趙 芮,申鑫杰,田國(guó)行,郭煜琛,何瑞珍

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 鄭州 450002

改革開(kāi)放以后,我國(guó)進(jìn)入快速發(fā)展階段,城鎮(zhèn)化水平快速提升,城市內(nèi)不透水表面增加,建筑密度增大,交通工具數(shù)量增多等一系列現(xiàn)象都導(dǎo)致了城市熱島[1- 2]出現(xiàn)。面對(duì)該情況,城市冷島效應(yīng)成為解決相應(yīng)問(wèn)題的研究重點(diǎn)。“冷島效應(yīng)”指城市中某一區(qū)域的溫度要低于周邊溫度的現(xiàn)象[3]。大量研究表明,公園綠地和水體作為城市休閑游憩建設(shè)的重要組成部分,在優(yōu)化城市生態(tài)環(huán)境中承擔(dān)著舉足輕重的作用,它們是城市中的主要冷源,發(fā)揮其冷島效應(yīng)可以緩釋城市熱島[4- 8],從而營(yíng)造更為舒適的居民生存生態(tài)環(huán)境。

研究表明,城市公園冷島強(qiáng)度不僅與公園的形態(tài)和內(nèi)部景觀構(gòu)成有關(guān),還與公園的景觀空間配置有關(guān)。蘇泳嫻等人研究發(fā)現(xiàn)相同面積下有水體的公園比無(wú)水體的公園降溫效應(yīng)好,長(zhǎng)寬比較大(≥2) 的公園,即使公園面積較小,降溫效果也很明顯[9]。馮曉剛等[5]對(duì)西安主城區(qū)7個(gè)公園的內(nèi)部景觀構(gòu)成與降溫效應(yīng)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)城市公園中水體面積占30%以上其冷島強(qiáng)度較強(qiáng)。馮悅怡等[10]對(duì)北京市24個(gè)公園的景觀構(gòu)成和空間布局進(jìn)行分析得到綠地面積與降溫幅度無(wú)顯著相關(guān)性,且綠地斑塊形態(tài)越復(fù)雜降溫效應(yīng)越強(qiáng)。梁保平等[11]對(duì)桂林市32個(gè)典型的公園綠地和水體研究分析得到水體面積和植被覆蓋率與公園內(nèi)地表溫度呈顯著負(fù)相關(guān)。甘爽等[6]對(duì)天津市區(qū)的8個(gè)公園進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)綠地比例與公園冷島效應(yīng)的相關(guān)性最大。仇寬彪等[12]對(duì)北京市五環(huán)內(nèi)42個(gè)公園的內(nèi)部景觀特征與公園冷島效應(yīng)的關(guān)系得到水體和不透水面積的占比都與公園地表溫度密切相關(guān),但與植物面積占比無(wú)顯著關(guān)系。

上述研究的主要內(nèi)容是公園面積、形態(tài)和各類景觀構(gòu)成要素與降溫效應(yīng)的相關(guān)性,同時(shí)也對(duì)降溫范圍和降溫幅度展開(kāi)討論,因?yàn)檠芯克x區(qū)域和樣點(diǎn)數(shù)量的差別,導(dǎo)致結(jié)論存在些許差異,例如大多數(shù)研究表明水體與降溫效應(yīng)的相關(guān)性最大,而少數(shù)結(jié)論表明植物占比與公園冷島強(qiáng)度(PCI)相關(guān)性最強(qiáng)等,所以類似結(jié)論有待繼續(xù)驗(yàn)證。并且目前研究中關(guān)于公園內(nèi)景觀空間配置與冷島效應(yīng)的相關(guān)性研究甚少,對(duì)于冷島強(qiáng)度方向性的探索幾乎沒(méi)有,因此本文在這些研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步驗(yàn)證和研究公園各類要素對(duì)冷島強(qiáng)度的影響,特別是公園冷島強(qiáng)度在不同方向上的差異性研究,可為城市公園規(guī)劃設(shè)計(jì)提供科學(xué)的理論支持。

1 研究地區(qū)與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)域概況

鄭州市(112°42′—114°13′E、34°16′—34°58′N) 位于河南省中部偏北地區(qū)(圖1),屬于我國(guó)中部的中心區(qū)域。作為中原城市,其屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年平均氣溫14.2℃,年平均降雨量640.9 mm,無(wú)霜期220 d,全年日照時(shí)間約2400 h。本文研究區(qū)域?yàn)猷嵵菔惺袇^(qū)(圖1),面積為1218萬(wàn)m2,包括中原區(qū)、金水區(qū)、二七區(qū)、管城區(qū)、惠濟(jì)區(qū)、鄭東新區(qū)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)(航空港區(qū)雖屬市區(qū)范圍但目前正在開(kāi)發(fā)與建設(shè),公園用地配備不齊,本次研究并未囊括)。研究選取的樣點(diǎn)包括人民公園、碧沙崗公園、紅白花公園、雙秀公園、烈士陵園等在內(nèi)的主要公園44個(gè),其中有水體的公園17個(gè),無(wú)水的公園27個(gè)。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與預(yù)處理

研究選取Landsat8的遙感影像作為地溫反演數(shù)據(jù),該衛(wèi)星影像過(guò)境日期為2017年4月12日,影像搭載了OLI(陸地成像儀,Operational Land Imager)和TIRS(熱紅外傳感器,Thermal Infrared Sensor)兩個(gè)傳感器,OLI包括9個(gè)波段,除了B8的分辨率為15 m,其他波段分辨率均為30 m；TIRS具有兩個(gè)熱紅外波段B10和B11,分辨率均為100 m。該Landsat8數(shù)據(jù)的產(chǎn)品級(jí)別為L(zhǎng)1T,已經(jīng)過(guò)幾何精校正處理,OLI和TIRS 的理論設(shè)計(jì)幾何標(biāo)稱精度分別為12 m和41 m[13]。利用掩膜提取工具獲得的研究區(qū)域影像無(wú)云覆蓋,數(shù)據(jù)質(zhì)量良好[10]。最后通過(guò)ENVI 5.3對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)和大氣校正處理,再選擇相應(yīng)波段進(jìn)行地表溫度反演。

公園的選取結(jié)合了高分2號(hào)影像、百度地圖中的公園邊界以及鄭州市相關(guān)單位發(fā)布的城市公園的相關(guān)信息,最終選取公園植被、設(shè)備都發(fā)展比較完全的建成公園44個(gè)作為研究樣方(圖1)。該高分2號(hào)影像的空間分辨率為0.8 m,過(guò)境日期為2017年5月25號(hào),與地溫反演所用影像時(shí)間相近。土地分類之前對(duì)高分2號(hào)影像進(jìn)行輻射校正和幾何精校正處理,由于以公園為單位的研究尺度較小,將林地和草地歸為植物類,建筑、道路和廣場(chǎng)歸為不透水表面,水體為一類,已建成的公園中沒(méi)有未利用地,因此公園的土地分類最終確定為三大類。(圖1)

圖1 研究區(qū)域的位置和影像圖Fig.1 Location and image of the study area

2 研究方法

2.1 地表溫度反演

研究運(yùn)用大氣校正法(輻射傳輸方程法)進(jìn)行地表溫度反演。這種方法的基本原理是先估算大氣對(duì)地表熱輻射的影響,然后把這部分大氣影響從衛(wèi)星傳感器所觀測(cè)到的熱輻射總量中減去,從而得到地表熱輻射強(qiáng)度,再把熱輻射強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的地表溫度[14- 15]。運(yùn)用普朗克公式的函數(shù)提取低溫,公式為：

Ts=K2/ln(K1/B(Ts)+1)

(1)

B(Ts)=[Lλ-L↑-τ(1-ε)L↓]/τε

(2)

Lλ=[εB(Ts)+(1-ε)L↓]τ+L↑

(3)

式中,ε為地表比輻射率、Ts為地表真實(shí)溫度、B(Ts)為黑體熱輻射亮度、τ為大氣透射率、L↑為大氣向上輻射亮度 、L↓為大氣向下輻射能量、Lλ為熱紅外輻射亮度值,K1、K2為系數(shù)。TIRS Band 10波段中,K1= 774. 885 W m-2sr-1μm-1,K2= 1321.079 K。從NASA網(wǎng)站(http://atmcorr.gsfc.nasa.gov)可以獲取τ、L↑、L↓數(shù)值,分別為 0.60、0.93 W m-2sr-1μm-1、1.58 W m-2sr-1μm-1。地表比輻射率ε的計(jì)算采用Sobrino提出的基于地表覆蓋類型的加權(quán)混合模型[16],計(jì)算公式為：

ε=0.004Pv+0.986

(4)

Pv=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil)

(5)

式中,NDVI為歸一化植被指數(shù),NDVIsoil和NDVIveg分別為完全是裸土或無(wú)植被覆蓋區(qū)域的NDVI值及完全被植被所覆蓋的像元的NDVI值(純植被像元的NDVI值)。取經(jīng)驗(yàn)值NDVIveg= 0.70和NDVIsoil=0.05,即當(dāng)某個(gè)像元的NDVI大于0.70時(shí),Pv取值為1；當(dāng)NDVI小于0.05,Pv取值為0。

2.2 公園冷島強(qiáng)度的數(shù)值與方向的獲取

城市公園冷島強(qiáng)度通常是通過(guò)沿橫斷面或公園和周圍城市地區(qū)的氣象站的氣溫觀測(cè)來(lái)測(cè)量的[17]。本文基于遙感影像進(jìn)行分析,參考Cao等人[4]和Chibuike等人[8]的研究,PCI可用如下計(jì)算公式：

PCI=ΔT=Tu-Tp

(6)

式中,Tp表示公園內(nèi)的平均地表溫度,Tu表示公園邊界外500 m范圍內(nèi)的平均地表溫度。研究選擇公園外500 m范圍內(nèi)的平均地表溫度基于兩個(gè)原因：第一本研究需要確定唯一不變量來(lái)分析各類景觀特征指數(shù)與PCI的關(guān)系；第二是大量研究表明城市公園的冷島強(qiáng)度變化范圍大約都在500 m范圍之內(nèi)[4- 9]。

冷島強(qiáng)度方向的研究主要運(yùn)用ArcGIS里的熱點(diǎn)分析以及方向分布(標(biāo)準(zhǔn)差橢圓)工具等。運(yùn)用熱點(diǎn)分析工具得到周邊均沒(méi)有水體和大型綠地干擾的雙秀公園、烈士公園、植物園和動(dòng)物園4個(gè)公園內(nèi)以及其500 m范圍內(nèi)冷熱點(diǎn),提取Gi_Bin 字段中-3到-1之間的冷點(diǎn)作為公園內(nèi)外的主要冷源點(diǎn),再利用方向分布工具分別提取園內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓,從而對(duì)冷島效應(yīng)的主導(dǎo)方向進(jìn)行分析。

2.3 景觀指數(shù)的選擇

城市公園是由多種地表覆蓋類型和多種植物交叉分布組合而成的景觀綜合體,這種交叉分布與其生態(tài)意義密切相關(guān),因此研究結(jié)合ArcGIS 10.2與 Fragstats 4.2兩個(gè)軟件來(lái)定量化各種景觀特征,分析其與PCI之間的關(guān)系。景觀特征包括3個(gè)方面,首先是公園整體景觀特征,選擇的景觀指數(shù)為公園面積、公園周長(zhǎng)和周長(zhǎng)面積比；其次是景觀構(gòu)成,選擇的指標(biāo)包括公園內(nèi)植物、不透水表面、水體的面積、形狀指數(shù)及各自所占比例；最后為公園內(nèi)部的景觀配置,選擇指數(shù)有公園內(nèi)植物、不透水表面和水體的景觀分裂指數(shù)、有效粒度面積、分離度、公園的Shannon均勻度指數(shù)(SHEI)、植物和水體之間、植物與不透水表面之間、水體和不透水表面之間的對(duì)比加權(quán)邊緣密度(CWEDVW、CWEDIV、CWEDIW)。CWEDVW、CWEDIV、CWEDIW三種指數(shù)涉及到3種景觀要素之間兩兩對(duì)比,因此選用有水體的公園進(jìn)行相關(guān)分析(n=17)。

3 結(jié)果與分析

3.1 城市公園整體景觀特征對(duì)其冷島強(qiáng)度的影響

圖2 研究區(qū)域溫度反演圖Fig.2 Temperature inversion map of the study area

城市公園整體景觀特征包括公園規(guī)模和公園形態(tài)兩個(gè)方面。運(yùn)用ArcGIS 10.2里的空間統(tǒng)計(jì)分析工具統(tǒng)計(jì)出44個(gè)城市公園的面積、周長(zhǎng)以及周長(zhǎng)面積比,并將公園圖層與溫度反演圖疊加(圖2),統(tǒng)計(jì)得到公園冷島強(qiáng)度。表1是根據(jù)公園規(guī)模列出了PCI的相關(guān)數(shù)據(jù)。依據(jù)平均值,可以看出隨著公園面積的增大,PCI會(huì)適當(dāng)增強(qiáng)。最大降溫強(qiáng)度3.44℃出現(xiàn)在面積為79.63 hm2的最大公園中,最小的降溫強(qiáng)度出現(xiàn)在面積為1.27 hm2的公園中。面積7 hm2以上的公園降溫強(qiáng)度才會(huì)達(dá)到1℃以上,較小的公園降溫效應(yīng)不明顯。

將三種景觀指數(shù)和PCI進(jìn)行相關(guān)性分析,發(fā)現(xiàn)公園面積和周長(zhǎng)面積比均與PCI呈顯著相關(guān)性(P<0.01),公園面積與PCI成正相關(guān)(r=0.658),周長(zhǎng)面積比與PCI成負(fù)相關(guān)(r=-0.480)。圖3描述公園整體景觀特征的3種指數(shù)與PCI的關(guān)系圖?？梢钥闯鲭S著公園面積的增加,PCI逐漸增強(qiáng),當(dāng)面積增大到一定范圍時(shí)PCI的增大趨勢(shì)減緩。對(duì)公園面積與PCI的擬合曲線進(jìn)行二次求導(dǎo)得到公園面積小于20 hm2時(shí),PCI隨著其面積的增大迅速增大,大于20 hm2后,變化趨勢(shì)趨于平緩。公園周長(zhǎng)與PCI的相關(guān)性較弱,但從其曲線圖中可以看出隨著公園周長(zhǎng)的增大,PCI逐漸增強(qiáng)。周長(zhǎng)面積比描述了城市公園的復(fù)雜性和邊緣效應(yīng),隨著城市公園周長(zhǎng)面積比的增大PCI減小,在公園面積和周長(zhǎng)受限制的情況下可通過(guò)減少公園邊界的復(fù)雜性,使用簡(jiǎn)單的邊界來(lái)發(fā)揮公園的冷島效應(yīng)。

表1 根據(jù)公園規(guī)模統(tǒng)計(jì)公園的公園冷島強(qiáng)度 (PCI)

圖3 公園整體景觀特征與公園冷島強(qiáng)度(PCI)的關(guān)系圖Fig.3 Relationship between the overall landscape characteristics of the park and Park Cooling Intensity (PCI)

3.2 公園的景觀構(gòu)成對(duì)其冷島效應(yīng)影響

從景觀構(gòu)成的角度分析,表1顯示出面積同樣是10—20 hm2范圍內(nèi)的公園,有水體的公園降溫效果更強(qiáng),平均降溫溫度比無(wú)水體公園高出1℃左右。對(duì)44個(gè)公園統(tǒng)計(jì)得到的景觀構(gòu)成指數(shù)與PCI進(jìn)行相關(guān)性分析,發(fā)現(xiàn)公園內(nèi)不同地類的各項(xiàng)景觀構(gòu)成指數(shù)對(duì)公園冷島強(qiáng)度的影響程度均不相同。從景觀要素的面積及占比來(lái)看,PCI與植物面積和水體面積都成顯著正相關(guān),相關(guān)性系數(shù)分別為0.614、0.688(P<0.01),說(shuō)明隨著公園植物和水體面積的增加PCI增強(qiáng),但是PCI與公園植物面積的占比相關(guān)性不明顯。公園內(nèi)水體對(duì)PCI的影響程度更加顯著,表現(xiàn)為在公園面積一定的情況下,隨著公園內(nèi)水體面積所占比例的升高,公園冷島強(qiáng)度增強(qiáng)(r=0.753,P<0.01)。圖4顯示了公園內(nèi)植物和水體面積與PCI的線性關(guān)系圖,可以看出公園中園林植物面積每增加10 hm2,PCI提高0.5℃；公園內(nèi)水體面積每增加10 hm2,PCI提高0.6℃。進(jìn)一步分析公園內(nèi)水體面積占比與PCI的曲線圖,通過(guò)二階求導(dǎo)得到水體面積所占比例在14%以下時(shí)PCI隨著水體面積占比的增大而迅速增強(qiáng),在14%以上時(shí),PCI的變化趨勢(shì)減緩。公園不透水表面面積與PCI成正相關(guān),可能與公園周圍高層建筑投射到不透水表面的陰影造成的低溫有關(guān)；公園不透水表面面積所占比例與PCI相關(guān)性為-0.2,相關(guān)性較弱。

對(duì)幾種景觀要素的斑塊形狀指數(shù)進(jìn)行分析,得到PCI與公園植物、水體和不透水表面的形狀指數(shù)呈顯著正相關(guān)(r=0.516,0.680；P<0.01)。隨著公園內(nèi)植物、水體和不透水表面邊界復(fù)雜程度的提升,PCI逐漸增強(qiáng)。有研究表明斑塊形狀越復(fù)雜,相互之間物質(zhì)能量的交換速度就越快[18],所以園內(nèi)植物斑塊形態(tài)越復(fù)雜,其形成的冷空氣更易交換,降溫效應(yīng)更明顯；同樣公園外部輪廓越復(fù)雜其與外界交換速率越快,散熱也越快。相關(guān)研究表明城市水體的形狀指數(shù)越高,即水體的邊界越復(fù)雜,其熱緩釋效應(yīng)越明顯[7]。 如果將園林植物、水體和不透水表面斑塊復(fù)雜化,公園整體邊界簡(jiǎn)單化則更有利于形成更強(qiáng)的冷島效應(yīng)。

圖4 幾種公園景觀構(gòu)成指數(shù)與公園冷島強(qiáng)度(PCI)的關(guān)系圖Fig.4 Relationship between several park landscape composition indexes and Park Cooling Intensity (PCI)

3.3 公園景觀配置與其冷島強(qiáng)度的關(guān)系

對(duì)公園景觀配置指數(shù)與PCI相關(guān)性進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)植物分離度和景觀分裂指數(shù)[19-20]與PCI相關(guān)性較弱。園內(nèi)水體景觀分裂指數(shù)與PCI呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.707,P<0.01),水體的景觀分裂指數(shù)通常受橋梁、堤壩等構(gòu)筑物的影響,這類構(gòu)筑物越多,景觀分裂指數(shù)越大,降溫效應(yīng)越小,即水面的切割程度越嚴(yán)重,PCI越弱；園內(nèi)水體分離度與PCI相關(guān)性較弱。公園內(nèi)不透水表面的分離度與PCI呈顯著正相關(guān)(r=0.416，P<0.01)，表明公園中不透水表面斑塊布局越分散，分割程度越大，PCI越強(qiáng)；公園內(nèi)不透水表面的景觀分裂指數(shù)與PCI相關(guān)性較弱。植物和水體的有效粒度面積都與PCI呈顯著正相關(guān),相關(guān)性系數(shù)分別為0.366和0.671(P<0.01),證明植物和水體的斑塊數(shù)量和面積在公園中占比越大,PCI越強(qiáng)。

為了進(jìn)一步量化公園中景觀空間配置對(duì)PCI的影響,選取SHEI、CWEDVW、 CWEDIV、CWEDIW四個(gè)景觀指數(shù)來(lái)描述公園的景觀空間配置[21]。SHEI(0≤SHEI≤1)反映要素斑塊的均勻分布程度,SHEI值較小時(shí)反映出景觀受到一種或少數(shù)幾種優(yōu)勢(shì)斑塊類型所支配；SHEI趨近1時(shí)說(shuō)明景觀中沒(méi)有明顯的優(yōu)勢(shì)類型且各斑塊類型在景觀中均勻分布[22]。由圖5可知,樣本的SHEI大多分布在0.4-0.8之間,可見(jiàn)公園優(yōu)勢(shì)要素不明顯且各種要素斑塊分布相對(duì)均勻,此時(shí)PCI較為穩(wěn)定且與SHEI呈明顯的正相關(guān)。圖5顯示CWEDVW、 CWEDIV、CWEDIW三種配置指標(biāo)與PCI的相關(guān)性,其中CWEDVW與PCI的相關(guān)系數(shù)為0.730(P<0.01),CWEDIV和CWEDIW與PCI的相關(guān)系數(shù)分別為0.01和0.13。這說(shuō)明在進(jìn)行公園景觀空間配置時(shí)提升植物和水體之間的加權(quán)邊緣密度可以起到良好的降溫效應(yīng)。

圖5 幾種景觀配置指數(shù)與公園冷島強(qiáng)度(PCI)的關(guān)系圖Fig.5 Relationship between several landscape configuration indexes and Park Cooling Intensity (PCI)

3.4 公園冷島強(qiáng)度的方向性分析

從44個(gè)公園中選取具有代表性的2個(gè)有水的公園和2個(gè)無(wú)水的公園,引入標(biāo)準(zhǔn)差橢圓工具[23- 24],進(jìn)行冷島強(qiáng)度的方向性研究。在無(wú)水體的公園內(nèi),選取面積分別為4.41 hm2和16.35 hm2的雙秀公園和烈士陵園。從圖6中可以看出,雙秀公園的園內(nèi)的冷島強(qiáng)度方向(橢圓1)與其500 m緩沖區(qū)范圍內(nèi)的冷島空間分布方向不同(橢圓2)。橢圓1長(zhǎng)軸方向即園內(nèi)PCI主要方向是東北—西南方向,而橢圓2長(zhǎng)軸方向即公園外500 m范圍內(nèi)產(chǎn)生的冷島強(qiáng)度方向近乎東西向。雙秀公園園內(nèi)橢圓1長(zhǎng)軸區(qū)域范圍內(nèi)分布著連排冠幅較大的喬木綠地進(jìn)而形成較強(qiáng)冷島效應(yīng),而緩沖區(qū)范圍內(nèi)的橢圓2長(zhǎng)軸沿著高層建筑分布的長(zhǎng)邊方向,因?yàn)楦邔咏ㄖ幱懊娣e所占區(qū)域溫度較低,最終導(dǎo)致其與園內(nèi)冷島效應(yīng)主導(dǎo)軸線上的方向偏差較多。由圖7可以看出,面積較大的烈士公園內(nèi)橢圓3長(zhǎng)短軸長(zhǎng)度相近,所以冷島強(qiáng)度方向性不明顯,而其緩沖區(qū)內(nèi)的橢圓4扁率較大,長(zhǎng)軸方向即冷島強(qiáng)度主要方向是偏東北—西南,主要冷點(diǎn)分布在軸線兩端的高層建筑上?？梢?jiàn)無(wú)水公園內(nèi)喬木冠幅對(duì)溫度影響較強(qiáng)并且能引導(dǎo)其主導(dǎo)降溫方向的形成,但是園外高層建筑溫度及分布是影響其緩沖區(qū)降溫主導(dǎo)方向的主要因素。

圖6 雙秀公園冷島強(qiáng)度方向圖Fig.6 Diagram of PCI direction in Shuangxiu Park

圖7 烈士公園冷島強(qiáng)度方向圖Fig.7 Diagram of PCI direction in Martyrs Park

在有水體的公園中,選取面積分別為20.55 hm2和42.64 hm2的動(dòng)物園和植物園。由圖8看出動(dòng)物園內(nèi)外的冷島方向都大致偏東北—西南,橢圓5的扁率比橢圓6的要大,橢圓5長(zhǎng)軸方向即園內(nèi)冷島強(qiáng)度方向沿著水體的長(zhǎng)軸上,橢圓6的長(zhǎng)軸方向即園外500 m范圍內(nèi)降溫方向?yàn)?由于園外四周小區(qū)建筑和綠化水平幾乎相似,所以總體冷島方向性不明顯,主導(dǎo)方向與園內(nèi)一致。由圖9看出,橢圓7和橢圓8長(zhǎng)軸方向即園內(nèi)外的冷島強(qiáng)度方向近乎一致,沿著公園內(nèi)水體長(zhǎng)軸方向—偏南北,因?yàn)橹参飯@周邊綠化較少,均勻分布著工廠和在建小區(qū),主要冷島區(qū)域位于植物園內(nèi)。

圖8 動(dòng)物園冷島強(qiáng)度方向圖Fig.8 Diagram of PCI direction in the Zoo

圖9 植物園冷島強(qiáng)度方向圖Fig.9 Diagram of PCI direction in Botanical Garden

4 結(jié)論

本文以鄭州市市域內(nèi)44個(gè)公園為研究對(duì)象,主要從公園規(guī)模形態(tài)、公園景觀構(gòu)成和公園景觀空間配置3個(gè)方面分析其與公園冷島強(qiáng)度的相關(guān)性,并探討了公園內(nèi)部景觀和園外要素對(duì)冷島方向的影響,得到以下結(jié)論：

(1)城市公園的面積和周長(zhǎng)都與公園冷島強(qiáng)度成對(duì)數(shù)關(guān)系,隨著公園面積與周長(zhǎng)的增大,PCI增強(qiáng)。面積受限時(shí),公園面積控制在20 hm2左右,可以達(dá)到理想的冷島強(qiáng)度。公園邊緣形狀越簡(jiǎn)單,其與外界進(jìn)行物質(zhì)交換的速度越慢,PCI越大。而公園內(nèi)植物、水體和不透水表面斑塊的邊界越復(fù)雜,斑塊之間進(jìn)行物質(zhì)交換的速度越快,PCI越強(qiáng)。

(2)面積大小相近的公園,園內(nèi)有水體的公園比無(wú)水體的PCI要高出1℃左右,說(shuō)明水體對(duì)公園冷島效應(yīng)具有較高的影響。PCI隨著公園植物和水體面積的增大而增強(qiáng),公園內(nèi)植物和水體的面積每增加10 hm2,PCI分別升高0.5℃和0.6℃。水體的占比與PCI成正相關(guān),水體占比控制在14%左右,PCI的漲幅趨于穩(wěn)定。

(3)公園內(nèi)不透水表面斑塊分布越集中公園冷島效應(yīng)越弱,證明分散式不透水表面比集中式不透水表面有更強(qiáng)的冷島效應(yīng)。在進(jìn)行公園水面景觀設(shè)計(jì)時(shí),勿濫用橋梁和堤壩分割水面。在進(jìn)行三種景觀要素的空間配置時(shí),植物和水體組合配置能產(chǎn)生較強(qiáng)的冷島效應(yīng),將植物穿插在水體與不透水表面之間能帶來(lái)更好的降溫效應(yīng)。

(4)公園冷島強(qiáng)度的方向不僅表現(xiàn)在尺度的異質(zhì)性上,還與公園內(nèi)部是否有水體和園外要素密切相關(guān)。公園面積越大冷島強(qiáng)度方向越顯著,無(wú)水公園PCI的方向沿著行列式冠幅較大的植物走向,有水公園PCI的方向沿著公園內(nèi)水體的長(zhǎng)軸延伸。公園周圍建筑和綠化環(huán)境分布較為均勻的情況下,其冷島強(qiáng)度的方向性不明顯。