陳斌，徐尚昭，楊頂田，王宏志

(1.核工業(yè)二九○研究所 廣東省環(huán)境保護(hù)核輻射追蹤研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，廣東 韶關(guān) 512029；2.廣東省放射性生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程技術(shù)研究中心，廣東 韶關(guān) 512029；3.中國科學(xué)院南海海洋研究所 廣東省海洋遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510301；4.華中師范大學(xué) 城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，武漢 430079)

0 引言

城市景觀格局分析是城市景觀生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容，是正確認(rèn)識(shí)城市景觀結(jié)構(gòu)、有效保護(hù)和合理規(guī)劃城市景觀的前提條件，對(duì)于城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要的基礎(chǔ)性作用[1]。近年來，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，城市地表結(jié)構(gòu)和景觀格局均發(fā)生了不同程度的變化。同時(shí)，由于人類活動(dòng)產(chǎn)生的大氣污染物及人工熱源的過度排放，使得城市下墊面熱力性質(zhì)發(fā)生了顯著改變，導(dǎo)致城市中心城區(qū)地表氣溫明顯高于郊區(qū)，產(chǎn)生城市“熱島效應(yīng)”[2]?！盁釐u效應(yīng)”這一概念是由Luke Howard等于1818年首次提出的，隨后國內(nèi)外眾多學(xué)者開始對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行了系統(tǒng)性探究[3]。文獻(xiàn)[4-5]研究發(fā)現(xiàn)，熱島效應(yīng)是城市發(fā)展到一定階段的必然結(jié)果。城市熱島不僅會(huì)改變城市下墊面熱力性質(zhì)差異、影響城市大氣降水及大氣環(huán)流過程，而且還會(huì)加大城市能源消耗[6-7]、加劇大氣污染[8-9]，甚至還會(huì)影響城市生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和城市人居環(huán)境的舒適度[10-12]。

當(dāng)前，國內(nèi)外學(xué)者在公園布局、公園內(nèi)部景觀格局與城市熱環(huán)境間的關(guān)系等方面進(jìn)行了大量系統(tǒng)性研究，并取得了一系列研究成果。有學(xué)者從不同時(shí)間序列角度分析了城市公園景觀格局對(duì)周邊熱環(huán)境的影響，部分學(xué)者在不同空間尺度上探討了公園景觀格局的熱環(huán)境效應(yīng)。研究的空間范圍也從公園內(nèi)部延伸到公園周邊一定緩沖區(qū)范圍內(nèi)，研究方法也呈現(xiàn)多種多樣，例如文獻(xiàn)[13-15]利用實(shí)地監(jiān)測方法對(duì)公園景觀熱環(huán)境影響進(jìn)行研究，文獻(xiàn)[16-17]利用溫度反演算法對(duì)城市公園景觀熱環(huán)境進(jìn)行探究。溫度反演研究方法也從傳統(tǒng)IB算法(image-based method)，發(fā)展到后來的針對(duì)不同城市大氣水汽含量狀況提出的單窗及單通道算法。但現(xiàn)有研究多是立足于城市這一宏觀尺度層面，來探討公園景觀結(jié)構(gòu)或者公園內(nèi)部單一類型景觀對(duì)城市熱環(huán)境影響，而從城市公園整體分布格局和公園內(nèi)部景觀結(jié)構(gòu)特征對(duì)城市熱環(huán)境響應(yīng)的研究尚不多見。鑒于此，本文選取武漢市主城區(qū)21個(gè)公園(面積>10 hm2)作為研究對(duì)象，基于Landsat-8 OLI遙感影像，采用基于遙感影像的溫度反演算法對(duì)武漢市主城區(qū)地表溫度進(jìn)行了反演；并進(jìn)一步對(duì)公園內(nèi)部景觀構(gòu)成、斑塊形態(tài)和空間布局與城市熱環(huán)境之間的關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)性探究，以期能為城市公園規(guī)劃選址、公園內(nèi)部景觀設(shè)計(jì)及有效緩解城市熱島效應(yīng)提供決策和依據(jù)。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

武漢市(29°58′N～31°22′N，113°41′E～115°05′E)地處江漢平原東部的長江中下游平原，東臨鄂州、西接孝感、南連咸寧、北通黃岡，長江和漢江貫穿而過，“兩江分三鎮(zhèn)”構(gòu)成了武漢最基本的地理分布格局[18]。武漢市屬亞熱帶季風(fēng)濕潤性氣候，氣候溫暖而濕潤，全年平均氣溫在15.6～17.5 ℃，年均降水量1 100～1 450 mm，且降水集中分布在夏季6—8月，植被類型以落葉闊葉林和常綠闊葉林為主，地勢整體呈現(xiàn)東高西低分布態(tài)勢，平原丘陵交錯(cuò)分布，地貌類型主要以平原為主。區(qū)域內(nèi)部水熱組合條件較好，河網(wǎng)密布，農(nóng)業(yè)自然資源條件得天獨(dú)厚，享有“漁米之鄉(xiāng)”的美譽(yù)。

1.2 數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)預(yù)處理

1)公園矢量數(shù)據(jù)。利用武漢市人民政府網(wǎng)站提供的主城區(qū)綠地系統(tǒng)規(guī)劃和主要公園分布圖(http：//www.wuhan.gov.cn/)，將公園景觀劃分成不透水層、林地、草地和水體四種類型，采用人機(jī)交互解譯方法得到研究區(qū)21個(gè)公園的景觀分類結(jié)果(圖1)，并統(tǒng)計(jì)出各公園面積大小(表1)。

圖1 研究區(qū)公園景觀分類提取結(jié)果圖

表1 武漢市主城區(qū)公園統(tǒng)計(jì)表圖

2)遙感數(shù)據(jù)。選取2016年7月23日Landsat-8 OLI衛(wèi)星影像((條編號(hào)：123，行編號(hào)：39)，來源于中國科學(xué)院資源與環(huán)境數(shù)據(jù)中心遙感影像數(shù)據(jù)庫，http：//www.resdc.cn/)。高分2號(hào)是我國自主研發(fā)的第一顆空間分辨突破1 m的民用衛(wèi)星，擁有兩臺(tái)成像光譜相機(jī)：一臺(tái)為空間分辨率1 m的全色光譜相機(jī)，星下點(diǎn)空間分辨率達(dá)到了0.8 m；另一臺(tái)為空間分辨率4 m的多光譜相機(jī)，星下點(diǎn)空間分辨率為3.2 m[19]。隨著2015年高分2號(hào)正式投入使用，標(biāo)志著我國遙感衛(wèi)星正式進(jìn)入到亞米級(jí)的“高分時(shí)代”[20]。

數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括：對(duì)研究區(qū)Landsat和高分遙感影像進(jìn)行幾何校正、配準(zhǔn)等工作，再利用矢量邊界數(shù)據(jù)裁剪高分影像得到研究區(qū)范圍；對(duì)精校正后的高分2號(hào)影像的多光譜和全色影像進(jìn)行融合處理，得到研究區(qū)分辨率為0.8 m的高分遙感影像；對(duì)影像進(jìn)行全方位、多尺度分割，并將分割后的影像進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化拉伸處理，得到待分類影像斑塊。

2 研究方法

2.1 高分遙感影像多尺度分割算法

面向?qū)ο蠖喑叨确指钏惴ㄊ且环N自下而上的區(qū)域生長分割方法[21-22]，主要根據(jù)地物光譜特征差異，通過設(shè)置不同分割參數(shù)(分割尺度、光譜均值、緊湊度及標(biāo)準(zhǔn)差等)大小，得到不同大小遙感影像地類斑塊。當(dāng)分割尺度設(shè)置過大時(shí)，同質(zhì)斑塊就會(huì)分割得過于零碎，不能真實(shí)反映出地物景觀空間分布；若參數(shù)設(shè)置過小，異質(zhì)性地物斑塊就不能被完整分割開。因此，分割操作中如何設(shè)置合適的分割參數(shù)顯得至關(guān)重要。多尺度分割本質(zhì)上是一個(gè)逐步調(diào)整分割參數(shù)大小的過程，即不斷合并同質(zhì)性景觀斑塊、分割異質(zhì)性景觀斑塊，直到最終異質(zhì)性斑塊分割達(dá)到預(yù)期理想效果。

2.2 地表溫度反演算法

IB算法是Weng等[23]于2004年提出的，因其在反演地表溫度時(shí)只需要地表比輻射率這一參數(shù)，計(jì)算過程相對(duì)簡單，在實(shí)際應(yīng)用中較為廣泛。IB算法溫度反演的方法如式(1)所示。

(1)

式中：Ts為地表溫度(K)；T為輻射亮度；ε為地表比輻射率；ρ=0.014 38 mK。針對(duì)本研究中選用的Landsat-8，熱紅外中心波長λ=12 μm。

輻射亮度T的計(jì)算分兩步：首先，將遙感影像的DN值轉(zhuǎn)化為輻射強(qiáng)度值；然后，根據(jù)輻射亮度計(jì)算地表亮度溫度值。計(jì)算方法如式(2)、式(3)所示。

Lλ=MI×Qdn+AI

(2)

(3)

式中：Lλ表示傳感器輻射強(qiáng)度大?。籑I表示增益；AI表示偏移量；Qdn為像元亮度值；T表示輻射亮溫；k1、k2為預(yù)設(shè)常量。在Landsat-8元文件中可以查詢到，MI=2.243×10-4，AI=0.1。對(duì)于Landsat-8影像，k1=480.89，k2=1 201.14。

地表比輻射率ε的計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，而且受地表物質(zhì)結(jié)構(gòu)和傳感器波段區(qū)間影響較大。根據(jù)已有研究，將地表景觀分成城鎮(zhèn)、水體和自然地表三類，針對(duì)不同地表類型，地表比輻射率計(jì)算也有所差異[24]。具體計(jì)算方法如下。

當(dāng)NDVI<0時(shí)，該像元被認(rèn)定為水體，ε取值大小為0.995。

當(dāng)0< NDVI<0.7時(shí)，該像元被認(rèn)定為城鎮(zhèn)像元，ε的計(jì)算如式(4)所示。

εbuilding=0.958 9+0.086Fv-0.067 1Fv2

(4)

當(dāng)NDVI≥0.7時(shí)，該像元被認(rèn)定為自然地表，ε的計(jì)算如式(5)所示。

εsurface=0.962 5+0.061 4Fv-0.046 1Fv2

(5)

式中：εbuilding、εsurface分別表示城鎮(zhèn)和自然地表像元的比輻射率；Fv表示植被覆蓋度，其計(jì)算如式(6)所示。

(6)

式中：NDVI表示歸一化植被指數(shù)；NDVIs=0；NDVIv=0.7。當(dāng)某一像元NDVI>0.7時(shí)，F(xiàn)v取值為1；當(dāng)像元NDVI<0時(shí)，F(xiàn)v取值為0。

NDVI可以直觀反映出區(qū)域植被的生長狀況，NDVI取值范圍在0～1之間，數(shù)值越大，表示植被覆蓋度越高；反之，植被覆蓋度越低。

2.3 公園景觀類型熱環(huán)境定量評(píng)價(jià)方法

從公園內(nèi)部景觀構(gòu)成、斑塊形態(tài)以及景觀空間布局三個(gè)方面分析其對(duì)公園周邊熱環(huán)境的影響效應(yīng)。景觀構(gòu)成表示公園內(nèi)部不同景觀類型面積大??；斑塊形態(tài)又稱景觀形狀指數(shù)，通常計(jì)算某一斑塊形狀與相同面積的圓或正方形之間的偏離程度來測量其形狀復(fù)雜程度；空間布局及聚合度指數(shù)表示同一斑塊類型像素間聚合成斑塊的鄰接關(guān)系。公園景觀定量分析評(píng)價(jià)指標(biāo)如表2所示。

表2 武漢市公園景觀特征指標(biāo)

3 結(jié)果與分析

3.1 武漢市主城區(qū)城市地表溫度反演

本文采用IB算法對(duì)主城區(qū)內(nèi)部地表溫度進(jìn)行反演，得到地表溫度分布結(jié)果，并進(jìn)一步利用自然斷點(diǎn)法將結(jié)果分成五個(gè)等級(jí)(表3)，分級(jí)結(jié)果如圖2所示。由分級(jí)結(jié)果可知，低溫和中低溫區(qū)主要分布在長江、漢江以及湖泊中心和主城區(qū)東南部地區(qū)，而中溫區(qū)主要分布在灘涂以及中心城區(qū)外圍，而高溫、中高溫區(qū)主要分布在中心城區(qū)內(nèi)部的核心區(qū)，如江漢區(qū)、江岸區(qū)和青山區(qū)等城區(qū)中心。

表3 地表溫度分級(jí)統(tǒng)計(jì)表 ℃

圖2 武漢市中心城區(qū)地表溫度反演結(jié)果圖

3.2 公園景觀特征對(duì)其內(nèi)部熱環(huán)境影響

為分析公園景觀特征的熱環(huán)境效應(yīng)，將研究區(qū)公園矢量數(shù)據(jù)與Landsat-8 OLI遙感影像反演得到的地表溫度結(jié)果進(jìn)行空間疊加分析。由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，主城區(qū)21個(gè)公園的平均溫度為28.25 ℃，比武漢市主城區(qū)內(nèi)部平均溫度31.03 ℃低2.78 ℃，這表明公園在城市中心形成了明顯的“冷島區(qū)”，公園景觀能夠?qū)Τ鞘兄苓叚h(huán)境產(chǎn)生降溫調(diào)節(jié)作用。為進(jìn)一步探討公園內(nèi)部景觀組成與公園內(nèi)部平均溫度之間的定量關(guān)系，本文選取公園內(nèi)部不同景觀面積、不同景觀類型占比等量化指標(biāo)以及公園內(nèi)部平均溫度在SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件中進(jìn)行相關(guān)性分析，分析結(jié)果如表4所示。其中：SI為公園形狀指數(shù)；AP為林地面積；Ag為草地面積；AW為水體面積；PI為不透水層比例；PC為公園周長；PA為公園面積；PAC為公園周長面積比。

表4 公園平均溫度與景觀特征指標(biāo)之間的相關(guān)性分析

從城市公園景觀組成上看，公園內(nèi)部植被(林地和草地)面積與其平均溫度之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，即公園內(nèi)部植被面積越大，公園平均溫度越低，這是由于綠色植物可以通過蒸騰作用，吸收地表大氣中的部分熱量，同時(shí)產(chǎn)生水汽，從而使得公園內(nèi)部平均溫度低于周邊地區(qū)。此外，公園內(nèi)部平均溫度與公園內(nèi)部水體面積之間呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)性，而與不透水層面積占比之間則呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)性，相關(guān)性系數(shù)分別為-0.846(R2=0.716 1)、0.799(R2=0.638 9)。這表明公園內(nèi)部水體面積越大，公園平均溫度越低，公園不透水層占比越高，公園平均溫度也越高。這是由于公園內(nèi)部水體比熱容較大，而且能通過蒸發(fā)作用吸收了空氣中的部分熱量，使得公園地表溫度低于周邊，而公園內(nèi)部不透水層多屬于人造硬質(zhì)地表，比熱容小，透水性差，受熱時(shí)溫度上升較快，使得上層地表溫度明顯高于其他類型景觀。

通過建立研究區(qū)公園地表平均溫度與內(nèi)部植被面積定量模型(圖3)可知，公園中植被面積大小從0增加到150 hm2時(shí)對(duì)溫度的影響相對(duì)顯著，即當(dāng)公園內(nèi)部植被面積大小增加到一定值時(shí)，面積變化對(duì)公園內(nèi)部平均溫度的降溫影響將明顯減弱。因此，從城市公園景觀合理規(guī)劃建設(shè)角度上來看，城市公園內(nèi)部植被面積可以控制在150 hm2范圍內(nèi)。由水體面積和公園平均溫度回歸分析模型可知(圖3)，在一定閾值范圍內(nèi)，公園平均溫度隨公園內(nèi)部水體面積增加而下降，公園水體面積大小從0增大到200 hm2時(shí)對(duì)溫度的影響相對(duì)顯著。因此，從城市內(nèi)部公園景觀合理規(guī)劃建設(shè)角度上來看，城市公園內(nèi)部水體面積應(yīng)該控制在200 hm2范圍內(nèi)相對(duì)合理。由公園內(nèi)部平均溫度與不透水層占比回歸分析結(jié)果(圖3)可知，公園內(nèi)部平均溫度隨不透水層面積占比增加而增加，二者之間線性擬合斜率達(dá)到了13.565(R2=0.638 9)，即公園內(nèi)部不透水層占比每增加10%，公園內(nèi)部平均溫度將上升1.356 ℃。因此，在城市公園景觀規(guī)劃時(shí)，應(yīng)該充分考慮不透水層景觀面積大小，在根據(jù)公園實(shí)際面積大小和合理規(guī)劃景觀類型構(gòu)成的基礎(chǔ)上盡可能減少不透水層面積比重。

圖3 公園平均溫度與多指標(biāo)因子回歸分析結(jié)果

從公園景觀斑塊形態(tài)特征上來看，公園內(nèi)部平均溫度與公園周長、面積之間呈現(xiàn)出較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R2分別達(dá)到了0.505 4和0.669 8。為進(jìn)一步探討公園周長及面積整體上對(duì)公園內(nèi)部熱環(huán)境效應(yīng)影響，本文在Wiens等[25]研究的基礎(chǔ)上，對(duì)公園內(nèi)部平均溫度和周長面積比之間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸分析。研究發(fā)現(xiàn)，公園平均溫度與公園周長面積比之間呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)性(R2=0.709 5)，這與Wiens等的研究結(jié)果相吻合。由圖3可知，公園周長面積比值越大，公園形狀指數(shù)相對(duì)越復(fù)雜，公園內(nèi)部物質(zhì)能量交換越容易，所以公園內(nèi)部平均溫度也就越高。即隨著公園斑塊形態(tài)越復(fù)雜，對(duì)應(yīng)的平均溫度也就越高。從回歸分析模型擬合結(jié)果上來看，周長面積比與公園平均溫度的擬合結(jié)果明顯優(yōu)于單一面積或周長和公園平均溫度的擬合結(jié)果。

3.3 公園對(duì)周邊環(huán)境降溫范圍及降溫幅度

已有研究表明，因公園形狀、大小以及公園內(nèi)部景觀組成差異，公園對(duì)其周邊環(huán)境的影響范圍和降溫幅度存在一定差異，通常公園對(duì)其周邊環(huán)境溫度的影響輻射范圍從幾十米到上千米不等，但一般不會(huì)超過公園寬度的1.5倍[26]。由于武漢市主城區(qū)內(nèi)部江河湖泊眾多，為減少水體對(duì)公園景觀熱環(huán)境效應(yīng)研究產(chǎn)生的干擾，本文在剔除漢口江灘公園、青山江灘公園和漢水公園等受周邊環(huán)境影響較大的公園基礎(chǔ)上，對(duì)研究區(qū)21個(gè)公園進(jìn)行多環(huán)緩沖區(qū)分析，同時(shí)剔除緩沖區(qū)內(nèi)水體和不透水層面積較大的干擾區(qū)域。以研究區(qū)中山、四美塘、南湖幸福灣和楊春湖4個(gè)公園為例，建立公園緩沖區(qū)具體操作流程為：借助ArcGIS多環(huán)緩沖區(qū)分析工具，以公園的邊界向外以120 m為間隔做緩沖區(qū)分析，以公園寬度的1.5倍為最遠(yuǎn)緩沖帶，剔除干擾區(qū)域后計(jì)算各個(gè)環(huán)緩沖環(huán)內(nèi)的地表溫度平均值。4個(gè)公園剔除干擾區(qū)后建立的緩沖區(qū)結(jié)果如圖4所示。

圖4 案例公園緩沖區(qū)示意圖

為進(jìn)一步探討研究區(qū)公園對(duì)周邊環(huán)境的降溫影響范圍和降溫幅度大小，對(duì)公園一定緩沖區(qū)內(nèi)平均溫度和緩沖區(qū)距公園邊界的距離進(jìn)行相關(guān)性分析。以緩沖區(qū)距公園外邊界距離大小L為自變量，以各緩沖區(qū)內(nèi)的平均溫度T作為因變量，擬合出緩沖區(qū)距離L和緩沖區(qū)內(nèi)平均溫度T的幾何曲線。根據(jù)已有研究成果，通過對(duì)緩沖區(qū)距離公園邊界長度和緩沖環(huán)內(nèi)平均溫度進(jìn)行擬合分析[27]，得到研究區(qū)21個(gè)公園對(duì)周圍環(huán)境的最大影響距離(Lmax)(表6)。由結(jié)果可知，在公園對(duì)周圍環(huán)境影響范圍達(dá)到最大值Lmax之前，溫度變化規(guī)律同擬合多項(xiàng)式上升階段變化相一致，當(dāng)緩沖環(huán)最大距離達(dá)到Lmax之后，公園對(duì)周邊環(huán)境溫度的影響趨近平穩(wěn)。綜上所述，本文通過三次多項(xiàng)式擬合得到研究區(qū)公園緩沖區(qū)距離L和緩沖環(huán)內(nèi)平均溫度T的變化曲線，其中選取的墨水湖公園和湯湖公園周邊緩沖區(qū)內(nèi)溫度與距離公園外邊界距離的溫度變化曲線如圖5所示，然后通過導(dǎo)數(shù)求極值法得到不同公園對(duì)周邊環(huán)境的最大影響范圍Lmax。研究表明，主城區(qū)21個(gè)公園向外作緩沖區(qū)，緩沖區(qū)距離L和緩沖環(huán)內(nèi)平均溫度T之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，R2均大于0.6。研究區(qū)公園對(duì)周邊環(huán)境的降溫影響范圍Lmax、最大降溫幅度ΔTmax的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表5所示。

表5 公園對(duì)周圍環(huán)境的降溫影響范圍和幅度

圖5 案例公園緩沖區(qū)內(nèi)溫度隨距離變化圖

3.4 公園景觀特征對(duì)周邊熱環(huán)境影響

為進(jìn)一步探究公園景觀特征指標(biāo)與公園降溫幅度、降溫范圍之間的定量關(guān)系，對(duì)研究區(qū)21個(gè)公園降溫影響范圍、降溫幅度與公園景觀特征指標(biāo)之間開展相關(guān)性分析，如表6所示，其中：SI為公園形狀指數(shù)；AF為林地面積；AL為草地面積；AW為水體面積；AI為不透水層面積；AIF為林地聚集度；AIG為草地聚集度；AIW為水體聚集度；AII為不透水層聚集度。結(jié)果表明，公園對(duì)周邊環(huán)境的降溫距離L與公園內(nèi)部林地、水體面積大小之間呈現(xiàn)出較強(qiáng)的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.678、0.732。這表明公園內(nèi)部林地和水域面積越大，公園對(duì)周邊環(huán)境的降溫效果也越明顯。這是由于公園內(nèi)部林地和水體分別通過蒸騰及蒸發(fā)作用吸收了公園內(nèi)部地表的熱量，同時(shí)在地面水平氣壓梯度力的作用下形成了風(fēng)，使公園便于和周邊環(huán)境在水平方向上進(jìn)行熱量和水汽交換，從而使得公園周邊環(huán)境水平方向上的溫差減小，有效緩解了周圍硬質(zhì)地表因比熱容低，在吸收大氣熱輻射時(shí)溫度急劇上升的影響。由公園景觀熱環(huán)境影響范圍與公園林地和水體面積的擬合結(jié)果(圖6)可知，水域面積大小對(duì)公園周邊熱環(huán)境影響比其他類型景觀更為顯著。植被對(duì)公園周邊環(huán)境影響程度呈現(xiàn)先急劇上升，當(dāng)植被面積達(dá)到一定閾值后，公園對(duì)周邊環(huán)境溫度的影響程度又開始逐漸減小，最終趨于平緩。公園水體面積大小和公園對(duì)周邊熱環(huán)境影響范圍之間呈現(xiàn)出較強(qiáng)的相關(guān)性，相關(guān)性系數(shù)R2達(dá)到了0.510 6，且公園水域面積每增加10 hm2，公園對(duì)周邊環(huán)境的最大影響范圍就增加21 m。林地面積對(duì)公園周邊環(huán)境的影響效應(yīng)主要表現(xiàn)為，公園影響范圍先隨林地面積增加而逐步擴(kuò)大，當(dāng)林地面積大小達(dá)到一定閾值時(shí)，公園對(duì)周邊環(huán)境溫度的影響范圍便不再繼續(xù)增加。

表6 公園內(nèi)部景觀特征指標(biāo)與Lmax、ΔTmax相關(guān)性分析

圖6 公園林地面積和水體面積與景觀熱環(huán)境影響范圍擬合結(jié)果

從公園對(duì)周邊環(huán)境的降溫幅度上來看，公園內(nèi)部的景觀異質(zhì)性是造成公園對(duì)周邊環(huán)境降溫幅度產(chǎn)生差異的主要原因之一。公園最大降溫幅度與水體面積之間存在顯著的正相關(guān)性，而與不透水層面積和聚集度指數(shù)之間呈現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)性。這表明公園中林地面積越大，不透水地表面積越小，公園對(duì)周邊環(huán)境的降溫效果越明顯。同時(shí)，公園地表不透水層越分散，公園對(duì)周邊環(huán)境的降溫幅度也越大。因此，從緩解城市熱島效應(yīng)和提升城市人居環(huán)境適宜性角度上來看，城市公園在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)在保證植被和水體面積占比的前提下，嚴(yán)格控制不透水層地表面積占比，同時(shí)盡可能使得不透水層地表呈破碎狀分布。

4 結(jié)束語

本文選取武漢市主城區(qū)21個(gè)公園作為研究對(duì)象，采用人機(jī)交互方法對(duì)公園內(nèi)部景觀進(jìn)行遙感解譯，運(yùn)用IB算法對(duì)主城區(qū)地表溫度進(jìn)行反演，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了城市公園及其內(nèi)部景觀特征對(duì)周邊環(huán)境的熱效應(yīng)影響。主要研究結(jié)論如下。

1)武漢市主城區(qū)地表溫度分布格局存在明顯的空間差異性，高溫區(qū)主要集中在多以建設(shè)用地為主的江岸區(qū)、江漢區(qū)和青山區(qū)等城市核心區(qū)附近，而低溫區(qū)則主要集中分布在以水體和綠色植被為主的洪山區(qū)周邊和主城區(qū)外圍，同時(shí)在長江、漢江及大型湖泊水體表面，形成明顯的“冷島”集聚區(qū)。

2)不同類型景觀的熱環(huán)境效應(yīng)之間存在明顯差異，其中不透水層地表平均溫度最高，達(dá)到了36.19 ℃，而林地、草地和水體等景觀平均溫度相對(duì)較低，均在30 ℃以下，其中水體平均溫度最低，為27.57 ℃。這表明公園內(nèi)部植被和水體能夠一定程度上緩解城市熱島效應(yīng)。

3)林地、草地及水體面積大小與公園平均溫度之間存在明顯的負(fù)相關(guān)性，而不透水層面積大小和公園平均溫度之間存在顯著的正相關(guān)性。即在一定閾值范圍內(nèi)，公園內(nèi)部林草地和水體面積越大、不透水層面積越小，公園內(nèi)部平均溫度也就越低；反之，公園內(nèi)部平均溫度越高。由此可見，在公園內(nèi)部林地、草地和水體上空容易形成低溫集聚區(qū)，而不透水層地表上空則易形成高溫集聚區(qū)。

4)不同公園因面積大小和內(nèi)部景觀異質(zhì)性對(duì)周邊環(huán)境溫度的影響范圍和降溫幅度也存在明顯差異，其中，月湖公園對(duì)周邊環(huán)境的降溫影響范圍最廣、降溫幅度最大，分別為1 106.25 m和4.80 ℃，而青山公園的降溫范圍最小，為287.5 m，王家墩公園的降溫幅度最小，僅為1.50 ℃。

5)公園降溫影響范圍和降溫幅度與公園中林草地面積、林草地景觀聚集度呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)性，而與不透水層面積和景觀聚集度之間呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)性。即公園內(nèi)部林草地和水體面積越大，對(duì)周邊環(huán)境的降溫影響范圍越廣。同時(shí)，公園內(nèi)部林草地斑塊越復(fù)雜，不透水層面積越小且斑塊越分散，公園對(duì)周邊環(huán)境的影響范圍和降溫幅度越大。

公園景觀作為城市景觀的重要組成部分，不僅為周邊居民提供了休閑娛樂場所，而且能在一定程度上調(diào)節(jié)區(qū)域氣候。武漢市素有“百湖之城”的美譽(yù)，其轄區(qū)內(nèi)部河流湖泊眾多，長江和漢江貫穿全境，且分布有湯遜湖、牛山湖、魯湖、后官湖和東湖等湖泊，城市內(nèi)部大氣中水汽含量較高。本文采用基于影像的溫度反演算法提取地表溫度，未考慮到空氣中水汽含量對(duì)溫度的影響。如何運(yùn)用多種溫度反演算法對(duì)反演結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，將是今后研究的重要方向。