重要原因，植被屋面对于减少高温的持续时间有积极作用。表 1对2005年7月4日的高温持续时间的统计。水泥屋面大于35 ℃的温度持续8 h，而植被屋面只有1 h，而低于30 ℃的时间长达17 h。这在盛夏季节对改善周边环境和提供人们休息环境有着积极的作用。

2) 植被屋面冬季温度变化特点  绿地对于环境的变化有良好的调节作用，屋顶绿化也有同样的效果，而且绿地对环境的影响是有范围的，关于绿化屋面的影响的范围目前还没有明确的结果，本试验对绿化屋面的-5 ~10 cm高度的温度分布作了测定。结果如图 5所示：随着高度的增加，温度逐渐下降。在1 2:00—14:00，气温的升高，温度的差值表现最大，随后一直处于下降状态。图 5是不同时间的绿化屋面温度随高度的变化。

3 结论

1) 绿化屋面与其他屋面相比，其表面温度比其他屋面低，这种降温效应在炎热的夏季午后的高温时段最为明显。在酷热的夏季，这种绿色覆盖面的形成，不仅可以降温，还可以给人以视觉上的舒适感。随着季节的推移，太阳辐射的变化，外界温度的降低，降温效果也随之减弱。

2) 从整个冬季的平均气温看，植被屋面的温度明显高于水泥屋面，冬季屋顶绿化的保温作用并不表现在全天的所有时间，而是一个累积的过程。在温度较低的时段，植物与土壤形成的系统能够很好地保存热量，防止热量的散失，因此其土壤温度保持一个相对恒定的状态。而水泥屋面由于其表面性质的特点，温度变化剧烈，因此，温度较低的冬季，植被屋面除了可以提供植物安全越冬的环境外，还可以部分地代替建筑的保温层，起到提高室内温度、保护建筑结构的作用。而春季，气温回升、植物开始生长，绿化屋面的温度仍表现高于气温。

3) 由于试验条件的限制，本研究只对不同屋面的25 cm处的表面温度的分布特征进行研究，旨在研究对于不同的下垫面屋面的特性，所引起的外界小环境的温度分布特征。对于不同绿化材料的降温特点，以及植被屋面内部微环境的变化需进一步地研究。