基于国家自然科学基金面上项目的城市绿色空间前沿研究分析：热点与方法

戴菲 毕世波 陈明

在空气污染、城市热岛效应等环境生态问题频发的背景下，城市绿色空间的稀缺性和重要性越发凸显。作为城市重要的基础性要素，城市绿色空间属于三维空间概念，不仅包含立体空间中的绿化环境，还包含二维平面的城市绿地。

近年来，城市绿色空间研究取得了丰硕的成果。通过中国知网检索的11篇（截至2020年9月）相关综述文献中2篇为总体性综述，主要定性描述城市绿色空间的部分内容或从地理学视角论述其概念的演化等问题[1-2]。其他综述则主要关注城市绿色空间的公众体力活动、可步行性、热舒适等某一微观视角[3-6]。总体而言，关于绿色空间的总体性论述较少，主要是对2017年以前的文献进行了分析且未涉及研究方法的论述。

此外，国家自然科学基金（National Natural Science Fund of China, NSFC）项目能体现学科发展前沿，其中的青年科学基金项目成果于《中国园林》杂志已有专题论述，但尚未有关于面上项目成果的论述。面上项目能体现学科研究前沿的热点动态与技术方法，通过对NSFC面上项目产出成果的分析有助于深入探讨其推动学科领域发展的现状及走向[7]1，技术方法的分析则有助于明晰某一主题成果的产生机制，并对后续研究有着重要的指导作用。

基于此：1）本研究拟对2016年来，与城市绿色空间相关的NSFC面上项目成果进行综述；2）除研究热点的论述外重点对相应技术方法进行分析、归类与总结。最终既能为面上项目申请提供借鉴，还能为宏观把握城市绿色空间研究的整体动向及后续研究提供思路与方法引导。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

1）于2020年9月通过中国知网（CNKI）数据库，选择“城市‘并含’绿色空间”为检索词进行期刊检索，设定发表时间为2016—2020年9月，同时为保证文献的全面性，选择“全文”检索，共获得6 074篇文献；为保证文献的借鉴价值，限定期刊类型为“核心期刊、CSSCI、CSCD”，获取文献1 365篇，通过标题与摘要阅读获得711篇与城市绿色空间相关（包含城市绿地、公园等）的文献。

2）地学、生态学、风景园林学与林学均涉及绿色空间研究，但相对而言前两者研究区域较广。与“城市”绿色空间相关的研究主要涉及风景园林学与林学2个学科，故以与之密切相关的3个学科代码①（C161203园林规划与景观设计、C161202城市园林与功能、E080202风景园林规划设计与理论）下的NSFC面上项目支持下的成果为重点分析对象[7]2。经统计近5年（2015—2019年）面上项目共96项，其中52项与城市绿色空间相关，而后依托其编号进一步筛选并去重，共获取面上项目支持的241篇核心成果作为本研究的主要分析样本。

1.2 研究方法

CiteSpace工具能以图谱的形式呈现某领域的研究情况，受到广泛运用。其时间线图（timeline view）能反映相应时间点的研究重心，关键词可视化能反映某研究领域的主题。基于此，首先结合NSFC面上项目支持下的成果的关键词图谱归纳主要研究主题，并通过内容分析法分析其主要研究热点与相应技术方法。其次，通过CiteSpace的时间区域图（timeline zone）探究城市绿色空间研究的新兴趋势。

2 NSFC面上项目整体研究分析

2.1 NSFC面上项目数量统计及产出成果数量变化

2015—2019年间的52项与城市绿色空间相关的NSFC面上项目中，C161203、C161202与E080202分别有17、10、25项，说明城市绿色空间是3个学科（尤其风景园林规划设计与理论）的重要关注对象。其中，C161203学科代码下与城市绿色空间相关的立项数占其总数的73.91%，2019年为8项（图1），较以往明显增多。说明该学科对城市绿色空间的重视程度不断增加，这为相应面上项目的申请提供了方向。

1 各年份NSFC项目数量及其占该学科项目总数的比例The number of NSFC programs in each year and their proportion to the total number of programs in the discipline

整体而言，研究时段内面上项目支持下的成果数量呈明显上升趋势，2020年的成果截至9月已超过了2019年整年的数量，体现了NSFC面上项目的研究主题持续性较强。此外，依托NSFC面上项目的文献约占总量（711篇）的33.90%，而2020年则占总量的53.79%。说明NSFC面上项目是城市绿色空间研究领域的重要贡献来源，且作用日益凸显（图2）。

2 NSFC面上项目成果及其占总体成果的比重The number of articles from the NSFC and their proportion to the total number of articles

2.2 NSFC面上项目支持下成果的主要研究主题

依据关键词的可视化图谱发现NSFC面上项目支持下的成果中，城市绿色空间研究类型以公园绿地及其可达性、绿色基础设施、绿地系统等为主。结合文献内容与关键词线图及其聚类结果的分析，归纳出7个主题：1）城市绿色空间调节微气候；2）城市绿色空间缓解大气污染；3）城市绿色空间的生态系统服务评估；4）城市绿色空间促进公众健康；5）城市绿色空间景观格局；6）城市绿地率；7）城市绿色空间理论研究（表1）。

表1 NSFC面上项目成果的主要关键词及相应的研究主题Tab.1 Main keywords from articles based on NSFC and the corresponding research topics

3 城市绿色空间研究主题的热点与技术方法

3.1 城市绿色空间调节微气候

3.1.1 温湿度与风速

微气候是指在具有相同大气候特点的范围内，由于下垫面条件、地形、方位等各种因素不一致而在局部地区形成的独特气候状况[8]，是温度、湿度、风速、风向及太阳辐射等综合作用的结果。近年来城市绿色空间调节微气候的研究以温湿度、风速为主，关注风向、太阳辐射的研究相对较少。

一方面，研究主要围绕不同的城市绿色空间类型（城市公园、林带、道路绿带）的形态、面积等指标与温湿度之间的关系进行[9]，如研究发现绿地组合模式具有明显的降温效应，可有效改善住区热环境[10-11]。另一方面，植物及群落对外部风湿环境的影响也是研究的重点。如赵晓龙等[12]发现，寒地城市中，低矮乔木对近地面风速的降低程度高于高大乔木。为营造良好的寒地风环境，可选择整体高度在10～15 m之间、宽度约85 m的群落形态模式。

但一定程度上，受研究方法的限制，城市尺度的绿色空间与微气候关系的研究相对较少，而既有用于研究城市热岛效应的气象预报软件（The Weather Research and Forecasting Model, WRF）及其耦合的城市冠层模型（Urban Canopy Model, UCM）可为城市尺度的微气候研究提供借鉴方法[13]。

3.1.2 实测与模拟

城市绿色空间微气候调节的研究多集中于城市环境，以实测与数值模拟为主要技术方法。实测方面，以多点同步定点监测与移动监测2种方式为主。通常借助如手持式热敏感风速仪、黑球温度自记仪及小型移动气象站等仪器，实地测量温湿度等气候因子。基于此，一方面，通过回归分析确定不同城市绿色空间中实际热中性温度和热舒适范围或通过Ray Man软件基于人群活动空间的生理等效温度、预测平均投票和通用热气候指数等指标计算热舒适值[5]102。另一方面，还能通过Ecotect、Phoenics[14]等软件计算城市绿色空间微气候情况。

在运用模拟法的研究中，ENVI-met模拟软件运用较广泛[15]，少量研究通过COMFA、SOLWEIG②模拟软件进行[5]103。通过模拟软件内置环境可设定不同的数值，获得虚拟城市绿色空间的风速、温湿度等气候条件并可灵活调整环境值，为科学研究提供了极大的便利。

随着科学技术的进步，以往问卷结合实测为主的微气候研究方法正逐渐转变为实测结合模拟为主，如张风和李利[16]通过实测与ENVI-met软件模拟研究了乔草、灌草等不同群落的温湿度气候因子。这有助于解决单纯模拟法因无法完全复原自然环境而导致的虚拟环境与现实环境存在较大偏差的问题。

3.2 城市绿色空间缓解大气污染

3.2.1 AOD与PM2.5

通过优化城市绿色空间能有效缓解大气污染。既有相关研究主要集中在AOD与颗粒物（PM2.5为主）2方面。AOD能在一定程度上反映区域空气污染程度，既有研究主要为市域尺度景观格局指数与AOD的相关分析。

颗粒物则主要以中观街区尺度与微观植物视角研究为主。具体而言，主要涉及不同类型的城市绿色空间（如城市公园）的不同指标（如绿化覆盖率、绿地格局等中观层面，植物及其群落等微观方面）与PM2.5的关系及其消减效应。相关研究多以评估不同城市绿色空间类型、季节、植被分布滞留PM2.5的功能等理论研究为主。既有研究发现，在中观尺度，普通的直径1 000 m的城市街区中，绿化覆盖率每提高10%，可降低PM2.5浓度约7.58%[17]。微观方面，植物通过发挥阻拦、吸附、沉降等作用可有效消减PM2.5[18]，且植物叶片主要通过上表皮吸附颗粒物[19]。

总体来看，在颗粒物污染方面应加强理论成果的转化。可结合绿地形态与数量对PM2.5的消减效应探索城市绿色空间优化实践途径，还可与交通规划部门合作，将如“40%绿地率的两板三带式道路对人行道PM2.5浓度消减效果最佳”的理论成果应用于道路规划实践中。

3.2.2 实测及模拟与遥感反演

实测法主要应用于城市公园、林带等中观尺度与微观植物层面。中观尺度，通过手持式粉尘仪（如MetOne、TSI8532等），依据设定线路移动测量获取不同城市绿色空间（公园、林带、道路绿带）中PM2.5等颗粒物数据[20]；也可通过设置固定监测点或通过国控监测点获取颗粒物数据。并基于ENVI、ArcGIS等软件，获取如植被覆盖、群落类型、绿地核心等城市绿色空间数量或形态指标数据，进而进行相关或回归等分析。

微观层面，对于植物滞尘能力的研究，采用洗脱法和质量差值法，通过扫描电子显微镜、扫描探针显微镜和Image J软件等观察和分析叶表面结构并测定叶表面粗糙度、叶毛数量、气孔大小和气孔密度，获取相应数据。通过相关分析，既可研究不同植物滞尘水平的差异，还可研究同种植物不同时间的滞尘水平[21]。

模拟与遥感反演法在街区、小区或绿带等中观尺度的研究较多。如郭晓华等[22]首次将ENVI-met运用于城市道路断面绿带模拟，量化其对PM2.5消减的效果。遥感反演则可对市域宏观尺度城市绿色空间进行研究。目前AOD的遥感算法中暗像元算法应用广泛，可通过归一化植被指数作为获取植被覆盖度反演的基础数据，并将获得的结果与颗粒物污染数据进行相关分析[23]。

3.3 城市绿色空间的生态系统服务评估

3.3.1 生态系统服务的数量与价值评估

当前，供需矛盾与人地关系失调成为城市绿色空间生态系统服务提升面临的重要问题。鉴于此，一方面生态系统服务的数量、价值及城市绿色空间的可达性研究能为此类问题的解决提供基础依据，成为当前的主要研究对象。另一方面，生态修复作为提升城市绿色空间生态系统服务能力的方法，亦成为近年的研究重点[24]。有学者从提升居民福祉、郊野公园等方面提供了生态修复思路[25]421。

然而，生态系统的演替受人类影响日益显著，导致当今的生态修复环境较以往更加复杂化。这意味着作为提升其服务能力的生态修复思路需要探索，但目前的相关研究还处于起步阶段，主要体现在修复的城市绿色空间对象与生态修复理念2方面。

首先，目前的生态修复多是围绕对某一实践案例的解析进行的，体现的是对已受到破坏或干扰的环境进行的以“恢复”为主要表征的生态修复逻辑。相较而言，只有少数学者针对生态条件优越的场地提出了生态优化策略。

其次，作为一种新兴的生态修复方法，“再野化”与传统生态修复不同，其更强调生态系统的复杂性、自主性、动态性和不可预测性，是一种以过程为导向的提升城市绿色空间生态系统服务的新方法。这为提升复杂环境的生态系统服务能力提供了思路，但国内尚未对其进行深入研究[26]。

3.3.2 InVEST模型评估及模拟预测

城市绿色空间生态系统服务的研究方法主要体现在评估生态系统服务的数量及其空间分布、价值、可达性与模型预测方面。其中InVEST工具运用最为广泛，该工具包括水源涵养、水土保持、碳储量、生境质量等多种评估模块。

数量方面，如陈昳等[27]利用InVEST模型评估了舟山群岛总碳储量、土壤保持量及水源涵养量。而InVEST结合无人机获取数据、兴趣点（point of interest, POI）数据和土地利用类型解译的数据，能直观地评估生态系统服务数量的空间分布情况。在价值研究方面则通常基于功能分类与价值分类2种分类方法进行分析。在可达性方面，多通过两步移动搜索法、行政或统计单元计算法、最小邻近距离法、服务区法和引力模型法评估城市绿色空间的可达性[25]423。而模拟预测方面，最大熵模型可用来识别不同生态系统服务类型的城市绿色空间区位[28]，还可通过CA-Markov模型、i-Tree软件组件预测城市绿色空间变化，从而判断其生态系统服务功能的发挥情况[29]。

3.4 城市绿色空间促进公共健康

3.4.1 影响公共健康的机制与健康空间营造

就公共健康而言，城市绿色空间在增强人的免疫力、缓解精神疲劳等方面有重要作用。有学者基于居民、老年人等人群视角，从生理、心理、社会等方面研究了城市绿色空间对公众健康的影响机制[30]，并认为城市绿色空间通过提供社交场所能缓解心理压力[31]，但对此尚存有争议。如Yang等[32]认为，一定程度上社会交往可作为城市绿色空间促进心理健康的媒介。然而Ruijsbroek等[33]研究发现没有任何证据能表明社会交往是城市绿色空间与心理健康之间的潜在桥梁。当然，这可能与各学者研究的城市绿色空间尺度、区位等因素相关。总体而言，城市绿色空间促进公共健康的潜在机制有待进一步研究。

就城市绿色空间类型而言，以绿道、滨水空间、城市公园等促进公共健康的研究取得了丰硕成果，且在城市公园方面的研究较多。慢行绿道除了能满足交通功能外，还注重满足居民停留、交流等活动需求[34]，促进了人们的社会交往。基于城市综合活力提升的滨水绿道建设，则依托水资源营造活力景观带提供游憩空间[35]。而城市公园的数量及较优的可达性、可连通性、可步行性能提升公众的使用频度，对公共健康有重要影响[36]。

在城市绿色空间指标方面，可达性对公共健康的影响研究相对最丰富，但多关注绿色空间与居住区的距离及绿地面积等指标[25]427，对绿色空间内部的质量指标（如生物多样性）研究较少。此外，可达性以城市公园为主要对象，而社区绿地等其他绿色空间类型的研究应予以强化。

3.4.2 模型计算及问卷与访谈

在公共健康方面的研究方法包含以城市绿色空间客体为研究对象的模型计算与以公众主体为对象的问卷与访谈2种方法。首先，在城市绿色空间（城市公园为主）可达性方面，空间句法、引力势能、缓冲区和最小成本路径相结合3种基于地理信息系统（Geographic Information System, GIS） 平台的模型、 两步移动搜索法（Two-Step Floating Catchment Accessibility, 2SFCA）及POI数据[37]运用较广泛。其次，结构方程模型分析方法也被用于人群对其使用空间的满意度的研究中[38]。通过定义潜变量与相应的观测变量构建初始模型，并结合李克特量表进行问卷调查，而后可利用AMOS软件获得结构方程模型。此外，知觉恢复量表在城市公园恢复性评估中的适宜性得以验证[39]，也为之提供新的研究途径。

3.5 城市绿色空间景观格局

3.5.1 景观格局的动态演化及其与生态环境问题的交叉研究

近5年城市绿色空间景观格局（landscape pattern, LP）的成果中被引频次最高的与城市内涝相关[40]。但整体而言主要集中在LP的演化特征与优化策略方面，其中基于时间维度的LP动态演化是研究的重点，且2019年被引频次较高的文献均与LP的演化特征有关，说明LP的动态演化分析是研究的热点方向；另外，LP与城市热环境、颗粒物及微气候的关联性研究亦有部分成果。

3.5.2 景观格局指数分析与形态空间格局分析

在LP特征判断方面，主要基于遥感影像解译，通过Fragstats软件计算如景观类型百分比指数、最大斑块指数、密度指数等指标进行研究。若涉及热环境则一般通过地表温度反演、热红外数据等方式获取温度数据，进而进行相关或多元回归等分析[41]。

近年来，形态空间格局分析方法从生态学方向为LP研究提供了新视角。有研究将其与最小成本路径、最小累积阻力（Minimum Cumulative Resistance, MCR）模型、空间句法等方法结合对LP的连通性或演化情况进行分析并提出相应建议[42]。但该方法的不足在于将前景像元集视为同一种土地利用类型，该方法作用与意义主要发生在生态层面，因而不能反映绿地的功能问题，也就难以提出在实践中行之有效的空间管控策略。

3.6 城市绿地率

3.6.1 城市绿地率的时空差异及其动态演化

建成区城市绿色空间研究较为集中，主要围绕绿地率指标进行。城市绿地率的时空差异及其动态演化是研究的重点与热点方向，涉及国土、省域、市县等不同的尺度。此外，在城市绿地率的影响因素及其对空气污染的影响方面也有相应的研究。但“人均绿地面积”和“人均公园绿地面积”是衡量城市绿色空间建设水平的另外2个重要指标，如何通过这2个指标评价城市绿色空间的建设水平有待开展。

3.6.2 差异分析和空间分析

差异分析和空间分析是研究城市绿地率的常用方法。首先，绝对差异（如极差、平均差等）与相对差异（如变异系数、极值差率、锡尔系数等）是衡量时空差异与演化的常用方法，如徐骅和刘志强[43]采用极差对中国城市绿地率进行分析。其中，用锡尔系数衡量区域差异得到较多运用。年均递增扩展速度、扩展系数能衡量水平时空演变，偏态系数则可揭示不同城市绿地率相对其平均数的大小分布情况。其次，ESDA-GIS方法能揭示研究对象间的空间联系[44]。既有研究通常采用ESDAGIS的全局空间自相关分析城市绿地率在空间上的平均关联与差异程度，采用ESDA-GIS的局部空间自相关散点图反映某市城市绿地率与其市域空间滞后变量之间的相关关系，采用空间关联局域指标来揭示绿地率局部空间相关性及差异程度[45]。而在影响绿地率演化的原因方面研究通常采用地理探测器（因子探测与交互探测）、回归分析等方式开展[46]。

3.7 城市绿色空间理论研究

城市绿色空间理论研究多表现为基于相关理念、规划体系、技术规范的梳理构建城市绿色空间规划理论框架。如人居环境的“二元论、三元论”为城市绿色空间品质提升提出了新的理论依据。再如海绵城市、城市双修、公园城市为其治理提供了持续性的理念指引，从关注城市“水环境”到“生态与建筑环境”再发展为以“人”为核心的新型城市建设思想，体现了城市绿色空间品质提升理念由环境客体向公众主体的转变与不断完善。因理论探讨较少涉及具体的技术方法，故本研究不予论述。

3.8 主要研究热点与相应技术方法总结

总体来看，近年来城市绿色空间的功能研究受到更多的关注，包含了城市绿色空间调节微气候、缓解大气污染、促进公共健康4个子方向并取得了丰硕成果。相较而言，关注城市绿色空间结构与指标等研究相对较少。这反映了当下城市绿色空间学科交叉研究的趋势。这既与当今环境提升的客观需求相关，也体现出城市绿色空间研究响应国家政策的积极性。此外，技术方法呈现出多样化、技术化特征，各主题总体呈现“实证（实测或访谈）与依托计算机技术的模拟、预测或模型评估相结合”的研究趋势（表2）。

表2 NSFC面上项目支持下的成果的总结Tab.2 Summary of the articles based on the NSFC general program

4 研究展望

根据NSFC面上项目产出成果的时间区域图，重点分析2020年的关键词，发现AOD、公园城市、国土空间规划为研究的新兴领域，在未来一段时间内有着持续的研究前景。但AOD在前文已有说明，本节重点论述后两者。

4.1 公园城市的建设途径

整体而言，目前公园城市的研究内容包含对“公园城市”理念的解析及其建设途径的探索2方面。“生态文明”和“以人民为中心”是公园城市的核心理念。自2018年2月提出以来，学界从国内外视角梳理公园城市的渊源与理论基础，并对其内涵进行了辨析。此外，基于公园城市理念的滨水空间营造、公园建设、社区绿地微更新等多方面已初有成果[47]。但体现出的仍是“自下而上的‘拼凑’”式的绿色空间建设模式，即基于各自领域在城市绿色空间中进行不同子空间的建设，彼此间并未有统一的建设指引。这很大程度上是因为“公园城市”理念尚未达成共识。如部分研究针对其字面意思进行过度解读，但“‘公园城市’不只是‘一公’‘三生’分析，也不是‘公’‘园’‘城’‘市’的拆分组合……”[48]。

因此，加强对“公园城市”的内涵及其建设维度的解析仍是当下的重要议题之一。此外，“一张蓝图”的国土空间规划为不同城市绿色空间的建设提供了“自上而下”的统一指引，有助于解决“拼凑”式的城市绿色空间建设现状。严格落实国土空间规划可视为公园城市建设的重要基础与前提。

4.2 风景园林规划理论框架与国土空间规划体系的对接

国土空间规划下的风景园林主要围绕生态建设、国家公园和空间规划展开。有学者通过梳理相关的政策法规和研究文献对国土空间规划背景下的风景园林发展动态进行系统综述，从自然保护地体系、生态资源的整合等方面提出了未来发展的思考[49]。建立国家公园体制，依据“双评价”是梳理城市绿色空间核心生态资源的有效途径。但“双评价”一定程度上回答的是国土空间规划编制过程中“何处适合发展”以及“以何种强度开发”的问题，忽视了景观自身特性。景观性格评价方法可回答“如何保护或开发”的问题，能挖掘国土空间自身的独特价值以弥补“双评价”的不足[50]。

就风景园林的发展，加强与国土空间规划体系的法定化对接是当下的重要研究方向之一。因国土空间规划涉及“五级三类”等多尺度、多层次的划分，相应的法规政策出现了多而脱节的局面，导致了多规冲突产生的自然资源浪费和利用效率低下的问题。因此，应加快厘清基于“双评价”的风景园林规划新框架，实现与国土空间规划体系的法定化对接。而随着《市级国土空间总体规划编制指南（试行）》的出台，市域尺度的风景园林规划与之如何衔接也成为亟待展开的方向。

注释(Notes)：

① 3个学科的基金审批号均为2019年检索获得（https://isisn.nsfc.gov.cn/egrantweb/）。

② SOLWEIG是瑞典哥德堡大学于2008年开发的可用于估计复杂城市环境中平均辐射温度的工具。

图表来源(Sources of Figures and Tables)：

文中图表均由作者绘制。