花利忠,孫鳳琴,陳嬌娜,唐立娜

1 廈門理工學院計算機與信息工程學院, 廈門 3610242 廈門市氣象服務中心, 廈門 3610133 中國科學院城市環(huán)境研究所,城市環(huán)境與健康重點實驗室, 廈門 361021

隨著全球城市化進程的急劇加快,城市熱島效應已經成為當今全球面臨的最嚴峻的生態(tài)環(huán)境問題之一[1]。以水體和綠色植被等景觀構成的城市公園所形成的“冷島”被認為是解緩城市熱島效應、改善城市局地熱環(huán)境的重要途徑之一[2- 5]。而最近幾年來,景感生態(tài)學、景感學和景感營造等新理論的提出為緩解城市熱環(huán)境問題提供了新的理論指導。生態(tài)學家趙景柱等[6]在2016年首次提出了景感生態(tài)學概念,指出它是研究土地利用規(guī)劃、建設與管理的科學,并提出了景感生態(tài)規(guī)劃、建設和管理的綜合分析框架;之后,2018年趙景柱等[7]把景感生態(tài)學的研究范疇進行升華,拓展到景感學(即廣義景感生態(tài)學),同時闡述了景感學和景感營造的概念,剖析了景感營造的多種途徑和原則,提出了景感學研究的總體框架。石龍宇等[8]把人體的主要感覺類型歸納為八種,即美感、聽覺、味覺、嗅覺、觸覺、風感、方向感和心理反應,同時列舉了對應感覺類型的景感生態(tài)學規(guī)劃內容和方法,并指出規(guī)劃者應該按照景感生態(tài)學原理進行景感營造,制定適宜方案。

景感生態(tài)學是一個綜合物聯(lián)網(wǎng)、地理信息系統(tǒng)和專家系統(tǒng)的框架,它意在確保土地利用的設計和規(guī)劃符合環(huán)境可持續(xù)發(fā)展[9]。隨著城市化的快速發(fā)展,為了實現(xiàn)合理景感組成要素與人們的舒適感受之間的相對平衡,景感生態(tài)學為城市建設和規(guī)劃提供了新思路和方法,已成為土地利用合理設計和規(guī)劃的重要理論依據(jù)之一[10]。目前景感生態(tài)學的應用案例研究不斷增多。一些學者以中國大運河的香河段為案例,分別在聲感規(guī)劃[9]、環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)[10]和濕地恢復的措施及規(guī)劃[11]等方面都應用了景感生態(tài)學的思路。Zheng等[12]以福建平潭島為例,通過研究城市景感格局演變與大風日數(shù)減少之間的關系,提出了優(yōu)化和選擇景感器格局的框架和指南,進而最大限度地減少城市地表大風日數(shù)。Ren等[13]在桉樹人工林生物量的尺度擴展的研究中,結合了景感生態(tài)學中的謎碼數(shù)據(jù)和趨善化模型[14],以解決生態(tài)模型在估計森林生物量方面的不確定性問題。上海崇明島生態(tài)工業(yè)園的規(guī)劃與設計中“日月耀五洲”的理念集中體現(xiàn)了景感生態(tài)學的思路,借助環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)技術,該景感工業(yè)示范園集光伏發(fā)電、淡水養(yǎng)殖、觀光農業(yè)等多種產業(yè)功能于一體,實現(xiàn)了清潔能源與生態(tài)農業(yè)的科學發(fā)展[15]。

按照景感生態(tài)學和景感學的原理,城市公園不僅是城市居民休閑游憩活動和文化傳播的自然場所,而且也充當了夏季烈日下宜人氣候的空間載體。城市公園作為城市中的一種重要景感,其承載的宜人氣候,通過公園地表溫度(或公園氣溫)來反映。在人體的八種感覺類型中,溫度屬于風感,人們主要通過人體感官中的皮膚來快速感知環(huán)境溫度的適宜性[8]。人們賦予公園豐富的愿景,如公園作為城市重要的“綠肺”,不僅有美化城市景觀的作用,更重要的是對局地人居環(huán)境的氣候進行調節(jié)。在夏季,城市公園的綠地和水體降溫效果尤為明顯,本身成為顯著的冷島,而且研究證實城市大型公園綠地能夠降低公園周邊地區(qū)的溫度,進而降低周邊建筑的冷卻能源[3]。合理的城市公園景感營造,意在緩解城市熱島,提供健康的局地人居環(huán)境,促進城市熱環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。城市公園的景感營造應該包括公園大小、形狀、結構組成和公園結構配置等。合理的規(guī)劃公園或優(yōu)化公園結構,使人產生生理和心理的滿足感,不僅有助于緩解局地城市熱島,也能實現(xiàn)降低噪音污染和增加氧氣供給等多種生態(tài)功能。

近年來,國內外學者對許多城市公園景觀的熱環(huán)境效應進行了大量研究[16],取得一系列研究成果。如基于實地氣象觀測數(shù)據(jù)分析特定公園對周邊小氣候的影響[17- 18];分析公園面積、周長等形態(tài)特征、綠地面積比重、水體面積比重等結構因子的降溫效應[19- 22];基于景觀生態(tài)學方法[23- 24]分析公園景觀空間結構對公園周邊的熱環(huán)境效應[25]。但這些城市的公園冷島(Park cool island,PCI)效應研究采用的遙感數(shù)據(jù)源主要是Landsat TM/ETM+,對于新的Landsat- 8數(shù)據(jù)源應用不多;研究多以內陸城市為主[26],對于海灣型城市公園的研究較少。

隨著城市化的快速推進,廈門市城市建設用地快速擴展、人口急劇增長,城市景觀格局發(fā)生了巨大的變化,導致城市熱島的熱環(huán)境效應日益嚴重。如何利用有限的城市綠地尤其是城市公園最大程度緩減城市熱島效應,成為城市建設與規(guī)劃者亟待解決的生態(tài)問題之一。本文基于Landsat- 8 OLI(Operational Land Imager)/TIRS(Thermal Infrared Sensor)影像和改進的單通道算法反演廈門地表溫度(LST),基于Google Earth高分影像提取多個典型公園作為研究對象,獲取了城市公園熱環(huán)境數(shù)據(jù),采用緩沖區(qū)分析、景觀格局指數(shù)和多元統(tǒng)計等方法研究城市公園對周邊區(qū)域的冷島效應,探索城市公園內部平均地表溫度、城市公園冷島強度和公園冷島影響距離的關鍵影響因子。本研究對于營造合理的城市公園布局、公園規(guī)劃建設和改善城市局部人居熱環(huán)境有一定的指導意義。

1 研究區(qū)概況

2 研究材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)源

本研究的數(shù)據(jù)源為2013年8月4日廈門市的Landsat- 8 遙感影像數(shù)據(jù)和同期的Google Earth的公園影像。研究采用的軟件包括ArcGIS 10.3、Erdas Imagine 2011和Fragstat 4.2。Landsat- 8搭載有陸地成像儀(OLI)和熱紅外傳感器(TIRS),共包括11個波段,其中2個熱紅外波段。對遙感影像圖像進行預處理主要包括3部分：(1)由于在該期遙感數(shù)據(jù)中,研究區(qū)的城區(qū)周邊的山體林地區(qū)域覆蓋著極少的云量,因此需要對這些云量進行手動勾繪然后掩模去除(圖2中的白色區(qū)域);(2)對遙感影像進行配準,其配準誤差小于0.5個像元;(3)對遙感影像進行大氣校正[29]。

2.2 研究方法

2.2.1城市公園土地利用信息提取與景觀特征指標選取

選取廈門市15個代表性公園,基于高空間分辨率的Google Earth(1m)影像,通過人工目視解譯提取各個公園的邊界,并對其內部土地覆蓋類型進行分類(圖1),包括綠地(主要由喬木林組成)、水體和建筑用地。為了研究城市公園對周圍環(huán)境的冷島效應,參考景觀生態(tài)學中景觀參數(shù)定義和先前研究,選擇城市公園面積(park size)、周長面積比指數(shù)(perimeter-area ratio,PAR)、以圓為標準的形狀指數(shù)(landscape index,LSI)、綠地面積(green space area),水體面積(water area)、綠地面積比例(percentage of green space area),水域面積比例(percentage of water area)、人工建筑用地面積比例(percentage of built-up land area)、公園重心到最近海邊的距離共9個景觀格局特征參數(shù)。指標選取不僅考慮了基于表征數(shù)量的面積指標,而且包括表征結構的比例指標、形狀指標和考慮海水對公園的影響。

圖1 研究區(qū)位置、公園空間分布及公園土地利用分類圖Fig.1 Location of study area, showing the urban parks and the landuse types

2.2.2改進版的單通道算法

針對Landsat- 8影像,多種地表溫度算法被開發(fā)。其中,2014年Jimenez-Munoz和Sobrino[30]提出改進版的單通道算法SCJMS被廣為應用。該新算法中修訂了Planck函數(shù)的γ和δ兩個參數(shù)的計算方法,該算法明顯地提高地表溫度計算精度。雖然Landsat- 8 TIRS傳感器有10和11兩個熱紅外波段,但第11波段的定標參數(shù)尚不穩(wěn)定,因此美國地質調查局(USGS)建議采用單通道(或單窗)的算法而不是劈窗算法來反演地表溫度。本研究使用Landsat- 8影像的第10波段和改進版單通道算法來計算廈門市的地表溫度,具體公式和參數(shù)含義如表1所示。

2.2.3城市公園冷島效應強度和影響距離計算

基于緩沖區(qū)分析法,計算公園對其周邊環(huán)境的冷島效應強度和影響距離。根據(jù)公園邊界,以100 m 為間距,向外建立多級緩沖區(qū),直到1200 m。采用ArcGIS強大的空間處理功能,將各緩沖區(qū)域與地表溫度圖疊置,用分區(qū)統(tǒng)計方法建立得到各緩沖區(qū)內的平均地表溫度。城市公園對周圍熱環(huán)境的降溫作用表現(xiàn)為兩個方面：一是公園冷島強度,即降溫的幅度有多大;二是公園冷島的影響距離,即降溫影響的范圍是多少。城市公園對周圍熱環(huán)境的調節(jié)機制如下：由于公園與周邊的熱環(huán)境(地表溫度)不同,兩者之間則進行熱量和水汽交換,這樣使得周邊區(qū)域的熱環(huán)境趨于緩和(即降溫效應),進而改善公園周邊的局地氣候,局地氣候環(huán)流的強度決定著公園降溫的影響范圍[25]。城市公園冷島效應公式見式(1)。

表1 修正的單通道算法公式及其參數(shù)含義

PCI=Tb-Tpark

(1)

式中,PCI為城市公園冷島強度(或公園最大降溫幅度),其值越大說明城市冷島效應越大;Tpark是公園內平均溫度,Tb是距離公園邊界Lmax處的溫度;Lmax指公園冷島效應的最大距離[2, 4]。Lmax的計算方法為：以各公園緩沖帶的距離為自變量,以緩沖帶內公園平均溫度為因變量繪制曲線,在曲線圖中尋求緩沖區(qū)內的平均地表溫度急劇改變或達到相對平緩的位置,該位置對應的距離為Lmax,它意味著公園對周邊環(huán)境的最大的降溫影響范圍。城市公園因其面積大小和結構不同,其冷島效應可能不同,導致各公園曲線拐點變化可能不同,因此其影響距離Lmax可能有較大差異。同時在每個公園的緩沖區(qū)內剔除了較大面積的植被區(qū)和水體等因素,特別是廈門海外城市,需要剔出海水的影響,以減少這些因素對公園降溫效應的干擾。較大的PCI和較大的Lmax值,說明城市公園具有較強的冷島效應,反映城市公園對周圍熱島效應緩解和對熱環(huán)境的調節(jié)作用較大。

3 結果與分析

3.1 城市公園地表溫度特征

圖2顯示廈門市地表溫度及公園溫度的空間分布。不包括海域,研究區(qū)陸地地表平均溫度為(31.26 ± 3.26)℃,城市建筑用地平均溫度(35.15 ± 2.23)℃,公園平均溫度(29.66 ± 1.48)℃?？梢姽珗@溫度不僅低于建筑用地溫度5.49 ℃,也低于陸地溫度1.60 ℃。高溫區(qū)域分布沿著海滄灣、馬鑾灣、杏林灣和同安灣和廈門島西北部呈現(xiàn)海灣型分布的特征,形成了海滄保稅區(qū)、新陽工業(yè)區(qū)、灌口工業(yè)區(qū)、杏林工業(yè)區(qū)、集美北部工業(yè)區(qū)、同安工業(yè)區(qū)、廈門島西北港口區(qū)、廈門現(xiàn)代物流園區(qū)(機場、物流園區(qū)和海港碼頭)等多個高溫組團,熱島效應非常顯著。低溫區(qū)分布較散,海域和廈門島外4個城區(qū)的周邊山體林地呈現(xiàn)出大范圍的低溫區(qū),形成顯著的冷島區(qū)。在城區(qū)內部,零星分布的城市公園和水體也呈現(xiàn)較明顯的冷島區(qū)。表明城市綠地和水體對城市熱島的降溫效應非常顯著。

圖2 廈門地表溫度空間分布和公園溫度分布Fig.2 Maps showing urban land surface temperature (LST) and urban parks LST

圖3 公園面積與公園平均溫度的關系Fig.3 Relationship between urban parks areas and average LSTs of urban parks LSTs, Land surface temperatures

圖3顯示了研究區(qū)公園面積與溫度的關系曲線。隨著公園面積的增加,公園平均溫度在不斷降低,但并非線性降低,兩者為非線性的對數(shù)關系。所有公園中,思明區(qū)的植物園面積最大,為615.06 hm2,其平均溫度也最低為28.95 ℃;集美區(qū)的敬賢公園面積最小4.76 hm2,其平均溫度最高達33.46 ℃。圖3顯示公園面積從1 hm2增加到55 hm2時,公園溫度降低3 ℃左右;但面積從55 hm2增加到100 hm2時,公園溫度僅降低0.5 ℃左右。比如狐尾山公園96.01 hm2,其平均溫度29.49℃,比植物園的平均溫度僅降低0.54 ℃。因此,公園面積可能存在某個臨界值,公園面積增加到該值后,若繼續(xù)增大公園面積,其實對公園熱環(huán)境的改善不顯著。由于城市土地寸土寸金,在規(guī)劃設計公園時,為了獲得較低的土地面積投土、資金投入和較高的公園降溫效應的收益,研究區(qū)公園面積可控制在55 hm2左右。

表2顯示城市公園地表溫度和它的影響因子的多元回歸關系。在多元回歸分析中,公園面積和公園建筑用地面積兩個因子都被保留了下來。公園面積與公園建筑用地面積與公園地表溫度LST顯著相關,說明二者都是影響公園溫度的重要因素。式(2)定量表達了公園面積,公園建筑用地面積與公園地表溫度之間的關系,方程的決定系數(shù)R2達0.915。公園建筑面積與公園地表溫度正相關關系,公園建筑面積的增大會導致公園地表溫度的增加。因為公園建筑用地(包括道路等)屬于不透水面,其不僅具有高吸熱率和高儲熱性的特征,而且其缺乏植被覆蓋,蒸騰蒸發(fā)作用較小,因此地表熱平衡受到破壞,熱量更多地以顯熱的形式交換而導致地表溫度快速上升,產生明顯的增溫現(xiàn)象[32]?；貧w模型中兩個因子的標準化系數(shù)看出,標準化公園面積系數(shù)是公園建筑用地面積系數(shù)的2倍多,說明公式(2)中公園面積因子的貢獻大于后者。在規(guī)劃設計公園時,同樣面積的公園,應該盡量減少建筑用地的面積,這樣會降低公園的平均溫度,進而利于增強公園冷島效應。

y=-1.321 ln(x1) + 0. 556 ln(x2) + 35.218 (R2=0. 915)

(2)

式中,x1為公園面積(hm2),x2為建設用地面積(hm2),y為公園平均溫度(℃)。

表2 城市公園地表溫度與其影響因子的多元回歸分析結果

3.2 城市公園冷島PCI強度分析

圖4 公園綠地面積與公園冷島PCI強度的關系Fig.4 Relationship between green land areas and average PCI intensity for urban parks PCI,park cool island

圖4顯示了研究區(qū)公園綠地面積與PCI強度的關系曲線。隨著公園綠地面積的增加,公園的PCI強度不斷降增加,但并非線性增加,兩者為非線性的對數(shù)關系。所有公園的PCI強度都大于2.4 ℃,即集美敬賢公園具有最小的PCI強度2.49 ℃;最大PCI強度接近6 ℃,為5.63 ℃的海滄動物園(面積145.42 hm2)。而且圖4還表明,當公園綠地面積增加到55 hm2時,公園的PCI強度逐漸減緩,繼續(xù)增加公園綠地面積,PCI強度增加不明顯。公園綠色植被降溫的主要原因有：(1)公園綠色植被具有光合作用和蒸騰作用,能夠吸收周圍環(huán)境中的熱量,同時向周圍環(huán)境散發(fā)/釋放水分,因此降低了周圍空氣溫度[33];(2)綠色植被通過冠層遮蔭,阻擋太陽輻射,減少與地面的能量交換,從而降低地面對空氣的增溫[33- 34];(3)較大的綠地公園,其綠色植被光合作用、蒸騰作用和遮蔭作用都比較強烈,能夠與周邊的熱環(huán)境兩者之間則進行較強的熱量和水汽交換,因而其PCI強度較大,但隨著公園面積的增加,PCI強度并非一直增大。如植物園的面積是仙岳公園面積的2.5倍,但其PCI強度分別是5.45 ℃和5.57 ℃,兩者僅僅相差0.12 ℃。本研究暗示著公園綠地面積存在某個臨界值,公園面積達到該值后,若繼續(xù)增大公園面積,PCI強度趨于穩(wěn)定,其對公園熱環(huán)境的改善不顯著。因此,從公園所投入的建設面積與其降溫效應的收益角度來看,公園綠地面積控制在55 hm2內較為合理。

表3 顯示了各公園冷島PCI強度與其影響因子的多元回歸關系。其中PCI強度與公園綠地面積、公園建筑面積、周長面積比PAR指數(shù)三個因子均在0.05的水平上顯著相關,因此在回歸方程中都被保留下來。水體面積比例對冷島PCI強度的影響不太顯著,所以在回歸方程中被排除。PCI強度與公園綠地面積因子呈現(xiàn)正相關對數(shù)關系,但與公園建筑面積、周長面積比PAR指數(shù)成負相關關系。公園綠地面積因子的標準化系數(shù)大于后兩者,說明它在回歸方程中,公園綠地面積因子的貢獻大于后兩者。公式(3)定量表達了公園綠地面積,公園建筑用地面積,公園形狀指數(shù)與公園地表溫度PCI之間的關系。PCI強度與公園周長面積比PAR呈線性負相關關系,當PAR增大時, PCI強度則變小。而公園的形狀越復雜,則PAR越小,引起PCI強度變大。一方面,公園建筑用地面積的增加,即不透水面比例提高,將導致地表溫度的明顯增加;而降低不透水面的面積,增加公園綠地和水面可以明顯地降低地表溫度,緩解城市熱島效應[35]。另一方面,綠地公園形狀越復雜,公園承載的冷空氣與其周邊環(huán)境的熱量流交換越便利,導致其對周邊的熱環(huán)境影響力越強,即PCI強度變大[19, 25]。因此公園中,減少公園建筑用地面積,增加綠地公園的形狀復雜度,有利于其PCI強度的增加,便于緩解城市公園周圍的熱島效應,即邊界復雜的公園,比同等條件下邊界簡單的公園降溫效果好。

y=0.661 ln(x1)-0.415 ln (x2) -11.036x3+ 3.416 (R2=0. 911)

(3)

式中,x1為公園綠地面積(hm2),x2為建設用地面積(hm2),x3為公園周長與面積比值(km/hm2),y為公園PCI(℃)。

表3 城市公園冷島PCI強度與其影響因子的多元回歸分析結果

Cao等[3]在研究日本名古屋的城市公園的冷島效應時,建立了該區(qū)域的PCI預測模型,在他們的模型中PCI強度與公園中喬木和灌木的面積之和與公園形狀指數(shù)LSI的比值成對數(shù)關系。本研究建立的PCI回歸模型類似于Cao等的研究,也使用了公園綠地的面積和公園的形狀指數(shù)兩個因子。

3.3 城市公園冷島影響距離Lmax分析

表4 顯示了各公園冷島PCI的影響距離及其影響因子的多元回歸關系,其中公園面積和公園水體面積比例兩個因子在0.05水平上顯著相關,因此在回歸模型中都被保留下來。PCI的影響距離Lmax與這兩個因子都呈現(xiàn)正相關關系,而且Lmax與公園面積成對數(shù)關系。隨著公園面積的增加,Lmax開始增長較快,但當公園面積大于一定閾值后,Lmax增加放緩。公式(4)定量表達了公園面積、公園水體面積比例與PCI的影響距離Lmax之間的關系。Lmax與公園水體面積比例線性正相關,因此公園中水體面積的增加,有利于其增加PCI的影響距離,因此更容易緩解城市公園周圍的熱島效應。本研究中五緣灣公園(125.37 hm2)的公園冷島影響距離Lmax達1000 m,該公園是以水體為主的公園,水體面積比例達51.28%。植物園是以森林為主的公園(植被覆蓋度92.17%),但水體比例低于1%,雖然其面積為五緣灣公園的4.9倍,其Lmax值為900 m,仍然低于五緣灣公園。所有公園中,以森林為主的金榜公園(植被覆蓋度95.11%)具有最低的Lmax值(100 m),相比而言,敬賢公園的面積雖然小于金榜公園,但敬賢公園具有27.04%的水體面積,Lmax值達200 m。因此,水體面積比例較大的公園,比同等條件下水體面積較小的公園降溫效果好。為了有減緩城市公園的周邊熱環(huán)境效應,使城市公園冷島的影響距離Lmax增大,在保證公園綠地面積達到一定規(guī)模時,應該提高公園水體的面積比例。

y=129.33 ln(x1) + 3.8781x2- 53.932 (R2=0.719)

(4)

式中,x1為公園面積(hm2),x2為公園水體面積比例(%),y為公園降溫距離(m)。

表4 城市公園冷島效應的影響距離Lmax與其影響因子的多元回歸分析結果

4 結論與討論

以水體和綠色植被等景觀構成的城市公園所形成的城市冷島是改善局地城市熱環(huán)境的一個重要手段。由于快速城市化導致的城市土地資源異常緊缺,如何讓寶貴的公園景觀最大程度發(fā)揮冷島降溫效應,實現(xiàn)改善城市熱環(huán)境的高效益,已成為當前亟待解決的生態(tài)問題之一。本研究基于Landsat- 8和Google Earth遙感數(shù)據(jù),以廈門市15個公園為對象,探索了公園平均地表溫度、城市公園冷島強度和公園冷島影響距離的主要影響因子。

公園內部平均溫度與公園面積和公園建筑用地面積兩個因子顯著相關,與林地或水體面積無顯著相關性。公園面積(配置植被和水體)越大、公園建筑用地面積越低,公園內溫度越低,公園內的冷島效應則越顯著。但隨著公園面積逐漸增加,公園平均溫度的下降速率趨于平緩,本研究區(qū)存在一個公園面積的閾值55 hm2左右;因此,進行公園規(guī)劃設計時,需要綜合平衡所投入的公園總體建設面積大小與其降溫效應的總體收益。

公園對其周邊的熱環(huán)境有顯著的緩解作用。廈門市15個公園中,公園冷島PCI強度范圍為2.49—5.62 ℃,公園冷島影響距離為100—1000 m之間。公園冷島PCI強度主要受公園綠地面積、建設用地面積及公園周長與面積比值3個因子的影響。公園綠地面積越大、建設用地面積越小,公園周長面積比越小,公園冷島PCI強度越大。公園邊界形狀復雜,有助于增強公園冷島PCI強度,利于公園的降溫效應。公園冷島影響距離Lmax與公園面積、水體面積比例顯著正相關,公園面積越大且水體面積比例越高,則Lmax越大。

趙景柱等[7]提出了景感營造的6個主要原則,本研究認為,為了緩解城市局部熱島效應,從規(guī)劃與設計城市公園應至少涉及到了2個原則：方位的順脈性和營造過程的漸進性原則。在方位的順脈性方面,景感營造的設計者規(guī)劃公園時,需要考慮公園的特點、周邊相關生態(tài)系統(tǒng)的特點、公園內部空間要素布局的需要,設定公園的位置、面積大小、公園組成及空間配置。這些人為規(guī)劃的公園未必能達到較滿意的公園冷島PCI和最遠的冷島影響距離,因此,公園景感營造的過程是漸進性的。即使已建立的公園,其位置和公園面積大小無法改變,但公園的內部組成和空間結構可以進行適當調整。

表5總結了本研究與相關城市公園冷島效應的研究。城市公園的冷島效應首先體現(xiàn)在對公園內部小氣候的影響。城市公園的“冷島效應”面積存在閾值,超過該閾值,其冷島效率增加緩慢,所以進行公園景感營造,需要首先確定公園面積大小。但這個閾值在不同城市可能不同,本研究和廣州[20]、北京[25]的公園類似,公園閾值為55 hm2左右,重慶山城的公園閾值[36]僅為14 hm2。設計太小的公園面積,比如小于2 hm2[3],這樣的冷島效應不明顯。

公園冷島效應也體現(xiàn)在對公園周圍一定距離內的顯著影響,包括PCI強度和冷島影響距離Lmax兩個參數(shù)。表5顯示這兩個參數(shù)在不同的城市有一定的差異,墨西哥城的公園冷島作用距離Lmax甚至達2 km[16]。因為不同的城市公園不僅經緯度不同,而且同一個城市的公園內部土地利用組成比例、形狀、空間配置等因子往往也不同,因此,影響著公園冷島PCI強度和Lmax。但目前對公園冷島效應的關鍵因子等方面存在諸多不確定性[16]。表5也證實不同城市,公園冷島效應的關鍵因子有一定的差異。表5顯示,綠地面積、水體面積、形狀指數(shù)、三維綠量、時間尺度(如季節(jié)變化)、喬木和灌木林的面積、建筑用地面積比例、和空氣相對濕度等因子可能是某些城市公園冷島效應的重要因子。除了這些因子,風也是緩解城市熱島的因子之一,因為良好的空氣流通可以帶走城市中的熱量。先前的研究[37- 38]表明福州之所以演化為“火爐”城市,除了城市不透水面比例不斷增加,植被和水體比例降低外的原因外,另一個重要原因就是其城市通風廊到受阻,即由于開發(fā)建設的高密度、高層建筑猶如巨大屏風阻擋了該區(qū)域的主要海風入口。城市(或公園)的通風廊道通常以道路為載體,因此為了減緩城市熱島,如何規(guī)劃構建與當?shù)刂鲗эL向一致的林蔭大道、適度增加路網(wǎng)密度、建立與空氣流通方向一致的低、中層建筑、限制建筑高度、減少建筑密度和增加通風空間等,應該成為景感營造中的一個研究重點。此外,人為活動排放的熱量對公園冷島效應的影響,目前鮮有報道。在城市公園規(guī)劃設計時,需要綜合考慮這些因子,從而更好的發(fā)揮公園對周邊環(huán)境的降溫效應,改善城市的熱環(huán)境,提高城市的“宜居性”。

表5 主要城市公園冷島效應的研究案例結果

充分利用景感生態(tài)學的理念,后續(xù)的許多問題需要進一步研究：本研究選取了15個公園,后續(xù)的研究將擴展公園樣本進行更為深入分析;隨著時間的推進,不僅氣候發(fā)生變化,而且公園的內部結構也可能發(fā)生變化(如土地利用類型比例變化、樹種搭配變化和植被結構變化等),因此需要進行時間序列的公園冷島效應研究;目前反演地表溫度采用Landsat- 8影像,其熱紅外波段的空間分辨率較低(100 m),導致混合像元問題,因此對研究結果有一定的影響?？煽紤]采用高分五號衛(wèi)星40 m空間分辨率的熱紅外影像、10 m多光譜分辨率的哨兵Sentinel- 2影像并結合地表溫度細化算法,獲得高空間分辨率的地表溫度進行分析;公園冷島的影響因子比較多,可增加風因子、公園內樹種類型、植被蓄積量和其他合適的景觀格局指數(shù)等因子進行分析。