基于緩解熱島效應的萬州區城市綠地系統規劃研究

摘 要 當前，我國處于高速城市化階段，城市熱島效應已成為城市氣候與環境問題之一。隨著遙感技術的發展，可反演計算出城市熱島參數。以重慶市萬州區城市綠地系統為例，通過定量遙感技術分析城市熱島效應。從綠地系統規劃角度提出解決城市熱島的規劃方案及治理對策：保護萬州山水本底，合理布局綠地空間；提升綠地總量，達到生態園林城市指標；優化綠地布局，熱島區域規劃大型綠地；構建綠色風廊，緩解城市熱島和污染；串聯城市綠地開放空間，構建城市綠道；鼓勵開展垂直綠化和屋頂綠化，增加三維綠量。

關鍵詞 熱島效應；緩解；定量遙感；綠地系統規劃；重慶市萬州區

中圖分類號：TU984 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2017.34.003

知網出版網址：http：//kns.cnki.net/kcms/detail/50.1186.S.20171129.1639.022.html 網絡出版時間：2017/11/29 16：39：17

熱島效應是在不同區域背景下，受復雜地表、城市構筑物、人類活動等因素的影響，熱量明顯聚集于城區空間范圍內的現象，是城市生態可持續發展的八大環境問題之一[1-2]。作為城市主要構成要素之一，綠地具有明顯的降溫增濕效應，是緩解城市熱島效應的重要“冷源”[3-4]。目前，針對城市熱島效應與綠地關系的研究，主要采用遙感法[5]、布點觀測法[6]、氣象資料法[7]等方法，其中遙感法具有可以對城市區域進行全面實施覆蓋的優勢。研究內容主要集中于城市綠地緩解熱島效應的基礎性定量分析，不同綠地內部群落結構對熱島強度影響的比較[8-9]，城市空間格局與熱島效應的相關性[10]等方面，鮮見從城市綠地系統規劃的角度，應對熱島效應問題，提出相應的解決方案。然而，相較于目前研究對綠地內部結構的關注，對城市綠地進行系統性把控，更能發揮城市綠地緩解熱島效應的整體作用。基于此，本研究以重慶市萬州區為例，從城市綠地系統的區域全局性視角出發，通過定量遙感技術分析其區域熱島效應的分布特征，并結合城市上位規劃，形成相應的規劃方案，以期最大效應地發揮城市綠地對區域熱島效應的“冷源”作用，為科學規劃城市綠地提供理論和實踐參考。

1研究區概況

1.1基本情況

萬州區位于重慶市東北部，東經107°55′22″～108°53′25″、北緯30°24′25″～31°14′58″，地處三峽庫區的腹心，面積3 456 km2，2013年城市建設用地為52.08 km2。長江自西南向東北貫穿全境，從北至南有北山、鐵峰山、方斗山、七曜山等山脈與長江略相平行排列，境內山丘起伏，極少平壩及臺地。該區屬亞熱帶季風濕潤帶，四季分明，冬暖夏熱，伏旱多。全年靜風頻率高達70%以上，平均風速1～2 m·s-1，夏季主導風向為東北風。境內河流縱橫，呈枝狀分布，均屬長江水系。

1.2城市發展格局

三峽工程建設后，長江蓄水至175 m，歷史城區淹沒，城市組團功能發生轉移，新一輪的《萬州區城市總體規劃（2013年修改）》為城市發展指明了新的目標和方向。規劃至2020年，萬州中心城區城市建設用地規模130.12 km2，人口150萬人。總規確定中心城區形成“一江四片，一主兩副”的總體布局結構，包括天城、龍寶、江南、經開四大組團。城市沿山、江界面延伸展開，形成“高峽平湖”的山—水—城格局。

2熱島效應研究方法

本次規劃通過定量遙感技術對萬州現狀中心城區熱島效應進行分析，基于LandSat TM影像數據，利用ENVI的波段運算功能，采用單窗法計算城市亮度溫度、地表輻射率及NDVI植被歸一化指數的關系，反演獲得研究區域地表溫度，進一步研究分析城市熱島效應分布特征，從城市綠地系統角度提出緩解治理對策。

2.1數據來源

本文使用的遙感數據為2013年9月2日的LANDSAT-5 TM影像，（數據來源于USGS網站http：//glovis.usgs.gov/），圖像質量良好，無云，圖像干擾較少。采用遙感圖像處理軟件平臺ENVI。在提取溫度之前，對影響進行預處理，包括幾何糾偏、投影變換等。

2.2地表溫度反演

2.2.1 亮度、溫度計算

將LandSat TM 6波段的灰度值換算成光譜輻射亮度：對于Landsat 5TM：

Lλ=gain×DN+offset

Lλ= （Lmax- Lmin）×DN/225+Lmin

將輻射亮度換算成地表的亮度溫度：

Tb=k2/ln（1+k1/Lλ）

2.2.2 比輻射率計算

本文采用NDVI Thresholds Method-NDVITEM（Sobrnio等，2001）方法計算比輻射率：

ε=0.985fv+0.96（1-fv）+0.06fv（1-fv）

歸一化植被指數（NDVI），對于Landsat 5TM：

NDVI=（band4-band3） （band4+band3）

基于此，可根據Carlson和Ripley的算法，得出植物覆蓋度等級：

2.2.3 地表溫度反演

亮度溫度并不是地表的真實溫度，它包含了大氣和地表比輻射率等諸多因素的影響，表達的是大氣層外表面的溫度情況。因此要想獲得地表的真實溫度，必須對亮度溫度進行大氣校正和地表比輻射率的校正。溫度反演采用Artis和Carnahan（1982）的單窗算法：

Ts=Tb/[1+（λTb/α）lnε]

λ=11.5 μm [1]，α=hc/k=1.438×10-2mK

為全面分析區域內地表溫度的分布情況和熱環境結構，在ArcGIS中根據Natural Breaks（Jenks）分類方法，將遙感影像區域內的地表溫度分為5個熱力等級區間（單位為℃）：綠島（≥23.72～27.47）、弱熱島（>27.47～29.47）、中等熱島（>29.47～31.31）、強熱島（>31.31～33.42）、極強熱島（>33.42～42.46）。

3萬州區城市熱島效應特征分析

通過上述運算得到各熱島等級的面積及其占比，列于表1。結合萬州現狀將熱島等級落實到各組團區域及用地，得到萬州建成區熱場的空間分布（見圖1）。

通過表2對萬州中心城區熱島效應的分析，可以得出以下幾點：

1）從對城市熱島效應結果以及城市用地性質的分析中可以看出，影響萬州城市熱島效應的影響因素主要包括人為熱排放、城市工業、城市建筑密度及布局、城市綠地及水系。

2）從萬州建成區的地表溫度和熱島等級來看，因城市四周由山體包圍，城市熱場強度總體不高，以弱熱島為主。

3）極強熱島的位置主要分布在工業、人口、建筑較為密集及交通繁忙的區域。包括天城片區申明壩工業園、枇杷坪部分居住用地、龍寶及經開片區的工業園區及百安壩工業用地。這些區域因制造業、工業化等進程，各種燃料燃燒每天都在向城市排放大量的熱量，導致城市大氣增溫，加劇城市熱島效應。

4）中等熱島主要分布在高筍塘、觀音巖、枇杷坪、周家壩等居住區和建筑等人口稠密的區域。因人口的持續增長，伴隨人為釋放熱量的增加，加上老城區建筑密度較高，導致城市溫度升高。

5）綠化、山體、山林多的區域，如天生城、太白巖、西山公園等區域，為綠島或弱島。城市植被綠化對熱島效應具有較明顯的削弱緩解作用。

6）萬州三峽庫區，緊鄰長江，也是緩解城市熱島效應的調控力量，但因城市進程加快，從分析中可以看出，部分地段沿江高層建筑、人口較為密集，阻礙了江面冷空氣和城市熱空氣的熱量交換，也削減了長江對于城市局部溫度的緩解作用。

4緩解萬州區城市熱島效應的綠地系統規劃策略

4.1保護萬州山水本底，合理布局綠地空間

構筑萬州富有山地特色的自然風貌形態、完整的自然山水格局，規劃保護城市外圍的6座山脈，形成中心城區的生態背景，維護恢復城周9座山體，避免城市無序擴張、侵蝕山頭，修復城市內部7條河道生態環境和自然形態，形成萬州中心城區“九山六脈，綠廊藍帶，多園棋布”的綠地系統結構。中心城區以各級公園綠地為主體，串聯各級城市道路綠化、防護綠地、生態綠地（見圖2）。

4.2提升綠地總量，達到生態園林城市指標

從碳氧平衡的角度看，城市居民平均每人應有30～40 m2的綠地[11]。另有研究表明，當一個區域的綠化覆蓋率達到30%，熱島強度明顯減弱；綠化覆蓋率大于50%，熱島緩解現象極其明顯[12]。按照萬州城市總規確定的2020年城市人口規模150萬人，本次規劃確定的城市綠地總量為5 459.07 hm2（含城市生態公園），綠地率為36.42%，綠化覆蓋率為40.42%。人均綠地面積36.39 m2/人，人均公園綠地面積12.71 m2/人。同時，滿足《國家生態園林城市》等考評的重要指標。

4.3優化綠地布局，熱島區域規劃大型綠地

研究顯示，規模大于3 hm2、覆蓋率達到60%以上的集中綠地，其內部的熱輻射強度明顯降低，基本與郊區自然下墊面熱輻射強度相當[13]。規劃在城市中形成以綠地為中心的低溫區域，成為人們戶外休憩活動的最優良境。在熱島極強區域及高密度建設區域，采用各種策略積極推進綠地集中布置。老城區高筍塘組團利用舊城改造、用地置換集中布置綠地空間，并結合立體綠化、屋頂綠化等措施，補綠增綠；新區采用化零為整的用地調整方式進行優化，嚴格控制建設項目綠地指標，最終規劃確定了16個綜合公園、7個專類公園、25個帶狀公園，規模均大于3 hm2，均布在城市四個組團，可有效緩解局部熱島效應。

4.4構建綠色風廊，緩解城市熱島和污染

三峽大壩蓄水后，上游形成靜水，城市原有的河流風向變成以靜風為主。如何從綠地系統規劃角度，構建萬州綠色風廊，是解決城市熱島效應問題的重點和難點。根據萬州地形地貌，自然要素條件，風源包含三類，即：來自城郊的山谷風，水面與陸地溫差形成的水陸風，城市內部山體、水系與城市熱效應差異產生的局部空氣環流形成的局地風。

本次規劃構建綠色風廊的思路為：1）打開城郊邊緣通風口，打造綠楔，將城市外圍生態綠島引入城市；2）依托城市河道、山谷、干道等狹長地帶，連接城市綠色開放空間，形成局地風道，改善局部小氣候，促進空氣局地環流，有效緩解熱島效應，改善空氣質量。規劃確定河道兩側綠帶寬度不得小于30 m，才可具有良好通風效果，有利于引風入城。喬木、灌木、草的種植比例宜控制為4∶3∶3。

4.5串聯城市綠地開放空間，構建城市綠道

規劃從綠地的生態功能出發，建立綠地系統“三生”空間，實現萬州“三生有幸、平湖萬州”的規劃目標。故規劃還考慮到綠地斑塊資源享用的可達性與公平性，以自然山體為生態基地，串聯城市綠地斑塊，意圖實現萬州的綠色慢行體系，構筑“一環兩帶多支”的綠道網結構。連接城周九山郊野綠道形成環線；沿長江兩側濱江公園及步道形成濱水綠道；集合風道線性結構、道路線性，串聯各級公園、廣場，形成多條城中綠道，體現城市“沿山、沿江、串城”的綠道網絡特色。

4.6鼓勵開展垂直綠化和屋頂綠化，增加三維綠量

萬州作為典型的山地城市，城在山中，山在城中，城市可建設用地緊張，這是規劃過程必須直面的難題。除了多次的用地調整對接，充分利用城中溝谷、邊坡等非建設用地之外，規劃鼓勵開展屋頂綠化、垂直綠化與陽臺綠化，對萬州整體綠色空間、城市視覺景觀具有顯著的作用。尤其應用在老城區，見縫插綠，低成本、見效快，彌補城市綠地的不足，增加綠化覆蓋率，也能改善小范圍城市小氣候。

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（責任編輯：丁志祥）