城市綠地景觀格局對熱環境的影響研究進展

田 琴 李小馬

（湖南農業大學風景園林與藝術設計學院，湖南 長沙 410125）

0 引言

城市熱島效應是指城市地區溫度明顯高于城市周邊鄉村溫度的現象。綠地是城市的基本要素，植物有遮陰和蒸騰作用。當綠地面積達到一定范圍后，可以緩解城市熱島效應。綠地規模與溫度或城市熱島強度呈顯著負相關關系，增加綠地規模能夠緩解城市熱島效應。然而，大多數城市增加綠地面積是非常困難的。在此背景下，人們開始關注景觀格局的調控作用。景觀格局體現了各類景觀的組成與空間配置。景觀組分指景觀類型的成分占比，空間配置主要指景觀要素的形狀、集聚性、異質性等［1］。城市規劃決定景觀特征的類型、數量和空間格局，因此，合理布局城市規劃是改善城市熱環境的有效手段。在實踐層面，厘清綠地景觀格局影響城市熱島的作用機制，尋求合理的綠地空間格局，實現城市綠地降溫效應最大化，以及合理調整城市空間布局，對緩解城市熱環境具有重要意義。

1 國內外研究現狀

1.1 景觀組成對熱環境的影響

綠地可以降溫，增加綠地面積可以有效緩解城市熱島效應。隨著綠地規模的增加，降溫效果也會增加。然而，研究發現，溫度與城市街區的植被覆蓋率存在非線性關系［2］。XU等［3］研究認為，城市規劃中綠化覆蓋率應不低于30%，綠地覆蓋率不低于20%。YAN等［4］在研究公園對城市的降溫作用中發現，公園對其附近的城市環境有冷卻作用，這種冷卻作用從公園邊界延伸約1.4 km，但綠地空間的降溫效率會隨著與城市綠地距離的增加而降低。晏海［5］研究表明，測點氣溫主要受測點周圍半徑范圍內植被覆蓋率的影響，且隨著范圍的增大，空氣溫度與植被覆蓋率的相關性逐漸降低，到一定范圍后又開始逐漸回升。綠地覆蓋率對氣溫的影響也具有明顯的時間異質性。植被夜間的降溫作用強于白天，但隨季節變化略有不同［6］。植被在冬季夜晚、夏季白天和夏季夜晚均有顯著的降溫效應，降溫強度呈現出冬季夜晚＞夏季夜晚＞夏季白天＞冬季白天的趨勢。夏季，半徑100 m以內地區的植被覆蓋率對氣溫影響顯著；冬季，半徑500 m以上地區的植被覆蓋率對氣溫影響顯著［7］。夏季中午，氣溫與樹木蓋度的最大相關系數出現在半徑 20 m以內；夏季晚上，半徑150 m樹木覆蓋與空氣溫度之間的相關系數最高［8］。植被覆蓋率影響空氣溫度的最佳尺度見表1。

表1 植被覆蓋率對空氣溫度的最佳尺度的影響

1.2 綠地空間配置對熱環境的影響

除了綠地面積，綠地空間配置對熱環境也有顯著影響。增加綠地面積和改變綠地的幾何形狀，可極大提高綠地的降溫效應。公園景觀的平均溫度隨公園面積、邊界長度的增加而減小，隨公園周長面積比增大而增長［10］。然而，對同一景觀格局指數，仍有一些研究結果顯示出完全不同的結論。綠地形狀復雜性對地表溫度有積極影響［11］。而CHEN等［12］研究發現，不規則和細長形狀的植被斑塊在冷卻周邊城市區域方面表現得更好。斑塊密度的增加會促進地表升溫［13］。而LI等［14］發現地表溫度與斑塊密度呈負相關。ZHOU等［15］研究了不同氣候下兩個城市樹木空間形態與地表溫度之間的關系，發現巴爾的摩的邊緣密度與地表溫度呈負相關，而薩克拉門托的邊緣密度與地表溫度呈正相關。在氣溫多尺度的研究中，邊緣密度與氣溫呈負相關，表明斑塊邊緣的增加可以顯著降低空間配置指數集聚度，分離度和形狀指數與地表溫度在小尺度下無明顯的相關性特征，僅在大尺度下城區范圍內表現出較強的相關性［16］。在現有空間配置與熱環境研究中，因選擇的指標不同、研究目標不同及研究區域等因素的差異，空間配置與熱環境的關系尚沒有統一的結論，見表2。

1.3 景觀組成與空間配置的相對重要性

城市熱環境同時受到景觀組成與空間配置的影響，然而組成與配置的相對重要性尚存爭議。周雯等［17］認為景觀組成比景觀配置對熱環境的影響更顯著。WESLEY等［18］指出無論配置如何，只要增加綠地數量，就會降低地表溫度。然而研究發現，在不同城市及不同時間上，其相對重要性不同。分析表2得，在美國巴爾的摩市，樹木覆蓋率比其空間配置更重要，但在薩克拉門托市發現相反的結果。在北京市夏季和冬季，當統計量較大時，綠地空間配置對地表溫度的影響大于覆蓋率；而其他3個城市顯示，無論季節或統計規模如何，綠色空間覆蓋率始終比空間配置發揮的作用更重要。對景觀參數在解釋氣溫差異方面的相對重要性在不同的時間和季節有所不同，構圖與配置的相對重要性可能取決于現有的景觀格局，不同學者因其研究內容與目的不同，選取的景觀格局指數不同，得到的結果也不一樣，成果缺乏可比性。

表2 城市景觀空間配置與熱環境的關聯研究對比

2 研究不足與展望

2.1 地表溫度研究較多，空氣溫度研究較少

在現有熱環境研究中，許多學者開展以遙感影像為基礎的地表溫度研究，也有以實測與模擬進行的空氣溫度研究。熱環境研究方法中遙感監測與實地勘測各有優缺點，往年因遙感監測獲取數據方便、快捷等，大量研究者利用遙感影像進行熱環境監測。然而，衛星遙感影像精確度不及實測數據，實地勘測的空氣溫度能更為精確地了解溫度變化。地表溫度的熱紅外遙感影像多獲取于白天，難以反映城市規劃指標與夜間熱環境的關系。同時，相對于地表溫度，空氣溫度與人類的熱舒適度更為密切；地表溫度與空氣溫度在時空格局、驅動機制等方面均顯著不同；地表溫度和空氣溫度與景觀格局的關系存在顯著差異。由于城市規劃以改善氣溫熱環境為直接目標，因此，亟待全面深入了解城市規劃指標與氣溫熱環境的關系。

2.2 景觀組成研究較多，空間配置研究較少

在現有的空間配置研究中，空間配置與熱環境的關系并沒有統一的定論，即使同一指標也會存在矛盾的結果。然而，隨著城市化的發展，城市用地愈發緊張，合理調整綠地空間配置以達到最大降溫效應更有利于城市發展。探究景觀格局的時空分異規律，尋求合理的景觀組成和空間配置，優化城市綠地空間格局，是緩解城市熱島效應的重要目標。未來可更細致地探究城市綠地配置、植被群落等對熱環境的影響。

2.3 城市景觀格局與熱環境的關系具有尺度效應，多尺度研究較少

縱觀前人的研究，城市熱環境與景觀格局指標的尺度依賴性在研究中很明顯，但仍不能確認一個通用的“最佳”尺度。植被覆蓋率的最佳緩沖區、閾值等還不清楚。城市熱環境與土地利用變化作為典型的生態過程具有強烈的空間異質性，景觀格局對熱環境兩者間的非規律性影響可能與空間尺度效應有關。不同時空尺度下降溫效應的規律不一樣，這在相關研究中經常被忽視。現有研究大多集中于單個城市和單個城市區域，仍然缺乏對景觀格局與氣溫關系的比較和多尺度理解。未來應更多地考慮尺度效應及時間變化規律。