基于GIS 的城市綠地景觀格局與熱環境效應分析
——以咸寧市中心城區為例

楊貝

（長江大學 地球科學學院，湖北 武漢430100）

1 概述

城市化進程對景觀格局的改造、城市下墊面不透水面面積的不斷擴大及廢氣廢液等人為熱排放大量增加導致城市熱島效應的加劇[1-2]。熱島效應不僅影響城市正常氣候，還會威脅人們的健康[3]，因此分析其時空變化規律并提出有效解決方案是亟待解決的問題。

影響熱環境的因素眾多，景觀格局是城市熱環境形成的最核心因素[4]。有學者提出城市綠地演變空間分析的理論及其方法[5]，但大部分的研究只強調景觀之間總體的轉變率，對城市城郊區域綠色空間景觀格局演變的研究較少。劉艷紅等人利用流體動力學技術建立模型得出，城市綠地楔形布局氣流聯通性好，降溫效應最強,但并未分析最優化的建設面積。本文采用陸地衛星Landsat 系列的影像，能準確同步地獲得城市地表溫度場，并具有較高時空分辨率, 成為目前國內外研究人員開展城市熱環境變化研究的主要技術手段。

2 研究區域與方法

本文選取咸寧市咸安區為研究對象，位于湖北省東南部。據氣象站數據1960 年到2019 年咸寧市年平均氣溫和高溫日數均呈現明顯上升態勢且上升幅度較大，究其原因，除正常氣候變化外，主要是熱島效應的影響，且影響范圍逐年擴大，直接影響人們的生產活動、生存環境與生活質量。

3 結果與分析

3.1 城市地表溫度空間分布總體特征

本研究總體上將咸寧市中心城區的綠地劃分為天然綠地、人工綠地、半人工綠地以及水域綠地，通過計算得到這四種類型的綠地的面積以及平均溫度。由計算結果數據可知天然綠地平均溫度最低為26.21℃，主要是面積很大，植被覆蓋率高。水域綠地相較天然綠地總體綠地覆蓋面積僅有0.0614km2，但其平均溫度與天然綠地相差不大，可以看出水域降溫效果顯著，為了研究綠地對溫度的影響且排除水域的干擾，后面就直接選取城區的人工型綠地和半人工型綠地進行研究。

對于整個研究區而言，咸寧市中心城區的地表溫度范圍在24.00～36.00℃之間。高溫主要分布在中部植被覆蓋較少的工業及城鎮居民區域，而低溫則主要分布在郊區的天然綠地以及城市中的園林區，市區植被覆蓋度平均值比郊區少了0.11，而市區的平均溫度比郊區高出5℃，具有明顯的城市熱島效應，因此在城市化進程中，加大市區綠地建設尤為重要。

3.2 城市居民區綠地斑塊及緩沖區內溫度分析

為了更進一步研究城市中心綠地分布格局對城市溫度的影響，以便探究出如何對城市中綠地建設作出布局規劃才更有降溫效果，本論文選取26 個城市中人工型和半人工型綠地進行斑塊的深入研究，按照斑塊面積大小將26 個斑塊劃分為五類，對這五類綠地斑塊計算其平均溫度，從計算結果可知面積在50平方千米的綠地斑塊數量最多，達到9 個，其總面積占比其平均溫度最高有31.69℃，面積占比最高，可是其溫度卻也是最高的，這就說明即使城市中有眾多小型的綠地斑塊，但是其在分布上并不合理，導致了城市化建設中雖然考慮到綠化問題，但是仍然沒考慮到綠地的合理布局而浪費了城市中的土地資源卻達不到降溫效果。

我們將26 個綠地斑塊進行每間隔50 米的緩沖區分析如圖1 所示，從綠地斑塊的緩沖區內的溫度變化得到50-100m 以內的緩沖區溫度與50m 以內的緩沖區溫度平均差值0.41℃,100m-150m 以內與50-100m 以內為0.26℃,150-200m 以內與100-150m 以內為0.18℃。在50m 和50m-100m 的緩沖區范圍內溫度差僅有3 個緩沖區平均溫度小于0℃，其中淦河公園有可能受到水的影響較強，所以在進行緩沖區分析時排除此塊綠地的干擾，在其他的緩沖區中隨著距離的增加遠離綠地斑塊的區域溫度明顯升高，平均每距離綠地斑塊50m 平均會升溫0.2℃，綠地對于周圍的區域的溫度起到了一定的調節作用，面積在0.2km2以上的綠地斑塊，對周邊100 m 范圍內的建筑物具有明顯降溫效應，降溫幅度在0.43-0.76℃之間，平均降溫幅度為0.72℃。所以在規劃城區綠地時盡量將其面積達到0.2km2以上效果最理想。

圖1 城區中心綠地斑塊及其緩沖區

3.3 研究區溫度影響因子相關性分析

通過對26 個城市綠地斑塊各指數相關性進行分析可知，城市綠地對周邊降溫幅度受綠地斑塊的面積、周長、形狀指數以及植被覆蓋度的綜合作用，其中綠地面積和周長的影響較顯著，溫度與面積和周長呈負相關的關系，其相關指數分別為0.899 和0.741。斑塊的形狀指數與溫度也存在一定的相關性，植被指數與溫度呈負相關。

4 結論

基于上文分析，城市綠地與城市熱島效應的關系得出以下主要的結論：

4.1 城市熱島效應受多種因素的共同作用，其中綠地景觀格局對降溫作用顯著。平均溫度郊區較城區低5℃。

4.2 綠地斑塊面積與地表平均溫度有顯著相關性，所以綠地斑塊面積在0.2km2以上能夠一定程度上使降溫效果達到最大化和最優化，從而避免資源浪費。

4.3 歸一化植被指數分析結果顯示，在城市綠地規劃中，考慮綠地斑塊的建設形狀，同時也要提高植被覆蓋度，這樣有利于降低溫度，達到充分利用好城市中的每一寸土地資源，構建最舒適最美好的城市生態環境。