城市绿地景观格局对热环境的影响研究进展

田 琴 李小马

（湖南农业大学风景园林与艺术设计学院，湖南 长沙 410125）

0 引言

城市热岛效应是指城市地区温度明显高于城市周边乡村温度的现象。绿地是城市的基本要素，植物有遮阴和蒸腾作用。当绿地面积达到一定范围后，可以缓解城市热岛效应。绿地规模与温度或城市热岛强度呈显著负相关关系，增加绿地规模能够缓解城市热岛效应。然而，大多数城市增加绿地面积是非常困难的。在此背景下，人们开始关注景观格局的调控作用。景观格局体现了各类景观的组成与空间配置。景观组分指景观类型的成分占比，空间配置主要指景观要素的形状、集聚性、异质性等［1］。城市规划决定景观特征的类型、数量和空间格局，因此，合理布局城市规划是改善城市热环境的有效手段。在实践层面，厘清绿地景观格局影响城市热岛的作用机制，寻求合理的绿地空间格局，实现城市绿地降温效应最大化，以及合理调整城市空间布局，对缓解城市热环境具有重要意义。

1 国内外研究现状

1.1 景观组成对热环境的影响

绿地可以降温，增加绿地面积可以有效缓解城市热岛效应。随着绿地规模的增加，降温效果也会增加。然而，研究发现，温度与城市街区的植被覆盖率存在非线性关系［2］。XU等［3］研究认为，城市规划中绿化覆盖率应不低于30%，绿地覆盖率不低于20%。YAN等［4］在研究公园对城市的降温作用中发现，公园对其附近的城市环境有冷却作用，这种冷却作用从公园边界延伸约1.4 km，但绿地空间的降温效率会随着与城市绿地距离的增加而降低。晏海［5］研究表明，测点气温主要受测点周围半径范围内植被覆盖率的影响，且随着范围的增大，空气温度与植被覆盖率的相关性逐渐降低，到一定范围后又开始逐渐回升。绿地覆盖率对气温的影响也具有明显的时间异质性。植被夜间的降温作用强于白天，但随季节变化略有不同［6］。植被在冬季夜晚、夏季白天和夏季夜晚均有显著的降温效应，降温强度呈现出冬季夜晚＞夏季夜晚＞夏季白天＞冬季白天的趋势。夏季，半径100 m以内地区的植被覆盖率对气温影响显著；冬季，半径500 m以上地区的植被覆盖率对气温影响显著［7］。夏季中午，气温与树木盖度的最大相关系数出现在半径 20 m以内；夏季晚上，半径150 m树木覆盖与空气温度之间的相关系数最高［8］。植被覆盖率影响空气温度的最佳尺度见表1。

表1 植被覆盖率对空气温度的最佳尺度的影响

1.2 绿地空间配置对热环境的影响

除了绿地面积，绿地空间配置对热环境也有显著影响。增加绿地面积和改变绿地的几何形状，可极大提高绿地的降温效应。公园景观的平均温度随公园面积、边界长度的增加而减小，随公园周长面积比增大而增长［10］。然而，对同一景观格局指数，仍有一些研究结果显示出完全不同的结论。绿地形状复杂性对地表温度有积极影响［11］。而CHEN等［12］研究发现，不规则和细长形状的植被斑块在冷却周边城市区域方面表现得更好。斑块密度的增加会促进地表升温［13］。而LI等［14］发现地表温度与斑块密度呈负相关。ZHOU等［15］研究了不同气候下两个城市树木空间形态与地表温度之间的关系，发现巴尔的摩的边缘密度与地表温度呈负相关，而萨克拉门托的边缘密度与地表温度呈正相关。在气温多尺度的研究中，边缘密度与气温呈负相关，表明斑块边缘的增加可以显著降低空间配置指数集聚度，分离度和形状指数与地表温度在小尺度下无明显的相关性特征，仅在大尺度下城区范围内表现出较强的相关性［16］。在现有空间配置与热环境研究中，因选择的指标不同、研究目标不同及研究区域等因素的差异，空间配置与热环境的关系尚没有统一的结论，见表2。

1.3 景观组成与空间配置的相对重要性

城市热环境同时受到景观组成与空间配置的影响，然而组成与配置的相对重要性尚存争议。周雯等［17］认为景观组成比景观配置对热环境的影响更显著。WESLEY等［18］指出无论配置如何，只要增加绿地数量，就会降低地表温度。然而研究发现，在不同城市及不同时间上，其相对重要性不同。分析表2得，在美国巴尔的摩市，树木覆盖率比其空间配置更重要，但在萨克拉门托市发现相反的结果。在北京市夏季和冬季，当统计量较大时，绿地空间配置对地表温度的影响大于覆盖率；而其他3个城市显示，无论季节或统计规模如何，绿色空间覆盖率始终比空间配置发挥的作用更重要。对景观参数在解释气温差异方面的相对重要性在不同的时间和季节有所不同，构图与配置的相对重要性可能取决于现有的景观格局，不同学者因其研究内容与目的不同，选取的景观格局指数不同，得到的结果也不一样，成果缺乏可比性。

表2 城市景观空间配置与热环境的关联研究对比

2 研究不足与展望

2.1 地表温度研究较多，空气温度研究较少

在现有热环境研究中，许多学者开展以遥感影像为基础的地表温度研究，也有以实测与模拟进行的空气温度研究。热环境研究方法中遥感监测与实地勘测各有优缺点，往年因遥感监测获取数据方便、快捷等，大量研究者利用遥感影像进行热环境监测。然而，卫星遥感影像精确度不及实测数据，实地勘测的空气温度能更为精确地了解温度变化。地表温度的热红外遥感影像多获取于白天，难以反映城市规划指标与夜间热环境的关系。同时，相对于地表温度，空气温度与人类的热舒适度更为密切；地表温度与空气温度在时空格局、驱动机制等方面均显著不同；地表温度和空气温度与景观格局的关系存在显著差异。由于城市规划以改善气温热环境为直接目标，因此，亟待全面深入了解城市规划指标与气温热环境的关系。

2.2 景观组成研究较多，空间配置研究较少

在现有的空间配置研究中，空间配置与热环境的关系并没有统一的定论，即使同一指标也会存在矛盾的结果。然而，随着城市化的发展，城市用地愈发紧张，合理调整绿地空间配置以达到最大降温效应更有利于城市发展。探究景观格局的时空分异规律，寻求合理的景观组成和空间配置，优化城市绿地空间格局，是缓解城市热岛效应的重要目标。未来可更细致地探究城市绿地配置、植被群落等对热环境的影响。

2.3 城市景观格局与热环境的关系具有尺度效应，多尺度研究较少

纵观前人的研究，城市热环境与景观格局指标的尺度依赖性在研究中很明显，但仍不能确认一个通用的“最佳”尺度。植被覆盖率的最佳缓冲区、阈值等还不清楚。城市热环境与土地利用变化作为典型的生态过程具有强烈的空间异质性，景观格局对热环境两者间的非规律性影响可能与空间尺度效应有关。不同时空尺度下降温效应的规律不一样，这在相关研究中经常被忽视。现有研究大多集中于单个城市和单个城市区域，仍然缺乏对景观格局与气温关系的比较和多尺度理解。未来应更多地考虑尺度效应及时间变化规律。