公园降温研究进展与趋势图谱量化分析

杨 艳，阎淑龙，李霁越

（天津城建大学 建筑学院，天津 300384）

随着城市化进程加速，城市用地紧张，人口密度增大，城市热岛效应[1]越来越显著.城市热岛效应导致城市微气候恶化、能源消耗增加，从而危及城市居民的生命和健康.城市公园作为城市范围内最多、最大的绿洲，在城市生态系统中占据重要作用，有显著的调节温度、湿度和净化空气等作用[2].

从国际的相关文献可以看出，公园降温研究始于20世纪90年代，Jauregui E[3]于1991年调研墨西哥城的查普特佩克公园与周围建成区的温度，探讨公园降温效应.Jauregui E的研究在2000年前后受到城市生态学、景观生态学和风景园林学等多学科学者关注.Saaroni等[4]于2003年在以色列特拉维夫市Begin公园的一个4公顷池塘周围，对空气和地表温度、相对湿度、太阳辐射和风进行了实地观测.发现在白天40 m范围内也会对人体产生缓解作用.Upmanis等[5]通过测量，发现温差的范围和大小取决于公园的大小和距离公园边界的距离[5].以上研究依靠对公园及周围温度的实地测量，具有一定局限性.Yu等[6]在2006年将微气候模拟软件Envi-met引入公园降温领域，发现城市绿地的降温效果不仅在植被区显著，而且在周围建筑环境中也显著.几年后Envi-met被广泛用在公园规划和微气候评价中.随着遥感和地理信息系统技术的发展，缩短了大面积公园降温研究的周期和难度[7-8].公园降温领域的研究如雨后春笋出现[9-10].

然而，目前国内外尚缺乏针对公园降温研究进行追踪和评估的文献，而有关该领域知识增长的科学系统的探索较少.鉴于此，本文选取1990—2020年期间Web of Science核心合集SCI和SSCI数据库为数据来源，通过全面检索、数据筛选并建立研究数据库，继而借助科学计量软件对所选文献进行科学计量分析，在系统梳理国外公园降温研究的刊文和引文趋势、发文国家等信息，以促进公园降温研究的知识积累.

1.1 数据来源

本文采用CiteSpace为研究工具.CiteSpace软件是一款以科学计量为基础的可视化分析软件，对于此次研究来讲，其优势在于能够清晰地展示有“公园降温”这个关键词的文献.分析的方法是文献的共被引关系，即文献直接相互引用的线索，找到其他相关的文献，不断扩大文献的网络.在整个网络中根据聚类的关系，总结出同一个聚类的主题.在各个聚类的主题中，再精读文献，厘清各个主题的研究进展和趋势.

本文采用汤姆森·路透公司（Thomason Reuters）提供的Web of Science（WOS）核心合集SCI和SSCI数据库为数据来源，检索主题为“park cooling”，由于1989年之前没有主题为“park cooling”的相关文献，因此检索时间段为1990—2020年，对文献题目、摘要和关键词进行审阅和筛选，在CiteSpace中剔除重复后，所得共计980篇文献，总被引36 026次.

1.2 数据分析方法

通过运用CiteSpace两种科学计量可视化软件对检索结果进行可视化分析.首先，将收集到的文献的作者、发表时间、期刊、来源国、研究机构等进行描述性统计分析，分别得到国内外研究成果的时间分布、主要来源期刊、主要代表人物与合作网络等，对城市公园降温研究领域进行整体上的概括.其次，借助运用文献计量软件对城市公园降温的研究进展与趋势进行概括性的总结和判断，其中以图示的方式展示城市公园降温研究领域的发展历史，CiteSpace则依据共现原理显示该研究领域在一定时期发展的趋势与动向，从而形成城市公园降温研究领域的总体框架和基本情况.深入阅读其中高被引及经典文献，在此基础上对城市公园降温研究的主要研究方向与研究趋势进行总结和梳理.

2 结果与分析

2.1 发文的时间分布

对从Web of Science核心合集中检索到的980篇文献进行统计分析，发现关于公园降温的研究1990—2002年之间发文量缓慢增长，年均发文量在20篇以内；自2002—2011年发文量增长逐渐加快，2012年之后增速最快，至2017年发文量到达顶峰（90篇/年），之后呈逐年下降趋势，如图1所示.

图1 SCI/SSCI刊文量

由表1可见，SCI/SSCI论文主要发表在landscape and urban planning（21篇），urban forestry&urban greening（19篇），building and environment（15篇）.公园降温研究领域发表论文较多的国家有：美国（358篇）、中国（166篇）、加拿大（76篇）、澳大利亚（64篇）、英国（63篇）、德国（40篇）、日本（33篇）、西班牙（33篇）和印度（23篇）等国家.

表1 SCI/SSCI刊文量前8的期刊

2.2 研究机构和作者分析

运用CiteSpace对公园降温研究团队进行合作网络分析，如图2所示.公园降温研究机构如表2所示.

表2 公园降温研究机构

图2 公园降温研究机构合作网络

由图2和表2发现，关于公园降温的研究国际学术界已形成了大小不同的几个研究团队，且研究团队呈现出地域性特征，如美国地质调查局（35篇）、中国科学院大学（29篇）、科罗拉多大学（19篇）、亚利桑那州立大学（17篇）和蒙大拿州立大学（14篇）等.发文较多的学者有Whitlock C（10篇）、Chew IML（7篇）、Leong YT（7篇）和Lin TP（7篇）等.

2.3 文献共被引和关键词共现分析

关键词是一篇文献的精华浓缩，它能够比较准确地展示某一领域的主流研究内容，且便于收集，利用它可以更好地了解该领域的研究热点.突变性关键词是指在某个时间段内出现频次突然增加的关键词，它可以进一步反映研究的未来发展趋势.因此，本文借助CiteSpace对公园降温有关文献的关键词、突变性关键词进行共现分析，得到公园降温文献共被引图和突变性关键词，如图3所示.

图3 公园降温文献共被引图

从图3可以看出，公园降温文献共被引聚类分为：降温效应[11-13]、能源节约潜力[14-16]、空气温度[17-19]、冷岛强度[20-22]和热舒适[23-25].Whitlock C作者非常突出，可以被称为奠基性的人物，在他的影响下，很大一部分学者不断地关注着公园降温效应，并努力针对问题探讨改进策略.而且，随着时代的发展、社会的进步以及遥感、地理信息系统和微气候模拟软件的发展，研究深度也在不断拓展.

表3为公园降温机关文献突变性关键词.由表3可见，国家公园在1992—2001年持续10年是公园降温的研究热点，降水则是持续时间最长的研究热点，长达14年.2000—2020年的研究热点主要有微气候、热环境、热岛效应和冷岛效应.

表3 公园降温相关文献突变性关键词

2.4 国际公园降温研究脉络

近30年来公园降温研究发展的脉络：

（1）1991—2000年：这一阶段公园降温引起关注.这10年出现了7、73和86高被引文献节点，节点7（被引279次）是Jauregui E于1991年调研墨西哥城的查普特佩克公园的树木粗糙度和降水量与公园温度的关系，对比周围建成区的高温区，探讨公园降温效应[26].Jauregui E的研究引起了学者对公园降温效应的关注.总体来说，这10年是公园降温研究的开启阶段.

（2）2001—2010年：这一阶段学者开拓了公园降温研究的广度.这10年高被引文献逐渐增加，共出现9个节点.2004年出现了高被引的文献节点161（被引89次），Saaroni H于2003年在以色列特拉维夫市Begin公园的一个4公顷池塘周围，对空气和地表温度、相对湿度、太阳辐射和风进行了实地观测.结果表明，无论是在干热还是湿热的天气条件下，即使是很小的水体，在白天40 m范围内也会对人体产生缓解作用[27].节点223（被引389次）是Yu C在2006年分别采用了TAS和Envi-met这2个模拟方案，探讨布吉巴托克自然公园附近典型商业建筑的能耗模式以及有无克莱门蒂森林的不同热条件，发现城市绿地的降温效果不仅在植被区显著，而且在周围建筑环境中也显著[28].节点235（被引147次）是Oded Potchter在2006年探讨以色列特拉维夫市不同城市公园设计在炎热潮湿夏季的气候行为及其对人类舒适度的影响.这项研究在3种不同类型的城市公园进行：一个有草和一些低树的公园；一个有中等大小树的公园；一个有高和宽树冠的公园.节点251（被引364次）是Chiru Chang对台湾省台北市61个公园及周边地区的气温测量显示，城市公园的平均气温较周围地区低，证实了城市冷岛的说法，然而，约1/5的公园较周围地区暖和.夏季中午，铺面覆盖率≥50%，乔木和灌木覆盖率较低的公园平均温度高于周围环境[29].节点358（被引933次）是Diana E.Bowler于2010年运用Meta分析法对公园的降温效果进行了综合分析，结果表明，公园白天的降温效果平均为0.94℃.总体来说，这10年，越来越多的学者开始关注公园对周边环境的降温效应，现场实地测量和软件模型模拟均被应用在研究中.

（3）2011—2020年：这一阶段学者增强了公园降温研究的深度.这10年涌现出大量的高被引文献.引证文献节点401（被引247次）是Sandra Oliveira测量气象参数（温度、相对湿度、风速、太阳辐射和红外辐射）和公园温度，分析了里斯本城市密集区一小块绿地（0.24 ha）的热性能及其对周围大气环境的影响.结果发现，无论是在阳光下还是在阴凉处，花园都比周围地区凉爽.这些差异在高温天更高，特别是与平均辐射温度（Tmrt）有关.与气温相关的最高差异为6.9℃，与Tmrt相关的最高差异为39.2℃.节点420（被引155次）是D.Armson于2012年研究英国曼彻斯特城市景观中树木和草在夏季降低城市地区和当地温度方面的作用.文中监测了由混凝土和草组成的小块土地的表面温度，并测量了每个表面以上的全球温度.与模型预测相似，草地将最高地表温度降低了24℃，而树荫将最高地表温度降低了19℃[30].节点495（被引51次），Ren Zhibin于2013年测定长春市33个公园的公园冷岛强度（PCI强度），发现：PCI强度随季节变化，夏季公园的降温效果高于秋季.增加城市公园规模仍是缓解城市热岛的有效措施.不仅通过增加城市公园规模，而且通过优化城市公园形态和公园森林结构，也可以提高PCI强度[31].

节点511（被引35次）是Chi-Ru Chang于2014年研究了台湾省台北市60个城市公园对周围温度梯度的影响.结果表明，影响公园环境温度的因素与影响公园内部温度的因素不尽相同.城市公园周围的气温梯度既受公园上空冷暖空气团水平输送的影响，也受树木散发的空气包的影响，形成一个比冷岛公园边界大的冷岛，一个比强热岛公园边界大的热岛，在弱热岛公园外有一个凉爽的环[32].节点522（被引162次）是Fotini Skoulika于2014年在希腊雅典西部的一个中型城市公园内和周围的夏季进行了测量.利用15个城市和郊区站点的附加温度数据，在城市一级进行比较分析.公园在白天和夜晚都呈现出一种重要的温度不均匀性.参考城市站点的平均夜间冷岛强度在-0.7～-2.8 K之间变化，而白天的平均最大冷岛强度（CII）在-0.2～-2.6 K之间.白天和晚上的CII与人口密度之间存在显著的统计相关性[33].节点534（被引235次）是Kong于2014年利用卫星数据对南京市的城市冷岛（UCIs）和绿地进行了识别，并利用相关分析对两者之间的关系进行了分析.结果表明：森林植被覆盖率较高的地区降温效果较好，森林植被覆盖率增加10%，地表温度下降约0.83℃.平均斑块大小与斑块密度的相关分析及森林植被与降温的聚集指数表明，对于一定数量的森林植被，零碎的绿地也能提供有效的降温作用；UCIs的空间格局与绿地格局密切相关；大陆岛绿地空间结构提供了增强冷岛效应的有效手段[34].节点537（被引62次）是Kieron J.Doick于2014年利用统计模型得到，随着与绿地距离的增加，冷却程度呈指数衰减.降温范围从某些夜晚的估计20 m到其他夜晚的440 m不等.这些距离的平均气温在夏季月份下降了1.1℃，在某些夜晚最高降温了4℃[35].节点574（被引30次）是Lin于2015年对公园温度现场观测和遥感计算，发现北京市公园的降温效果最远可达840 m，而在另一种情况下，降温效果最短可达35 m[36].

总体来说，这10年公园降温效应研究增长较快，遥感卫星影像和地理信息系统技术的广泛应用，成为公园降温效应研究的有利技术手段，公园降温效应的研究范围和深度都有了很大提升.

3 结论

公园降温效应是改善城市热环境的重要手段，大量研究表明城市公园对微气候的影响不仅表现在公园内部，同时对周边区域也有积极影响，其降温强度及降温范围与公园设计和周边城市设计等因素之间存在联系.合理的公园规划与设计可能最大程度发挥城市公园绿地的生态作用.文章基于文献计量学和知识图谱研究方法，对“Web of Science”数据库中收录的980篇公园降温研究的英文文献进行了可视化分析.研究发现：

（1）公园降温研究自1991年开始之后经历了几年的沉寂期，自2002年至2011年发文量增长逐渐加快，2012年之后增速最快，至2017年发文量到达顶峰.学者对公园降温领域的关注度越来越高.

（2）学者率先将实地测量和微气候模拟引入公园降温研究，以后的学者不断完善微气候模拟的精度.目前，经过不同学科融合，公园降温效应研究的方法主要有实地测量、遥感与地理信息系统和微气候软件模拟.3种研究方法的互相验证和耦合分析将是未来公园降温研究领域的前沿和热点.

（3）基于遥感和地理信息系统的分析周期短、可信度高、范围大，更适宜于景观尺度上的研究，应增强对公园外部空间格局及局部气候的考虑，以达到提高公园生态效益、减缓城市热岛、改善城市环境的目的.

（4）公园降温研究的深度研究从公园自身面积大小、形状和植被覆盖与群落组成等因素的降温范围和降温幅度，逐渐扩展到周边区域地形因素、建筑密度和高度、植被覆盖等的耦合研究.