柴宗香 牛賀強(qiáng)

內(nèi)容摘要：通過(guò)實(shí)測(cè)對(duì)比莫高窟六種不同下墊面對(duì)窟區(qū)微氣候環(huán)境的影響，分析研究表明：窟前綠化采用滴灌形式的喬木林帶效果最佳；微氣流帶走了水汽，使0.2m以下區(qū)域的絕對(duì)濕度值偏低；沙地與戈壁的空氣絕對(duì)濕度與溫度關(guān)系不大；草坪與地被植物更換成沙地灌木，既節(jié)約水源又不影響其降溫效果。研究驗(yàn)證了莫高窟綠化對(duì)窟區(qū)微氣候環(huán)境的緩沖作用，并提出了窟區(qū)景觀綠化的合理建議。

關(guān)鍵詞：莫高窟；下墊面；微氣候；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

中圖分類(lèi)號(hào)：P901 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-4106（2016）03-0117-07

Abstract： This research is a comparative analysis on the influence of six different underlying surfaces on the micro-climate environment of Mogao Grottoes by in-situ test. The results are as follows： for the trees in front of the caves， the best environmental effect can be achieved by drip irrigation； micro airflow takes away water vapor， which lowers the absolute humidity of areas under 0.2 meters； the absolute humidity of sand and Gobi has little relationship with air temperature； and finally， water consuming grass plots should be replaced with local sand shrubs that can save water and will not influence cooling effects. This research has preliminarily verified the buffer effect of reforestation on the micro-climate environment of the Mogao Grottoes， and subsequently puts forward suggestions for further landscaping efforts.

Keywords： Mogao Grottoes； underlying surface； micro-climate environment； in-situ test

0 引 言

莫高窟地處敦煌盆地東南緣，東鄰三危山，西接鳴沙山，在大尺度荒漠和戈壁背景基質(zhì)上依水而建，為典型的綠洲景觀。由于荒漠、戈壁、綠化等不同下墊面影響著空氣中的物理特性，莫高窟綠洲形成其特有的微氣候環(huán)境。這種微氣候環(huán)境與窟內(nèi)的微氣候環(huán)境之間有著極強(qiáng)的聯(lián)動(dòng)性[1-5]，是引起文物劣化的重要因素[6]。張強(qiáng)等[7-8]對(duì)敦煌綠洲及周?chē)衬瓯诘年懨嫱牧魈卣?、綠洲邊緣內(nèi)外的水汽輸送特征進(jìn)行了分析；部分學(xué)者 [9-11]對(duì)綠洲、戈壁和沙漠三個(gè)不同下墊面夏季輻射和地表能量收支及閉合特征進(jìn)行時(shí)空對(duì)比分析，但這些研究綠洲測(cè)點(diǎn)僅為農(nóng)田，測(cè)試結(jié)論相對(duì)宏觀。李紅壽等[12-13]、秦全勝等[14-15]直接或間接證明莫高窟的地形地貌、水系統(tǒng)、植被等環(huán)境因子對(duì)窟區(qū)溫濕度有重要影響；馬淑靜[16]對(duì)窟區(qū)綠化的溫濕度做了簡(jiǎn)單分析，但其測(cè)點(diǎn)較少，不能有效解釋下墊面溫濕度的變化規(guī)律?；谏鲜霾蛔悖疚闹貙?duì)比窟前廣場(chǎng)、喬木林帶、戈壁、沙地、喬木+草坪、沙地灌木等六種下墊面的微氣候環(huán)境，初步驗(yàn)證莫高窟綠化對(duì)窟區(qū)微氣候環(huán)境的緩沖作用，指出合理的綠化形式，并為后期莫高窟景觀微氣候參數(shù)化設(shè)置提供模擬依據(jù)。

1 測(cè)試方案

本次測(cè)試選用儀器為臺(tái)灣群特?zé)犭娕糲enter309共2臺(tái)合計(jì)8個(gè)探頭及美國(guó)HOBO溫濕度記錄儀U-23-001共計(jì)8個(gè)。熱電偶探頭及溫濕度記錄儀分別用通風(fēng)百葉箱（外貼鋁箔膠帶）罩住，防止陽(yáng)光直射。

本次測(cè)試為24h連續(xù)加密觀測(cè)，測(cè)試時(shí)間從2015年9月21日開(kāi)始到2015年9月30日截止，觀測(cè)地段選在莫高窟窟區(qū)及周邊小部分沙地范圍，測(cè)試對(duì)象為窟前廣場(chǎng)、林帶、戈壁、沙地、喬木+草坪、沙地灌木等六種不同下墊面（圖1），測(cè)試內(nèi)容為地表溫度及不同高度（2m及以下）的空氣溫濕度。測(cè)試共分六輪，每輪兩組，每組各一臺(tái)熱電偶（4個(gè)探頭）及4個(gè)溫濕度記錄儀，布點(diǎn)方式為梯度法（圖2），測(cè)點(diǎn)位置以現(xiàn)場(chǎng)布點(diǎn)狀況為準(zhǔn)。測(cè)試間隔為15min/頻次。

2 測(cè)試結(jié)果分析

2.1 各觀測(cè)點(diǎn)溫濕度分析

基于地表與空氣的熱交換過(guò)程主要集中在距地0.2m以下的區(qū)間（圖 3），從分析熱量交換的角度出發(fā)對(duì)0.2m處的空氣溫度與地表溫度進(jìn)行比較。由于第96窟窟前廣場(chǎng)草坪修剪高度均低于0.05m，這里取0.05m處溫度為草溫[17]。1.3m高的沙地灌木在0.5m和0.2m處溫度出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象，這里取0.2m處溫度為灌木溫度。為直觀解釋大氣中的水汽與溫度的變化關(guān)系，本文將不同高度處的空氣相對(duì)濕度換算為絕對(duì)濕度值。測(cè)試結(jié)果如下：

（1）在研究地表溫度對(duì)空氣溫度的影響中發(fā)現(xiàn)：窟前廣場(chǎng)上午對(duì)0.2m處空氣有降溫作用，下午及夜間為增溫；林帶、戈壁、沙地等三種下墊面對(duì)0.2m處空氣白天為增溫作用，夜間為降溫；喬、草結(jié)合的綠化形式（0.05m處草溫）對(duì)0.2m處空氣無(wú)論何時(shí)均有降溫作用；沙地灌木（0.2m處灌木溫度）對(duì)0.5m處空氣在午后及夜間均有降溫作用。

（2）在研究空氣溫度與絕對(duì)濕度的極值闊線(xiàn)（圖3）中發(fā)現(xiàn)：無(wú)論何時(shí)，0.15m處空氣絕對(duì)濕度均小于0.2m處空氣絕對(duì)濕度；0.2m處與0.15m處溫差越大，這兩處的絕對(duì)濕度差值越大，溫差越小，絕對(duì)濕度差值越小。初步推測(cè)這種現(xiàn)象是由于溫度差引起的微氣流帶走了該區(qū)域的水汽，使其絕對(duì)濕度降低。

（3）在研究空氣溫度與絕對(duì)濕度的變化趨勢(shì)（圖4）中發(fā)現(xiàn)：窟前廣場(chǎng)、滴灌喬木林帶、喬木+草坪、沙地灌木等四種下墊面的絕對(duì)濕度與溫度呈正相關(guān)；沙地與戈壁的絕對(duì)濕度與溫度關(guān)系不大。沙地與戈壁表面過(guò)于干燥，即使溫度再高，地表蒸散量有限，其潛熱過(guò)程可以忽略，地表面熱量平衡過(guò)程中感熱通量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。這也是沙地與戈壁晝夜溫差較大的主要原因。

2.2 不同下墊面溫濕度比較

基于1.5m處空氣溫度對(duì)人體的熱舒適影響較大，且0.2m—1.5m處溫度波動(dòng)不大，這里選擇各下墊面地表溫度與1.5m（部分測(cè)點(diǎn)為1.4m）處空氣溫度進(jìn)行比較。六輪測(cè)試中：窟頂戈壁23日23：15—24日14：15數(shù)據(jù)缺失，窟前喬木林帶24日5：30-24日9：15數(shù)據(jù)缺失；29日日間晴、夜間有雨、30日早晨有降雪，故而認(rèn)為沙地灌木與戈壁C測(cè)點(diǎn)的有效數(shù)值從29日14：00開(kāi)始，29日23：45截止；其余四輪測(cè)試時(shí)間均超過(guò)24h。測(cè)試結(jié)果如下。

（1）與戈壁C同等高度處的溫度相比，1.3m高的沙地灌木分別在地表位置、0.1m和0.2m處降低了2.8℃、0.8℃和0.7℃，而對(duì)0.5m及以上的空氣溫度基本無(wú)影響；沙地灌木0.5m處與0.2m處空氣溫度出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象（圖5），兩者相差1.5℃左右；沙地灌木絕對(duì)濕度均高于戈壁，這與灌木的蒸騰作用有關(guān)。

（2）不考慮沙地灌木：?jiǎn)棠?草坪溫度最為穩(wěn)定，空氣絕對(duì)濕度高但波動(dòng)幅度大；林帶溫度相對(duì)穩(wěn)定，絕對(duì)濕度的平均值大于窟前廣場(chǎng)，波動(dòng)幅度則小于窟前廣場(chǎng)；戈壁與沙地的晝夜溫差大，絕對(duì)濕度接近，戈壁絕對(duì)濕度波動(dòng)幅度大于沙地（圖6）?？梢?jiàn)，莫高窟水系統(tǒng)的潛熱交換過(guò)程使莫高窟窟區(qū)溫度趨于穩(wěn)定。

3 結(jié) 論

測(cè)試研究表明窟區(qū)綠化對(duì)保護(hù)區(qū)整個(gè)賦存環(huán)境的過(guò)渡緩沖作用，得出結(jié)論如下：

（1）莫高窟水系統(tǒng)的潛熱交換與喬木的遮陰、擋風(fēng)作用共同決定了喬、草結(jié)合的綠化形式最利于窟區(qū)微氣候環(huán)境趨于穩(wěn)定，但從節(jié)水及防止窟前林帶灌溉水測(cè)滲的角度[12-15]出發(fā)，窟前綠化采用滴灌形式的喬木林帶效果最佳。

（2）各下墊面與空氣交換過(guò)程主要集中在0.2m以下的區(qū)域，且0.15m處空氣絕對(duì)濕度始終小于0.2m處空氣絕對(duì)濕度。初步推測(cè)這種現(xiàn)象是由于該區(qū)域較大的溫度差形成了微氣流帶走了該區(qū)域的水汽所致。

（3）沙地與戈壁的絕對(duì)濕度與溫度關(guān)系不大，其余四種下墊面與溫度呈正相關(guān)。沙地與戈壁表面過(guò)于干燥，潛熱過(guò)程可以忽略，這也是沙地與戈壁晝夜溫差較大的主要原因。

（4）喬木+草坪與沙地灌木對(duì)空氣均有降溫作用，但沙地灌木的需水量明顯少于喬木+草坪，且沙地灌木的降溫效果可影響至距地0.2m（草坪為0.05m）左右的位置，建議將需水量較高的草坪與地被植物更換成本土沙地灌木，既能節(jié)約水源，又不影響其降溫效果。

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