田 琴 李小馬

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，湖南 長沙 410125）

0 引言

城市熱島效應(yīng)是指城市地區(qū)溫度明顯高于城市周邊鄉(xiāng)村溫度的現(xiàn)象。綠地是城市的基本要素，植物有遮陰和蒸騰作用。當(dāng)綠地面積達(dá)到一定范圍后，可以緩解城市熱島效應(yīng)。綠地規(guī)模與溫度或城市熱島強(qiáng)度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，增加綠地規(guī)模能夠緩解城市熱島效應(yīng)。然而，大多數(shù)城市增加綠地面積是非常困難的。在此背景下，人們開始關(guān)注景觀格局的調(diào)控作用。景觀格局體現(xiàn)了各類景觀的組成與空間配置。景觀組分指景觀類型的成分占比，空間配置主要指景觀要素的形狀、集聚性、異質(zhì)性等［1］。城市規(guī)劃決定景觀特征的類型、數(shù)量和空間格局，因此，合理布局城市規(guī)劃是改善城市熱環(huán)境的有效手段。在實(shí)踐層面，厘清綠地景觀格局影響城市熱島的作用機(jī)制，尋求合理的綠地空間格局，實(shí)現(xiàn)城市綠地降溫效應(yīng)最大化，以及合理調(diào)整城市空間布局，對緩解城市熱環(huán)境具有重要意義。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 景觀組成對熱環(huán)境的影響

綠地可以降溫，增加綠地面積可以有效緩解城市熱島效應(yīng)。隨著綠地規(guī)模的增加，降溫效果也會(huì)增加。然而，研究發(fā)現(xiàn)，溫度與城市街區(qū)的植被覆蓋率存在非線性關(guān)系［2］。XU等［3］研究認(rèn)為，城市規(guī)劃中綠化覆蓋率應(yīng)不低于30%，綠地覆蓋率不低于20%。YAN等［4］在研究公園對城市的降溫作用中發(fā)現(xiàn)，公園對其附近的城市環(huán)境有冷卻作用，這種冷卻作用從公園邊界延伸約1.4 km，但綠地空間的降溫效率會(huì)隨著與城市綠地距離的增加而降低。晏海［5］研究表明，測點(diǎn)氣溫主要受測點(diǎn)周圍半徑范圍內(nèi)植被覆蓋率的影響，且隨著范圍的增大，空氣溫度與植被覆蓋率的相關(guān)性逐漸降低，到一定范圍后又開始逐漸回升。綠地覆蓋率對氣溫的影響也具有明顯的時(shí)間異質(zhì)性。植被夜間的降溫作用強(qiáng)于白天，但隨季節(jié)變化略有不同［6］。植被在冬季夜晚、夏季白天和夏季夜晚均有顯著的降溫效應(yīng)，降溫強(qiáng)度呈現(xiàn)出冬季夜晚＞夏季夜晚＞夏季白天＞冬季白天的趨勢。夏季，半徑100 m以內(nèi)地區(qū)的植被覆蓋率對氣溫影響顯著；冬季，半徑500 m以上地區(qū)的植被覆蓋率對氣溫影響顯著［7］。夏季中午，氣溫與樹木蓋度的最大相關(guān)系數(shù)出現(xiàn)在半徑 20 m以內(nèi)；夏季晚上，半徑150 m樹木覆蓋與空氣溫度之間的相關(guān)系數(shù)最高［8］。植被覆蓋率影響空氣溫度的最佳尺度見表1。

表1 植被覆蓋率對空氣溫度的最佳尺度的影響

1.2 綠地空間配置對熱環(huán)境的影響

除了綠地面積，綠地空間配置對熱環(huán)境也有顯著影響。增加綠地面積和改變綠地的幾何形狀，可極大提高綠地的降溫效應(yīng)。公園景觀的平均溫度隨公園面積、邊界長度的增加而減小，隨公園周長面積比增大而增長［10］。然而，對同一景觀格局指數(shù)，仍有一些研究結(jié)果顯示出完全不同的結(jié)論。綠地形狀復(fù)雜性對地表溫度有積極影響［11］。而CHEN等［12］研究發(fā)現(xiàn)，不規(guī)則和細(xì)長形狀的植被斑塊在冷卻周邊城市區(qū)域方面表現(xiàn)得更好。斑塊密度的增加會(huì)促進(jìn)地表升溫［13］。而LI等［14］發(fā)現(xiàn)地表溫度與斑塊密度呈負(fù)相關(guān)。ZHOU等［15］研究了不同氣候下兩個(gè)城市樹木空間形態(tài)與地表溫度之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)巴爾的摩的邊緣密度與地表溫度呈負(fù)相關(guān)，而薩克拉門托的邊緣密度與地表溫度呈正相關(guān)。在氣溫多尺度的研究中，邊緣密度與氣溫呈負(fù)相關(guān)，表明斑塊邊緣的增加可以顯著降低空間配置指數(shù)集聚度，分離度和形狀指數(shù)與地表溫度在小尺度下無明顯的相關(guān)性特征，僅在大尺度下城區(qū)范圍內(nèi)表現(xiàn)出較強(qiáng)的相關(guān)性［16］。在現(xiàn)有空間配置與熱環(huán)境研究中，因選擇的指標(biāo)不同、研究目標(biāo)不同及研究區(qū)域等因素的差異，空間配置與熱環(huán)境的關(guān)系尚沒有統(tǒng)一的結(jié)論，見表2。

1.3 景觀組成與空間配置的相對重要性

城市熱環(huán)境同時(shí)受到景觀組成與空間配置的影響，然而組成與配置的相對重要性尚存爭議。周雯等［17］認(rèn)為景觀組成比景觀配置對熱環(huán)境的影響更顯著。WESLEY等［18］指出無論配置如何，只要增加綠地?cái)?shù)量，就會(huì)降低地表溫度。然而研究發(fā)現(xiàn)，在不同城市及不同時(shí)間上，其相對重要性不同。分析表2得，在美國巴爾的摩市，樹木覆蓋率比其空間配置更重要，但在薩克拉門托市發(fā)現(xiàn)相反的結(jié)果。在北京市夏季和冬季，當(dāng)統(tǒng)計(jì)量較大時(shí)，綠地空間配置對地表溫度的影響大于覆蓋率；而其他3個(gè)城市顯示，無論季節(jié)或統(tǒng)計(jì)規(guī)模如何，綠色空間覆蓋率始終比空間配置發(fā)揮的作用更重要。對景觀參數(shù)在解釋氣溫差異方面的相對重要性在不同的時(shí)間和季節(jié)有所不同，構(gòu)圖與配置的相對重要性可能取決于現(xiàn)有的景觀格局，不同學(xué)者因其研究內(nèi)容與目的不同，選取的景觀格局指數(shù)不同，得到的結(jié)果也不一樣，成果缺乏可比性。

表2 城市景觀空間配置與熱環(huán)境的關(guān)聯(lián)研究對比

2 研究不足與展望

2.1 地表溫度研究較多，空氣溫度研究較少

在現(xiàn)有熱環(huán)境研究中，許多學(xué)者開展以遙感影像為基礎(chǔ)的地表溫度研究，也有以實(shí)測與模擬進(jìn)行的空氣溫度研究。熱環(huán)境研究方法中遙感監(jiān)測與實(shí)地勘測各有優(yōu)缺點(diǎn)，往年因遙感監(jiān)測獲取數(shù)據(jù)方便、快捷等，大量研究者利用遙感影像進(jìn)行熱環(huán)境監(jiān)測。然而，衛(wèi)星遙感影像精確度不及實(shí)測數(shù)據(jù)，實(shí)地勘測的空氣溫度能更為精確地了解溫度變化。地表溫度的熱紅外遙感影像多獲取于白天，難以反映城市規(guī)劃指標(biāo)與夜間熱環(huán)境的關(guān)系。同時(shí)，相對于地表溫度，空氣溫度與人類的熱舒適度更為密切；地表溫度與空氣溫度在時(shí)空格局、驅(qū)動(dòng)機(jī)制等方面均顯著不同；地表溫度和空氣溫度與景觀格局的關(guān)系存在顯著差異。由于城市規(guī)劃以改善氣溫?zé)岘h(huán)境為直接目標(biāo)，因此，亟待全面深入了解城市規(guī)劃指標(biāo)與氣溫?zé)岘h(huán)境的關(guān)系。

2.2 景觀組成研究較多，空間配置研究較少

在現(xiàn)有的空間配置研究中，空間配置與熱環(huán)境的關(guān)系并沒有統(tǒng)一的定論，即使同一指標(biāo)也會(huì)存在矛盾的結(jié)果。然而，隨著城市化的發(fā)展，城市用地愈發(fā)緊張，合理調(diào)整綠地空間配置以達(dá)到最大降溫效應(yīng)更有利于城市發(fā)展。探究景觀格局的時(shí)空分異規(guī)律，尋求合理的景觀組成和空間配置，優(yōu)化城市綠地空間格局，是緩解城市熱島效應(yīng)的重要目標(biāo)。未來可更細(xì)致地探究城市綠地配置、植被群落等對熱環(huán)境的影響。

2.3 城市景觀格局與熱環(huán)境的關(guān)系具有尺度效應(yīng)，多尺度研究較少

縱觀前人的研究，城市熱環(huán)境與景觀格局指標(biāo)的尺度依賴性在研究中很明顯，但仍不能確認(rèn)一個(gè)通用的“最佳”尺度。植被覆蓋率的最佳緩沖區(qū)、閾值等還不清楚。城市熱環(huán)境與土地利用變化作為典型的生態(tài)過程具有強(qiáng)烈的空間異質(zhì)性，景觀格局對熱環(huán)境兩者間的非規(guī)律性影響可能與空間尺度效應(yīng)有關(guān)。不同時(shí)空尺度下降溫效應(yīng)的規(guī)律不一樣，這在相關(guān)研究中經(jīng)常被忽視。現(xiàn)有研究大多集中于單個(gè)城市和單個(gè)城市區(qū)域，仍然缺乏對景觀格局與氣溫關(guān)系的比較和多尺度理解。未來應(yīng)更多地考慮尺度效應(yīng)及時(shí)間變化規(guī)律。