浙江省具有发展森林生态旅游得天独厚的条件,森林资源与客源市场的组合优势是华东地区其他省市所不具备的。在杭州地区,其森林资源和山地气候资源共同作用蕴育形成的旅游资源(简根梅等,1994),对于长三角地区开展山地休闲旅游具有极为重要的价值。社会经济的持续发展对休闲旅游提出了迫切的要求,经济发展为休闲旅游活动的开展提供了资金保障,同时都市人群在紧张工作之余需放松休闲,通过休闲旅游活动的开展可以缓解人们工作强度、避开喧嚣的闹市区和远离城市环境污染,在旅游观光地区体验大自然的各种景色,在优质的森林环境中放松心情、调节身心健康机能,促进生理与心理健康。
显然,山地气候和森林植被直接或间接影响旅游活动的开展。由于海拔、坡向等地形因子的变化,山地气候逐渐远离地带性气候的影响而产生垂直变异。森林植被的生长分布又调节了山地气候的变化幅度,改善了山地气候的质量,使得山地气候更加宜人。但是,由于地形的起伏变化和海拔的升高,山区气候具有多种类型(万绪才等,2002)。不同的小气候和天气条件,可以形成不同的自然环境和旅游观光资源(郭洁,2002;史欣等,2005)。山地小气候和天气条件既可成为旅游的独特资源,推动旅游活动的开展;同时又成为旅游活动的限制因素之一。因此,辨识山地小气候的变化域和研判山地气候对休闲旅游观光活动支撑幅度,据此可以合理安排旅游休闲度假、制定科学的旅游规划。
山地休闲旅游对山地气候和山区的森林资源具有极强的依赖性。为了衡量不同天气条件下人体舒适状况,国内外学者提出了若干种指标或舒适指数(周蕾芝等,1988;徐大海等,2000;杨成芳,2004;任健美,2004;),如基于温度和湿度组合的温湿指数、基于温度和风组合的风寒温度,以及基于太阳辐射、海拔和各种生理过程、衣着和热量传输等变量构建的人体热量平衡方程,进而导出的人体感觉温度等。上述指数在人体热舒适、生物气候条件评价、气象与健康以及城市规划等方面得到了广泛应用。临安地处长三角地区,山地和亚热带常绿阔叶林的调节形成独特的局地小气候,成为长三角都市群开展休闲旅游基础资源之一。本项研究选择杭州市区武林广场、浙江林学院东湖校区和天目山自然保护区为主要测定地点,对比分析海拔变化和森林群落结构差异驱动下的小气候差异,在此基础上说明气候舒适度在不同月份白天的持续时间,揭示临安山地旅游气候资源的时间和空间变化特征,从气候舒适度的角度研判山地气候资源的多样性(苏宏新等,1998)和对山地休闲旅游的支撑效应。
1. 研究地区概况
杭州地处浙江省西北部。地理位置位于北纬29°11′至30°34′和东经118°20′至120°37′之间。杭州地貌类型多样,从市区向西延伸至临安境内,地貌类型基本上由平原为丘陵和中低山所替代,境内最高的山峰为天目山脉的清凉峰(1787m)和西天目山的仙人顶(海拔1506m)。
杭州地处亚热带季风区,气候四季分明,冬夏季风交替明显。年平均气温15℃~17℃,全年一月份最冷,平均气温3~5℃;七月份最热,平均气温28℃~29℃。无霜期230~260d。年平均降水量1100~1600mm,以春雨、梅雨和台风雨为主。在杭州市区和近郊,夏季常常持续出现1~2个月的高温炎热期,随着海拔的升高和森林植被调控作用的加强,夏季的高温炎热期相对缩短。
杭州地区的植被属于亚热带常绿阔叶林区域,东部湿润常绿阔叶林亚区域,中亚热带常绿阔叶林,自然植被为浙西山地丘陵青冈苦槠林分区。在海拔600m以下,主要分布青冈、木荷、苦槠、青栲、紫楠、石楠、冬青、樟树等树种构成的常绿阔叶林;海拔800m以上的地段,生长分布浙江楠、细叶青冈、苦槠、小叶青冈、交让木、麻栎、青钱柳、石栎、香果树、玉兰属和多种槭树等组成的常绿落叶阔叶林;海拔1000m以上,生长分布雷公鹅耳枥、白栎、天目木姜子、锥栎、短柄枹、灯台树和领春木等树种构成的落叶阔叶矮林。低海拔山地丘陵区主要由人工林组成,如马尾松林、杉木林、竹林和各种经济林。
2. 研究方法
2.1 调查测定方法
采取两个空间序列研究海拔和森林植被类型变化驱动下山地气候的日变化特征。选择杭
州市区、浙江林学院东湖校区和天目山常绿阔叶林为代表性测点,研究中尺度空间下的气候变化特征;在天目山自然保护区内,选择毛竹群落、紫楠群落和柳杉群落为代表性测点,比较小尺度空间范围内海拔增加后山地小气候变化特征。
主要测定温度(℃)、相对湿度(%)和风速(m/s)等3个气候因子,研究杭州地区不同空间尺度下气候要素的差异和气候舒适度的变化特征。在监测期内选择晴天或多云等典型天气进行测定,每个月选择2个测定日完成两个空间序列测定工作。其中,于2005年11月和2006年4月在武林广场、东湖校区和天目山紫楠林测定相关气象要素,于2006年4月、5月、6月在天目山毛竹林、紫楠林和柳杉林测定相关气象要素。测定仪器使用温湿度计(1362 PRINTING HUMIDITY)和风速仪。从早上8:00或9:00开始持续到下午17:00,每隔1hr测定1组数据,每次分东、南、西、北和中5个方向,5个测点间隔5m。
2.2 数据处理
对测定数据计算平均值,绘制日变化曲线和不同空间梯度或不同类型森林群落之间的变化曲线,研究测定期间的气候舒适度的变化特征,说明森林植被类型和地形驱动作用下气候要素和气候舒适度的持续时间和变化差异。
3. 结果分析
3.1 武林广场、东湖校区和天目山紫楠常绿阔叶林气候要素的变化特征
选择杭州市区武林广场、浙江林学院东湖校区和天目山自然保护区紫楠常绿阔叶群落定位测定,通过分析同步测定的数据,可以研究人类的干扰强度减弱、海拔逐渐增加和森林植被结构渐趋复杂及其覆盖度不断增大的条件下,揭示杭州武林广场、浙江林学院东湖校区和天目山紫楠群落三个测点的小气候要素的空间变化特征。
3.1.1 气温的日变化特征
图1 杭州市区、东湖校区、天目山常绿阔叶林气温(a)和相对湿度(b)日变化(051122)
| 图1和图2分别显示了2005年11月22日和2006年4月30日杭州市区、东湖校区和天目山紫楠群落气温和相对湿度的日变化进程。由图1(a)可知,在测定时段早晨8:00时至傍晚17:00时之间,东湖校区和紫楠群落内的气温日变幅较大,武林广场上的气温日变幅相对较小;东湖校区气温最大值出现在12:00时,紫楠群落内的气温最大值出现在13:00时,武林广场气温最大值出现在14:00时。分析气温的日进程,可以发现紫楠群落内气温呈现波动特征,原因在于上层林冠透光空隙的空间异质性所致;而东湖校区人工构建森林群落尚未郁闭,气温日进程变化曲线较为平滑;武林广场气温日变化亦较为平缓,且在14:00时以后缓慢下降,气温处在较高的水平,原因可能与广场水泥下垫面、高楼大厦林立和散生种植乔灌木树种有关。
图2 杭州市区、东湖校区、天目山常绿阔叶林气温(c)和相对湿度(b)日变化(060430)
| 由图2(c)可知,从早8:00时至傍晚17:00时,武林广场、东湖校区和紫楠群落内气温日在11:00时出现峰值,其中武林广场和东湖校区的气温日进程相差较小;紫楠群落内气温的日变幅较大。气温峰值提前于午前11:00时出现,与当天中午12:00时多云且午后天气转阴有密切的关系;紫楠群落内气温的变幅较为显著,可能源自林地上光斑的异质性分布特点和午后天气转阴双重因素的影响。
3.1.2 相对湿度的日变化特征
由图1(b)可知,在秋末,武林广场、东湖校区和紫楠群落内的相对湿度日变化与气温日变化呈现相反的变化特征,以早8:00时和近傍晚17:00较高,中午13:00时和14:00时较低。类似气温日变化进程,紫楠群落内相对湿度日变化呈现明显的波动特点,东湖校区相对湿度据的日变化幅度较大,16:00时和17:00时的武林广场相对湿度明显低于紫楠群落和东湖校区,说明城市热岛效应在武林广场表现的较为显著。
由图1(d)可知,在夏初,武林广场、东湖校区和紫楠群落内相对湿度日变化与气温日变化呈现相反的变化特征。三个测点的相对湿度以早晚较高,其中紫楠群落内相对湿度的日变化幅度较大,谷值出现在11:00时,而武林广场的谷值出现在13:00时,东湖校区的相对湿度从10:00至16:00小幅波动在47%~55%之间。
3.2 天目山森林群落主要类型之间气候要素的差异比较
在天目山自然保护区的范围内,由山麓向上至开山老殿附近,随着海拔从400m增至
1000m附近,分别海拔递变后不同森林群落类型,测定典型天气条件下群落内小气候要素的日变化特征。
3.2.1 毛竹林、紫楠林和柳杉林内气温日变化
图3 天目山主要类型森林群落气温(e)和相对湿度(f)日变化(060429)
| 分析图3(e)、图4(g)和图5(i)可知,森林群落下层气温日变化共同特性表现为以下几点:1)三个森林群落下层气温以8:00时较低,傍晚17:00时相对较高,气温峰值出现在14:00时~15时之间,且傍晚时三种森林群落内气温相差较大,表明不同森林群落热量散失程度不同;2)气温的梯度系列与海拔驱动下的森林群落类型的空间分布序列基本一致,特别是午后13:00时以后更为典型,即气温的梯度序列为毛竹群落>紫楠群落>柳杉群落;3)由4月29日经5月20日到6月30日,气温的日变化幅度逐渐抬升。
3.2.2 毛竹林、紫楠林和柳杉林内相对湿度日变化
随着海拔的升高,相对湿度随着海拔变化所呈现的特征较为复杂。由图3(f)、图4
图4. 天目山自然保护区不同类型的森林群落内气温(g)和相对湿度(h)日进程(2006.5.20) | (h)和图5(j)可知,在4月29日和5月20日,相对湿度日变化以早晚较高,午间出现谷值;在6月30日,相对湿度变化的幅度较小且不规律;在4月29日和5月20日,紫楠群落下层的相对湿度均高于柳杉群落和毛竹群落,原因可能是沟谷地段的水蒸汽难以扩散而易于沉积在谷底。
3.2.3
图5. 天目山自然保护区不同类型的森林群落内气温(g)和相对湿度(h)日进程(2006.6.30)
| 毛竹林、紫楠林和柳杉林内风速的日变化
山地森林群落内风速的变化与海拔、地形和森林群落结构因子密切相关。分析天目山自然保护区内三种主要类型森林群落内风速测定数据,由图6和图7可知,紫楠群落内风速变化幅度最大,且在测定时段内以紫楠群落下层的风速高于其他两种类型的森林群落;在4月29日,8:00时至17:00时毛竹群落内风速为零,属静风地段,而在6月30日,8:00时至17:00时,柳杉群落内风速为零,亦属于静风地段,在5月20日,毛竹群落内风速小于0.1m/s,且波动幅度相对较小。上述三种类型的森林群落内风速的变化特征,可以从几个方面加以解释:溪流沟谷地段为天然廊道,通常风速较大,为空气流动的自然通道;林木株数密集的毛竹群落,加之分布生长在山麓地段,林内风速一般较低;虽然处在海拔较高的位置,但是坡地森林群落内的风速有时也会很低。
3.3
图7. 天目山自然保护区不同类型的森林群落内
风速日变化(2006.6.30) |
图6. 天目山自然保护区不同类型的森林群落内风速日变化(2006.4.29)(k)、(2006.5.20)(l)
| 武林广场、东湖校区和天目山紫楠常绿阔叶林温湿指数的比较
武林广场、东湖校区和天目山自然保护区紫楠群落为杭嘉湖平原、丘陵区和浙西山区常绿阔叶林的三个代表性测点。随着远离杭州市区向西推进和海拔高度的不断抬升,人为干扰强度逐渐减弱、森林植被盖度增加和群落结构愈来愈复杂,以温湿指数为指标研究比较武林广场、东湖校区和天目山自然保护区的气候舒适度的变化趋势。
图8. 武林广场、东湖校区和紫楠群落温湿指数日变化(1)(051122)、(2)(060430) | 基于温湿指数概念(Oliver,1987)和生理气候评价标准(钱妙芬等,1996),比较图8(1)和8(2)可知:在05年11月22日测定时段,13:00~16:00时武林广场的舒适指数人为感觉等级为凉,而8:00~12:00时和17:00时则为冷;东湖校区12:00~14:00时为凉其余时段为冷;紫楠群落内均为冷。与11月份测定的数据相比较,06年4月30日测定的数据分析结果显示:武林广场和东湖校区均为舒适等级;而紫楠群落内在8:00时为冷等级,9:00~10:00时和17:00时为凉等级,11:00~16:00时为舒适等级。
3.4 天目山森林群落主要类型气候舒适度的比较
森林群落内小气候受山地地形变化和森林群落结构的影响。当森林群落建群种或乔木层
优势种出现更替,群落内小气候必然会呈现相应的变化。基于综合舒适指数(廖善刚,1998),分别毛竹群落、紫楠群落和柳杉群落测定群落内气温、相对湿度和风速的日进程,计算综合舒适指数的日进程。
分析表1可知,从8:00时至17:00时毛竹群落的气候舒适等级变化特点表现为,4月29日早8:00时和14:00~17:00时为较舒适等级;5月20日午后13:00~17:00时为较舒适等级;6月30日12:00~17:00时为较舒适等级。由此说明,4月29日毛竹群落内舒适等级持续期为9:00~12:00时,5月20日提前至8:00~12:00时,6月30日提前并压缩为8:00~11:00时。毛竹群落位于山麓坡地,毛竹植株密集,群落下层通风性差,从4月到6月,随着气温的升高,群落下层舒适等级持续期愈来愈短。
表1. 天目山留椿屋毛竹群落内气候舒适度指数的日变化
|
时间 |
4月29日 |
5月20日 |
6月30日 |
|
8:00 |
4.6 较舒适 |
3.5 舒适 |
2.8 舒适 |
|
9:00 |
4.2 舒适 |
3.5 舒适 |
3.3 舒适 |
|
10:00 |
4.0 舒适 |
2.4 舒适 |
3.7 舒适 |
|
11:00 |
3.5 舒适 |
2.0 舒适 |
4.2 舒适 |
|
12:00 |
2.7 舒适 |
3.0 舒适 |
4.6 较舒适 |
|
13:00 |
3.8 舒适 |
5.8 较舒适 |
5.3 较舒适 |
|
14:00 |
5.6 较舒适 |
6.9 较舒适 |
4.8 较舒适 |
|
15:00 |
6.2 较舒适 |
6.4 较舒适 |
5.0 较舒适 |
|
16:00 |
5.2 较舒适 |
5.7 较舒适 |
5.2 较舒适 |
|
17:00 |
5.6 较舒适 |
4.7 较舒适 |
5.4 较舒适 |
表2. 天目山紫楠群落内气候舒适度指数的日变化
|