王 敏 潘文鈺

（1.同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院景觀學(xué)系，高密度人居環(huán)境生態(tài)與節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室水綠生態(tài)智能分實(shí)驗(yàn)中心，上海 200092；2.上海城市困難立地綠化工程技術(shù)研究中心，上海 201499；3.自然資源部大都市區(qū)國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)創(chuàng)新中心土地整理中心，上海 202155）

越來(lái)越多城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)入存量更新和結(jié)構(gòu)性優(yōu)化并存發(fā)展的階段，生態(tài)安全優(yōu)先基礎(chǔ)上如何進(jìn)一步提升城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是當(dāng)前風(fēng)景園林實(shí)踐研究的重要議題。應(yīng)對(duì)全球氣候變化、極端天氣多發(fā)導(dǎo)致的人居環(huán)境宜居性下降問(wèn)題，目前基于氣候適應(yīng)的城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃關(guān)注促進(jìn)自然通風(fēng)以緩解夏季熱島效應(yīng)，尚忽視了其冬季可能帶來(lái)的負(fù)效應(yīng)。從氣候調(diào)節(jié)視角切入，探討城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)在協(xié)同冬夏季小氣候環(huán)境中的低效空間識(shí)別與精準(zhǔn)修復(fù)技術(shù)方法。以江蘇省昆山市密集城區(qū)的189個(gè)街區(qū)單元為研究對(duì)象，通過(guò)遙感反演的方法對(duì)其冬、夏季小氣候環(huán)境進(jìn)行分析，聚類獲得7類小氣候特征街區(qū)。之后，疊加現(xiàn)狀綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算流體力學(xué)模擬風(fēng)環(huán)境結(jié)果，提取現(xiàn)狀適于通風(fēng)的生態(tài)廊道，從寬度、方向、類型等方面分析其潛在通風(fēng)效能，耦合街區(qū)冬夏小氣候環(huán)境特征，識(shí)別研判現(xiàn)狀綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)在冬夏溫濕環(huán)境調(diào)節(jié)上存在的低效問(wèn)題，并提出冬夏協(xié)同的精準(zhǔn)修復(fù)策略，為優(yōu)化人居環(huán)境宜居性、提升城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合效能提供技術(shù)參考。

城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)；氣候調(diào)節(jié)；溫濕環(huán)境；生態(tài)修復(fù)；遙感反演；數(shù)值模擬；夏熱冬冷地區(qū)

自從19世紀(jì)初綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)思想在歐美國(guó)家被提出，國(guó)內(nèi)外已有大量城市基于其自身生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)構(gòu)建起科學(xué)合理的城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)[1]，例如美洲各國(guó)共同構(gòu)建起總長(zhǎng)約4萬(wàn)km的生態(tài)廊道[2]，國(guó)內(nèi)上海[3]、濟(jì)南[4]、珠江三角洲[5]等城市與區(qū)域已初步建設(shè)城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。研究表明，城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)作為由城市中的公園、綠地、農(nóng)田、水體、濕地等構(gòu)成的完整生態(tài)系統(tǒng)[1]，同時(shí)具有糧食供給、氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、土壤保持、生物多樣性維持、景觀美學(xué)欣賞等多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[6]。早期關(guān)于城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的研究與實(shí)踐大多從生態(tài)安全角度切入[7]，識(shí)別主要生態(tài)源地并構(gòu)建生態(tài)廊道[8]，主要關(guān)注生態(tài)資源的保護(hù)與利用，如王浩等[9]在南京市綠地系統(tǒng)規(guī)劃中通過(guò)形成綠廊維持景觀生態(tài)過(guò)程。近幾年，隨著越來(lái)越多城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)入存量更新和結(jié)構(gòu)性優(yōu)化并存發(fā)展的階段，有學(xué)者開始關(guān)注并探索綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的提升途徑，如彭建等[6]基于多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需平衡提出廣東省綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分區(qū)方案，王敏等[10]結(jié)合健康游憩需求構(gòu)建太原市中心城區(qū)綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。生態(tài)安全優(yōu)先基礎(chǔ)上如何進(jìn)一步提升城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能已成為新發(fā)展階段風(fēng)景園林實(shí)踐研究的重要議題。

伴隨著城市化迅速發(fā)展與溫室氣體大量排放，全球氣候暖化嚴(yán)重，頻繁引發(fā)高溫?zé)崂薣11]、極端強(qiáng)降水[12]等極端天氣，嚴(yán)重威脅人居環(huán)境質(zhì)量。相關(guān)實(shí)踐研究表明，促進(jìn)城市自然通風(fēng)能有效緩解夏季熱島效應(yīng)，降低冬季霧霾，提高城市環(huán)境宜居性[13]；藍(lán)綠空間是城市通風(fēng)的重要載體，同時(shí)還具有降溫、增濕等微氣候效應(yīng)[14-16]。當(dāng)前諸如北京通州城區(qū)、武漢市等地在城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃實(shí)踐中越來(lái)越重視通風(fēng)廊道建設(shè)[17-18]，發(fā)揮城市綠地在氣候調(diào)節(jié)上起重要作用。然而梳理現(xiàn)有研究與實(shí)踐進(jìn)展，街區(qū)尺度綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)往往較多關(guān)注夏季緩解熱島效應(yīng)問(wèn)題，而忽略了其在冬季形成通風(fēng)可能對(duì)人體舒適帶來(lái)的消極影響[19]，亟待從優(yōu)化小氣候整體舒適性及協(xié)同冬、夏季氣候需求的角度探索城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法與生態(tài)修復(fù)途徑。

基于此，本文從氣候調(diào)節(jié)視角切入，選取江蘇省昆山市密集城區(qū)為研究區(qū)域，在街區(qū)尺度上分析現(xiàn)狀城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)效能及其與冬、夏季小氣候環(huán)境特征的空間耦合關(guān)系，識(shí)別城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)在氣候調(diào)節(jié)上存在的通風(fēng)低效問(wèn)題并從冬夏小氣候環(huán)境協(xié)同優(yōu)化的角度提出精準(zhǔn)修復(fù)策略，以期提升綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)小氣候調(diào)節(jié)服務(wù)功能，打造舒適宜人的人居環(huán)境。

1 研究區(qū)域

研究區(qū)域?yàn)榻K省昆山市中心密集城區(qū)。昆山市地處東經(jīng)120°48′21″-121°09′04″、北緯31°06′34″-31°32′36″之間，屬于夏熱冬冷地區(qū)，氣候類型為亞熱帶季風(fēng)氣候。受冬、夏季風(fēng)影響，昆山市冬、夏主導(dǎo)風(fēng)向差異較大。夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|-東南風(fēng)，平均風(fēng)速為2.1 m/s；冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅迸c東北風(fēng)，平均風(fēng)速為1.9 m/s。根據(jù)昆山市氣象站2015 - 2019年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，昆山市月平均氣溫最高出現(xiàn)在7月（29.39℃），最低出現(xiàn)在1月（5.25℃）；近年來(lái)極端氣溫多發(fā)，多次出現(xiàn)超過(guò)38℃的極熱天氣及低于0℃的低溫天氣，氣候條件惡劣。同時(shí)，昆山屬于濕潤(rùn)地區(qū)，年平均降水量大，相對(duì)濕度高，一年中頻繁出現(xiàn)極端潮濕天氣，更加劇了人體的不舒適。因此，進(jìn)一步優(yōu)化城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的氣候調(diào)節(jié)能力對(duì)提升昆山的小氣候宜居性、建設(shè)氣候適應(yīng)型城市具有重要意義。

本研究選取昆山市城市總體規(guī)劃中的10個(gè)城鎮(zhèn)綜合單元作為研究區(qū)域，面積共110.1 km2。參考昆山市15 min社區(qū)生活圈規(guī)劃，根據(jù)主要道路及河流等將研究單元細(xì)分為共189個(gè)街區(qū)，平均規(guī)模為39.7 hm2。依托豐富的河湖水系本底資源，經(jīng)過(guò)多年規(guī)劃建設(shè)，該區(qū)域已建成不同規(guī)模的城市公園、沿道路和河流的帶狀綠地，以及廣泛分布的小微綠地和附屬綠地，藍(lán)綠空間面積占比38.23%，城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本形成（圖1）。

圖1 研究區(qū)域街區(qū)單元及現(xiàn)狀城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)Fig.1 Block unit and current urban green space ecological network

2 研究方法

2.1 技術(shù)路徑

為了揭示昆山市密集城區(qū)現(xiàn)狀綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)在小氣候調(diào)節(jié)功能上存在的問(wèn)題并進(jìn)行精準(zhǔn)修復(fù)，研究主要分三步展開。首先，基于遙感反演，對(duì)街區(qū)單元冬、夏季熱環(huán)境及濕環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)，并通過(guò)聚類分析識(shí)別街區(qū)單元主要小氣候特征；其次，通過(guò)現(xiàn)狀城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果疊加，提取適于通風(fēng)的現(xiàn)狀生態(tài)廊道，并從寬度、方向、類型等方面對(duì)現(xiàn)狀綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)冬、夏季通風(fēng)效能進(jìn)行評(píng)估；最后，結(jié)合綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)效能評(píng)估結(jié)果與街區(qū)小氣候特征類型，判斷現(xiàn)狀綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)在小氣候調(diào)節(jié)上存在的低效問(wèn)題，并提出城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)基于氣候調(diào)節(jié)的精準(zhǔn)修復(fù)策略（圖2）。

圖2 技術(shù)路徑Fig.2 Proposed approach

2.2 冬、夏溫濕環(huán)境特征的數(shù)字識(shí)別與評(píng)價(jià)方法

冬、夏溫濕環(huán)境的數(shù)字識(shí)別基于遙感反演進(jìn)行，因而需選擇清晰無(wú)云的遙感影像作為反演的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。冬季典型日選擇有清晰遙感影像的2021年1月30日，該日氣象站錄得平均氣溫為8.6℃，相對(duì)濕度為50%，與2021年冬季平均氣溫7.5℃、相對(duì)濕度66%比較接近；夏季典型日選擇有清晰遙感影像的2021年8月26日，該日平均氣溫為29.9℃，相對(duì)濕度為71%，與2021年夏季平均氣溫28.2℃、相對(duì)濕度78%比較接近。

冬、夏季熱環(huán)境評(píng)價(jià)主要以平均空氣溫度估算結(jié)果作為評(píng)價(jià)指標(biāo)?；贚andsat 8遙感影像，利用輻射傳輸方程法分別對(duì)研究區(qū)冬、夏季地表溫度進(jìn)行反演[20]，并估算空氣溫度[21]。參考空氣溫度對(duì)人體舒適度的影響[22]，結(jié)合研究區(qū)冬、夏季溫度情況，將夏季溫度從低到高分為5個(gè)等級(jí)，并進(jìn)行1～5分賦值；由于冬季整體溫差較小，僅將溫度從低到高分為3個(gè)等級(jí)，并進(jìn)行1、3、5分賦值。

因常用的濕度指標(biāo)通常缺少空間屬性，難以用于街區(qū)尺度研究，本研究選擇與地面濕度參量有明顯相關(guān)性[23]的平均大氣水汽含量反演結(jié)果作為街區(qū)冬、夏季濕環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)?；贚andsat 8遙感影像，利用劈窗協(xié)方差-方差比值法[24]對(duì)研究區(qū)冬、夏季大氣水汽含量進(jìn)行反演，并根據(jù)研究區(qū)整體情況，以自然斷點(diǎn)法將夏季大氣水汽含量從低到高分為5個(gè)等級(jí)，并進(jìn)行1～5分賦值；由于冬季大氣水汽含量整體集中于較低水平，為了與夏季統(tǒng)一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將冬季大氣水汽含量從低到高分為3個(gè)等級(jí)，并進(jìn)行1、3、5分賦值。

在單一小氣候環(huán)境評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，以街區(qū)為單元提取冬、夏季熱環(huán)境及濕環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果，并通過(guò)K-Means聚類算法得到街區(qū)主要小氣候特征類型分類。

2.3 現(xiàn)狀適于通風(fēng)的生態(tài)廊道提取及通風(fēng)效能評(píng)估方法

通過(guò)將現(xiàn)狀綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果疊加，提取現(xiàn)狀適于通風(fēng)的生態(tài)廊道。本研究利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Computational Fluid Dynamics）對(duì)風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬[25]。選取研究區(qū)中一個(gè)300 m×270 m的小街區(qū)，分別進(jìn)行冬、夏季風(fēng)環(huán)境模擬并提取其風(fēng)速≥0.5 m/s的區(qū)域作為可通風(fēng)區(qū)域，對(duì)二者結(jié)果進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)分布趨勢(shì)基本一致（圖3），因此本研究基于夏季風(fēng)環(huán)境模擬所提取的可通風(fēng)區(qū)域研判研究區(qū)現(xiàn)狀冬、夏兩季可通風(fēng)區(qū)域分布情況。利用ENVI-met軟件對(duì)研究區(qū)夏季風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬，選取其中一個(gè)模擬單元的模擬數(shù)據(jù)，與中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)站上GIS數(shù)據(jù)頁(yè)面的實(shí)時(shí)風(fēng)速進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，誤差約為7.3%，在可接受范圍內(nèi)，可認(rèn)為模擬模型較為可靠。

圖3 冬、夏季風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果對(duì)比Fig.3 Comparison of wind speed simulation result in summer& winter

因此研究選擇基于研究區(qū)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)與夏季典型日氣候條件，以6 m×6 m網(wǎng)格進(jìn)行建模，運(yùn)用ENVI-met軟件對(duì)研究區(qū)夏季風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬，并提取風(fēng)速≥0.5 m/s的藍(lán)綠空間及其所依托的綠道、河流等作為現(xiàn)狀適于通風(fēng)的生態(tài)廊道。

從寬度、方向、類型等方面對(duì)現(xiàn)狀綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的潛在通風(fēng)效能進(jìn)行分析。其中，寬度分析參考相關(guān)研究[26]及其他城市通風(fēng)廊道規(guī)劃經(jīng)驗(yàn)[27]，根據(jù)不同寬度廊道形成通風(fēng)能力的差異，將生態(tài)廊道及斑塊按寬度分為三類：80 m以上寬度生態(tài)廊道及連續(xù)斑塊具有較優(yōu)通風(fēng)條件；30 ～80 m寬度生態(tài)廊道及連續(xù)斑塊通風(fēng)條件一般；30 m以下寬度生態(tài)廊道通風(fēng)條件較差。方向分析分別將現(xiàn)狀綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)方向與冬、夏季主導(dǎo)風(fēng)向進(jìn)行比對(duì)，判斷其在冬、夏季所能獲得的通風(fēng)能力：與主導(dǎo)風(fēng)向平行通風(fēng)條件最佳，夾角在30°以內(nèi)通風(fēng)條件一般，而夾角大于30°則通風(fēng)條件較差[26]。類型分析上，根據(jù)生態(tài)廊道及斑塊的主要下墊面對(duì)通風(fēng)造成不同的效果，將其分為綠色道路型、綠色河流型、綠帶型等。綠色道路型易在通風(fēng)過(guò)程中使氣流迅速升溫；綠色河流型由于其表面蒸發(fā)在通風(fēng)時(shí)易導(dǎo)致氣流濕度增加；綠帶型可能會(huì)在冬季獲得較濕冷的通風(fēng)[28]。

3 研究區(qū)域溫濕環(huán)境評(píng)價(jià)與問(wèn)題識(shí)別

3.1 冬、夏季熱環(huán)境評(píng)價(jià)

分別根據(jù)2021年1月30日（冬季典型日）及2021年8月26日（夏季典型日）遙感影像反演地表溫度并估算空氣溫度，將所得結(jié)果與地面監(jiān)測(cè)站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較驗(yàn)證，誤差均較小，在可接受范圍內(nèi)，說(shuō)明該結(jié)果能較好反映城市熱環(huán)境情況。

冬季典型日反演結(jié)果顯示（圖4），研究區(qū)當(dāng)日氣溫在-3.7～14.5℃，平均溫度為6.75℃。研究區(qū)內(nèi)街區(qū)單元整體氣溫較低，呈東北熱西南冷的趨勢(shì)；根據(jù)其平均氣溫可分為三類，大部分街區(qū)冬季氣溫處于偏冷水平，廣泛分布于研究區(qū)中（街區(qū)1、3、4等）；冬季較冷的街區(qū)主要集中分布于研究區(qū)西部與南部綠地（街區(qū)78、79等），也有少量散布于東部（街區(qū)143、167等）及北部（街區(qū)6、10等）；冬季較溫暖的街區(qū)主要分布于研究區(qū)東南部（街區(qū)62、69等）及北部鄰近工業(yè)用地處（街區(qū)11、12等）。

圖4 冬季典型日熱環(huán)境評(píng)價(jià)Fig.4 Thermal environment assessment in winter

夏季典型日反演結(jié)果顯示（圖5），研究區(qū)當(dāng)日氣溫在17.8 ～42.5℃，平均氣溫為27.38℃。研究區(qū)內(nèi)街區(qū)單元夏季氣溫跨度較大，整體呈西熱東涼的趨勢(shì)；根據(jù)其平均氣溫可分為5類，其中氣溫水平極熱的街區(qū)集中分布于研究區(qū)北部建筑密集處（街區(qū)9、11等）；較熱的街區(qū)廣泛分布于研究區(qū)中部（街區(qū)72、74等）及西部（街區(qū)1、178等），少數(shù)散布于東部（街區(qū)22、147等）；偏暖的街區(qū)分布較為零散，廣泛分布于研究區(qū)內(nèi)各處（街區(qū)6、20等）；較舒適街區(qū)主要分布于研究區(qū)東部（街區(qū)40、41等）及南部（街區(qū)96、99等）；舒適街區(qū)數(shù)量最少，主要分布于主要河流沿岸及綠地充足處（街區(qū)69、81等）。

圖5 夏季典型日熱環(huán)境評(píng)價(jià)Fig.5 Thermal environment assessment in summer

3.2 冬、夏季濕環(huán)境評(píng)價(jià)

根據(jù)2021年1月30日（冬季典型日）及2021年8月26日（夏季典型日）遙感影像反演大氣水汽含量，利用所得結(jié)果計(jì)算相對(duì)濕度并與地面監(jiān)測(cè)站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較驗(yàn)證，誤差在可接受范圍內(nèi)，說(shuō)明反演結(jié)果相對(duì)可靠。冬季典型日大氣水汽含量反演結(jié)果顯示（圖6），研究區(qū)平均大氣水汽含量約為4.95 g/cm2，參照濕度標(biāo)準(zhǔn)將街區(qū)分為三類，其中大部分為干燥街區(qū)與濕潤(rùn)街區(qū)，極少數(shù)潮濕街區(qū)集中分布于研究區(qū)北部（街區(qū)5、8等）及西部（街區(qū)83、84等）。夏季典型日大氣水汽含量反演結(jié)果顯示（圖7），研究區(qū)平均大氣水汽含量約為6.82 g/cm2，整體呈東高西低分布。參照濕度標(biāo)準(zhǔn)將街區(qū)分為5類，其中濕度最高的街區(qū)集中分布在研究區(qū)中部（街區(qū)39、40等）及東北部（街區(qū)15、16等），濕度最低的街區(qū)集中分布于西部（街區(qū)80、81等）及南部（街區(qū)102、103等）。

圖7 夏季典型日濕環(huán)境評(píng)價(jià)Fig.7 Wet environment assessment in summer

3.3 街區(qū)單元小氣候類型識(shí)別

基于街區(qū)冬、夏季熱環(huán)境及濕環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果，通過(guò)K-Means聚類分析，將189個(gè)研究的街區(qū)單元分為7類，分別為夏季熱濕型街區(qū)共19個(gè)，夏季暖濕型街區(qū)共30個(gè)，夏季潮濕型街區(qū)共24個(gè)，冬冷夏暖型街區(qū)共32個(gè)，冬冷夏濕型街區(qū)共37個(gè)，夏熱全年潮濕型街區(qū)共30個(gè)，以及舒適型街區(qū)共17個(gè)（表1，圖8）。夏季熱濕型街區(qū)（街區(qū)9、11等）夏季高溫高濕問(wèn)題顯著，而冬季相對(duì)干暖舒適，主要在內(nèi)環(huán)線附近沿河流分布；夏季暖濕型街區(qū)（街區(qū)33、35等）在夏季高溫問(wèn)題上較夏季熱濕型街區(qū)稍緩和，但仍存在夏季高濕問(wèn)題，冬季溫度適中且干燥，大部分集中分布于研究區(qū)中南部，少量散布于西南、西北、東北部；夏季潮濕型街區(qū)（街區(qū)39、71等）夏季潮濕問(wèn)題顯著但氣溫涼爽，冬季溫度適中且干燥，主要分布在等級(jí)較高的河流兩側(cè)；冬冷夏暖型街區(qū)（街區(qū)32、177等）主要面臨著冬季溫度較低的問(wèn)題，且夏季氣溫偏暖，主要分布于綠地占比較高的街區(qū)中；冬冷夏濕型街區(qū)（街區(qū)59、67等）冬季偏冷干燥，而夏季涼爽潮濕，大部分集中分布于研究區(qū)南部，而少量散布于北部；夏熱全年潮濕型街區(qū)（街區(qū)10、13等）全年潮濕問(wèn)題顯著，氣溫夏熱冬暖，主要分布于臨靠河流且建筑密集的街區(qū)中；舒適型街區(qū)（街區(qū)62、189等）全年氣候條件最佳，夏季涼爽濕潤(rùn)，冬季溫暖干燥，主要分布于綠地占比較高的濱水街區(qū)。

表1 街區(qū)冬、夏小氣候特征分類結(jié)果Tab.1 Classification results of microclimate characteristics in winter and summer

圖8 街區(qū)單元小氣候類型分類Fig.8 Microclimate type classification of block units

4 現(xiàn)狀綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)區(qū)域提取與效能評(píng)估

4.1 適于通風(fēng)的生態(tài)廊道提取

通過(guò)對(duì)現(xiàn)狀綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與夏季風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果進(jìn)行疊加，提取現(xiàn)狀適于通風(fēng)的生態(tài)廊道。根據(jù)風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果，提取風(fēng)速≥0.5 m/s的區(qū)域與現(xiàn)狀綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行疊加分析，得到現(xiàn)狀適于通風(fēng)的生態(tài)廊道分布（圖9）?，F(xiàn)狀生態(tài)廊道整體通風(fēng)效果良好，大部分廊道風(fēng)速在0.5 ～3.51 m/s；其中居住區(qū)及工業(yè)區(qū)中的附屬綠地風(fēng)速較低，喬木密集的公園綠地及農(nóng)林用地風(fēng)速一般，而水體、裸地處風(fēng)速明顯較高；其余大部分區(qū)域風(fēng)速在1.3～1.6 m/s，極少出現(xiàn)風(fēng)速大于2.6 m/s的區(qū)域。

圖9 現(xiàn)狀適于通風(fēng)的生態(tài)廊道識(shí)別Fig.9 Exist edecological corridor that capable of ventilation

4.2 現(xiàn)狀綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)效能評(píng)估

從寬度、方向、類型三方面對(duì)現(xiàn)狀綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)在冬、夏季通風(fēng)效能上進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)估。根據(jù)現(xiàn)狀生態(tài)廊道及斑塊的寬度對(duì)其通風(fēng)能力的影響將其分為三級(jí)（圖10-a），其中寬度較窄導(dǎo)致通風(fēng)條件不佳的生態(tài)廊道數(shù)量最多，主要由居住用地、商業(yè)用地及工業(yè)用地等的附屬綠地以及等級(jí)較低的綠道、河流等構(gòu)成；中等寬度、通風(fēng)條件一般的生態(tài)廊道呈四周多中部少的特征分布，主要為等級(jí)較高的綠道及河流；較大寬度而能獲得較強(qiáng)通風(fēng)能力的生態(tài)廊道及斑塊主要由貫穿研究區(qū)的重要河流、連串面積較大的公園綠地、快速道路及鐵路等兩側(cè)的防護(hù)林帶以及東西部開闊的農(nóng)林用地構(gòu)成。

圖10 現(xiàn)狀綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)潛在通風(fēng)效能評(píng)估Fig.10 Evaluation of potential ventilation efficiency of current ecological corridor

根據(jù)綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與昆山市夏季主導(dǎo)風(fēng)向形成的夾角大小，將其方向?qū)ο募就L(fēng)能力的影響分為三級(jí)（圖10-b）?，F(xiàn)狀綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中，平行于夏季主導(dǎo)風(fēng)向的（67.5°～112.5°、135°～180°）數(shù)量最多，總占比為57.7%，其中以東-西向的生態(tài)廊道為主，大部分為位于密集街區(qū)建筑之間的附屬綠地，寬度較窄且連續(xù)性較差，小部分為東西方向的主要河流、綠道等，寬度及連續(xù)性均較高；東南-西北方向的生態(tài)廊道數(shù)量較少，主要位于外圍藍(lán)綠空間中，寬度較寬，通風(fēng)條件更好。與夏季主導(dǎo)風(fēng)向之間形成不大于30°夾角的生態(tài)廊道（37.5°～67.5°、112.5°～135°、180°～210°）占總體的40.2%，呈四周多中央少的趨勢(shì)分布。與夏季主導(dǎo)風(fēng)向夾角超過(guò)30°的生態(tài)廊道（210°～217.5°）數(shù)量極少，僅占總體的1.9%，而該方向上連續(xù)分布的大面積公園綠地或農(nóng)林用地斑塊較多，對(duì)整體通風(fēng)影響較小。

根據(jù)綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與昆山市冬季主導(dǎo)風(fēng)向形成的夾角大小，將其方向?qū)Χ就L(fēng)能力的影響分為兩級(jí)（圖10-c）。現(xiàn)狀生態(tài)廊道中，與冬季主導(dǎo)風(fēng)向形成夾角的生態(tài)廊道及斑塊（67.5°～112.5°、165.5°～202.5°）數(shù)量最多，占總體的70%，其中大部分為研究區(qū)中部密集街區(qū)中東西方向狹長(zhǎng)的附屬綠地，通風(fēng)條件較差；也有部分依靠研究區(qū)中綠道、河流及公園綠地等形成，在冬季仍會(huì)形成一定通風(fēng)。與冬季主導(dǎo)風(fēng)向平行的生態(tài)廊道（22.5°～67.5°、112.5°～165.5°）數(shù)量較少，主要分布在研究區(qū)東西部。

根據(jù)現(xiàn)狀生態(tài)廊道及斑塊主要下墊面類型，將其分為綠色道路型、綠色河流型與綠帶型（圖10-d）。其中綠色河流型在研究區(qū)中主要有東西向6條、南北向5條生態(tài)廊道，貫穿研究區(qū)域。綠帶型以公園綠地、防護(hù)林地、農(nóng)林用地及附屬綠地等為主，在研究區(qū)中部分布較為分散，與綠色道路型交錯(cuò)分布；在研究區(qū)西部、東北部能較連貫分布。綠色道路型在研究區(qū)中部連續(xù)性較差且寬度較小，而在東、西部能較連貫分布。

5 基于氣候調(diào)節(jié)的現(xiàn)狀綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)低效識(shí)別與精準(zhǔn)修復(fù)

5.1 低效生態(tài)廊道識(shí)別

耦合189個(gè)街區(qū)單元的小氣候特征類型與現(xiàn)狀生態(tài)廊道通風(fēng)效能評(píng)估結(jié)果，分析研究區(qū)域現(xiàn)狀綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)在氣候調(diào)節(jié)上的通風(fēng)低效問(wèn)題。

（1）夏季熱濕型街區(qū)。夏季熱濕型街區(qū)如街區(qū)9、11等，存在大量以附屬綠地為主的東西方向狹長(zhǎng)生態(tài)廊道，而少數(shù)存在較大型的生態(tài)廊道又與夏季主導(dǎo)風(fēng)向之間形成夾角，因而街區(qū)內(nèi)綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)整體通風(fēng)能力較低，易造成夏季街區(qū)中熱量、水汽等的聚集。另一方面，該類型街區(qū)多緊鄰大型河流廊道，因而加劇了街區(qū)內(nèi)的潮濕問(wèn)題。

（2）夏季暖濕型街區(qū)。夏季暖濕型街區(qū)如街區(qū)33、35等，多位于河流廊道的北岸或西岸，因而潮濕氣流會(huì)隨著夏季主導(dǎo)風(fēng)吹向街區(qū)內(nèi)部，造成街區(qū)夏季潮濕問(wèn)題。同時(shí)街區(qū)中還以東西向的狹長(zhǎng)綠帶廊道為主，通風(fēng)條件一般，因而導(dǎo)致街區(qū)夏季氣溫偏高。

（3）夏季潮濕型街區(qū)。夏季潮濕型街區(qū)如街區(qū)39、71等，主要圍繞幾條重要河流廊道分布，其中大部分街區(qū)內(nèi)有平行于夏季主導(dǎo)風(fēng)向的大型河流廊道，或是垂直于河流的大型綠帶生態(tài)廊道，易于將潮濕空氣引入街區(qū)內(nèi)部，導(dǎo)致街區(qū)夏季空氣濕度較高。

（4）冬冷夏暖型街區(qū)。冬冷夏暖型街區(qū)如32、81等，大部分有大型生態(tài)廊道經(jīng)過(guò)，易在夏季形成良好的通風(fēng)而起到較好的散熱降溫作用，因而夏季氣溫能控制在偏暖的水平。但同時(shí)由于其寬度過(guò)大，且其中部分平行于冬季主導(dǎo)風(fēng)向，也易于在冬季形成通風(fēng)，加劇了冬季熱量流失，造成了街區(qū)冬季低溫不適的問(wèn)題。

（5）冬冷夏濕型街區(qū)。冬冷夏濕型街區(qū)如街區(qū)176、177等，主要受街區(qū)中平行于夏季主導(dǎo)風(fēng)向的大型河流廊道影響，且街區(qū)內(nèi)部也存在較大型綠帶生態(tài)廊道與河流廊道連接，使得來(lái)自河流的水汽更容易進(jìn)入街區(qū)內(nèi)部，致使街區(qū)夏季濕度較高。而在冬季，由于主導(dǎo)風(fēng)向的改變，街區(qū)不再受河流廊道的潮濕氣流影響，轉(zhuǎn)而因街區(qū)內(nèi)眾多大型綠帶生態(tài)廊道在冬季形成通風(fēng)而造成熱量迅速流失，最終導(dǎo)致街區(qū)冬季氣溫偏低。

（6）夏熱全年潮濕型街區(qū)。夏熱全年潮濕型街區(qū)如街區(qū)10、13等，大部分為建筑密集的街區(qū)，街區(qū)內(nèi)以狹長(zhǎng)的綠帶廊道為主，缺少平行于夏季主導(dǎo)風(fēng)向的大型生態(tài)廊道，夏季通風(fēng)潛力不佳，因而造成街區(qū)夏季高溫；另有少數(shù)街區(qū)雖有較大型生態(tài)廊道經(jīng)過(guò)，但以硬質(zhì)下墊面為主，植被覆蓋率較低，也會(huì)造成街區(qū)夏季高溫。另外，夏熱全年潮濕型街區(qū)還受鄰近的河流廊道影響，而導(dǎo)致全年濕度均較高。

5.2 城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)精準(zhǔn)修復(fù)

針對(duì)不同類型街區(qū)現(xiàn)狀綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)在氣候調(diào)節(jié)方面存在的低效問(wèn)題，提出修復(fù)策略（表2）。其中，夏季熱濕型街區(qū)以緩解夏季高溫問(wèn)題為首要任務(wù)，應(yīng)盡量增加平行于夏季主導(dǎo)風(fēng)向的大型生態(tài)廊道以獲取夏季較良好的通風(fēng)，同時(shí)可增加點(diǎn)狀公園綠地進(jìn)行局部降溫。夏季暖濕型街區(qū)需平衡夏季高溫與潮濕問(wèn)題，因而應(yīng)增加中大型綠色道路型或綠帶型生態(tài)廊道，并在現(xiàn)狀河流廊道兩側(cè)設(shè)置綠地植被屏障，以阻隔潮濕氣流。夏季潮濕型街區(qū)可通過(guò)在現(xiàn)狀河流廊道兩側(cè)增加綠地并種植氣根植物以減少氣流中的水汽[29]。冬冷夏暖型街區(qū)需同時(shí)兼顧冬季寒冷與夏季偏暖的問(wèn)題，因此應(yīng)盡量保留正南北或正東西方向的生態(tài)廊道，而削弱其他方向生態(tài)廊道的通風(fēng)能力，控制廊道寬度以在保持夏季通風(fēng)的同時(shí)盡量降低冬季的風(fēng)速；類型上應(yīng)以種植落葉喬木的綠帶廊道或河流廊道為主，夏季通過(guò)遮陰及水汽蒸散促進(jìn)街區(qū)降溫，冬季通過(guò)增加地面輻射為街區(qū)增溫；同時(shí)可增加點(diǎn)狀綠地降溫以彌補(bǔ)夏季通風(fēng)的削弱。冬冷夏濕型街區(qū)應(yīng)以緩解冬季寒冷問(wèn)題為主，并同時(shí)兼顧夏季潮濕問(wèn)題，因此應(yīng)把街區(qū)中生態(tài)廊道寬度盡量控制在30 m及以下，以減少冬季通風(fēng)；類型上應(yīng)以種植落葉喬木的綠道為主，提升冬季溫度并緩解夏季潮濕問(wèn)題。夏熱全年潮濕型街區(qū)需同時(shí)兼顧夏季高溫以及全年的潮濕問(wèn)題，因此可通過(guò)增加連串的公園綠地以增設(shè)多條寬度在30 m以上且為東南-西北方向的生態(tài)廊道，以保障全年一定的通風(fēng)；且應(yīng)在現(xiàn)狀河流廊道兩側(cè)密植常綠喬木，并在垂直于河流的其他生態(tài)廊道兩側(cè)補(bǔ)植有氣根的植物，以緩解潮濕問(wèn)題；同時(shí)還應(yīng)增加廣場(chǎng)、綠道等的植被覆蓋，以削弱夏季地面輻射。舒適型街區(qū)需保持至少一條80 m以上，多條30 m以上的綠帶廊道，以維持舒適的現(xiàn)狀。

表2 基于氣候調(diào)節(jié)的城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)精準(zhǔn)修復(fù)策略Tab.2 Accurate restoration strategies of urban green space ecological network based on climate regulation

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)近30年城鎮(zhèn)化加速發(fā)展，如今許多城市已進(jìn)入存量發(fā)展階段，如何提升現(xiàn)有用地的利用效率成為城市建設(shè)的重要議題。與此同時(shí)，全球正在面臨嚴(yán)峻的氣候危機(jī)，氣候變化、極端天氣多發(fā)使得人居環(huán)境逐漸失去其宜居性。本研究以夏熱冬冷典型地區(qū)--昆山市密集城區(qū)為例，采用定量和定性研究相結(jié)合的方法，通過(guò)引入遙感反演、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬等數(shù)字方法，基于對(duì)社區(qū)冬、夏小氣候特征的綜合評(píng)價(jià)，識(shí)別現(xiàn)狀綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)在氣候調(diào)節(jié)上存在的低效問(wèn)題，并提出針對(duì)性優(yōu)化策略，以提升其氣候調(diào)節(jié)服務(wù)效率，為提升城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合效能提供新思路。

由于本研究聚焦于綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化提升，因而在問(wèn)題識(shí)別與修復(fù)策略中主要關(guān)注綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)因下墊面性質(zhì)而引起的氣候調(diào)節(jié)低效問(wèn)題。而在實(shí)際氣候適應(yīng)規(guī)劃實(shí)踐中，綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)周邊用地的管控同樣對(duì)促進(jìn)氣候調(diào)節(jié)效應(yīng)起到積極作用，例如緊鄰廊道的地塊應(yīng)以低層或小尺度建筑為主，建筑之間應(yīng)保持適當(dāng)距離[31]。同時(shí)，在街區(qū)冬夏季小氣候特征識(shí)別中，本研究受限于遙感反演對(duì)影像的要求，僅各選取了一個(gè)有清晰影像的典型日進(jìn)行遙感反演，雖所選典型日氣象數(shù)據(jù)盡量接近冬、夏季平均值，但所得評(píng)價(jià)及特征聚類結(jié)果仍可能與實(shí)際情況有一定出入。后續(xù)研究中，將進(jìn)一步基于長(zhǎng)時(shí)序遙感反演及微氣候數(shù)值模擬，對(duì)街區(qū)冬、夏季小氣候特征及協(xié)同優(yōu)化策略的長(zhǎng)期性與季節(jié)性作用進(jìn)行探究。

注：文中圖表均由作者繪制。