建设城市生态绿楔,发挥其冷岛与通风降温作用以有效减缓热岛效应,是提升城市适应气候变化能力的重要抓手.对生态绿楔的保育情况及其冷岛效应开展动态化监测与周期性评估,是保障其热岛减缓效益的关键手段.本研究基于多源遥感数据,利用马尔可夫转移矩阵、土地利用动态度、土地利用程度综合指数等方法对2013、2020年武汉市六大生态绿楔的土地利用变化情况进行系统分析,并对生态绿楔的地表温度及其冷岛效应变化特征展开评估.结果表明:2013-2020年,武汉市生态绿楔存在大量生态用地被建设用地侵占的情况,其中,水域面积下降最大.随着生态绿楔持续被侵蚀,六大绿楔地表温度均呈现上升趋势,同时,生态绿楔的冷岛效应也呈现减弱趋势.六大绿楔中,大东湖、汤逊湖和武湖生态保育程度较好,土地利用变化速度较慢、整体开发程度较低;青菱湖、后官湖保育程度一般;受武汉市西进政策影响,府河建设开发强度较高,水域占比下降程度(7.1％)、升温幅度(3.00℃)及冷岛效应影响距离缩减(210 m)均为六大绿楔中最高.研究结果可为面向热岛减缓的武汉市生态绿楔专项规划制定与管理等提供科学依据.

城市绿地能够调节热气候,是城市实现高质量可持续发展的重要空间载体.以往研究着重探讨城市绿地夏季降温效应的空间特征,较少分析绿地热效应的全年变化规律与潜在影响因子.在南京城区选择 7 个代表性城市公园,采用热气候定点观测方法获取公园大气温度全年观测数据,并与城市中心区参照点进行对比,分析公园热效应的全年动态变化规律及背景气象因子的影响.研究发现,由于植被覆盖率、冠层郁闭度及海拔不同,不同公园热效应的季节、昼夜规律存在显著差异,主要表现为 3种形式:全年降温型,全年昼升夜降型,以及夏季全天降温、春秋冬季昼升夜降型.与城市中心区相比,公园夏季最高可降低气温7.7℃,冬季最高可增温3℃.大气温度、相对湿度,风速与太阳辐射4 个背景气象因子能解释23.5%—77.4%的公园热效应变异.夏冬两季日间热效应主要受太阳辐射和气温的影响,夜间热效应主要受风速影响:太阳辐射每升高 100W/m2,夏季日间降温强度减少 0.3℃,冬季日间增温强度增加 0.2-0.5℃;气温每升高 1℃,夏季日间降温强度提高 0.1-0.14℃,冬季日间增温强度提高 0.05-0.08℃;风速每增加 1m/s,夏季夜间降温强度减少 0.05-0.78℃,冬季夜间降温强度减少 0.4-1.1℃.研究结果有助于深入认识城市绿地热效应的复杂形成机制,并为夏热冬冷地区城市自然空间保护与气候适应性设计提供科学参考.

水体热缓释效应研究对于缓解城市热岛效应具有重要意义.以长沙市30个典型水体为对象,基于改进的单窗算法得到地温反演数据,综合运用RS/GIS技术,采用样点图像分析和缓冲区分析等方法,探究景观特征对城市水体热缓释效应的影响及景观特征效率阈值.结果表明:降温面积比降温范围更合适作为研究水体热缓释的评价指标,降温面积和降温强度具有显著的季节分异特征;城市水体热缓释效应同时受到水体自身景观特征及周边景观配置影响,水体面积和植被面积占比是影响水体热缓释效应的主要景观特征,改变水体形状指数对于增强水体热缓释效应作用不明显;景观特征具有效率阈值且不同评价指标计算的效率阈值差异显著,以水体面积为例,夏季降温面积和降温强度计算的效率阈值分别为30和15 hm2,周长面积比、植被面积占比和建设区域与水体面积比的效率阈值分别为1.4、0.55％和11％;景观特征具有尺度效应,增加水体形状指数有助于改善湖滨区域热环境,而增大周长面积比使水体热缓释效应能服务城市更大范围.研究结果对于增强城市水体热缓释效应以及指导城市蓝色空间规划设计有一定的借鉴意义.

研究探讨大面积屋顶绿化如何改善城市冠层内部三维空间的热环境,改善效果与城市形态结构之间存在的关系.基于三维小气候模型ENVI-met 4.2,开展街区尺度屋顶绿化热效应研究.在南京市选择具有不同形态结构特征的8个典型样区,每个样区设置2种朝向(街道与主导风向平行或相交)、3种屋顶绿化情景(传统光屋顶、简易型绿化、复合型绿化),共对48种情景进行了微气候模拟与分析.结果表明,街区尺度屋顶绿化产生的“冷岛”可从屋面扩散到地面空间,缓解城市冠层热岛效应.白天14:00时,8个样区屋顶1.5 m高处的降温强度最高可达0.64℃,样区平均降温强度最大值为0.44℃;地面1.5 m高处的降温最大值为0.55℃,样区平均降温强度最大值为0.25℃.建筑高度、高宽比、容积率与屋面、地面降温强度之间均存在显著负相关关系;建筑密度与屋面降温强度显著正相关,但与地面降温强度之间无显著相关性.总的来说,紧凑低层建筑区和开敞低层建筑区实施屋顶绿化后产生的降温效应明显高于紧凑和开敞高层建筑区;建筑高度和密度相同时,街道走向与主导风向呈45°夹角比与主导风向平行具有更高的降温强度.研究结果能够促进对亚热带城市地区建筑-植被-大气相互关系的深入认识,并为屋顶绿化实践提供指导.

以北京市第一道绿化隔离带及其相交的街道、乡镇行政边界为研究范围,通过遥感反演及解译、移动窗口景观格局指数、空间分析及统计等方法,研究了该区域的热环境特征,并结合网格采样法对绿地的降温作用进行了探索.结果 表明:研究区热岛强度呈现南高北低、东高西低的特征,且隔离带内的强热岛比例高于隔离带外,反映了隔离带在局部地区管控不足,热环境调节功能退化;乡镇级尺度下,强热岛净贡献的街道乡镇占总数的55.74％,街道乡镇绿地面积比例与热岛面积比例呈显著负相关,与冷岛面积比例呈显著正相关,表明街道乡镇高绿地率可有效缓解热岛效应;网格采样点尺度下,属于强热岛净贡献的样点比例为51.69％;对样点500 m绿地组分建立的回归模型结果显示,绿地对周边热环境的影响半径在150～200 m;距离采样点50～100 m、100～150 m圈层内,绿地率提高1％分别导致采样点地表温度下降0.023和0.013℃.绿地空间格局在一定尺度下可充分表现出降温作用差异;斑块面积越大、整体形状越简单、空间分布越聚集,降温作用越强,而斑块密度越高、形状越复杂、空间分布越离散,降温作用越弱.

准确量化和挖掘绿色屋顶降温效应的时空特征是科学评价其热环境调控服务效益与潜力的重要前提.以南京市金陵小学轻型佛甲草绿色屋顶为例,基于夏季典型气象条件下的定点观测数据,率定ENVI-met模型中的相关参数,验证模拟结果的有效性;从传统“点”和“面”角度测度了绿色屋顶降温效应的二维变化特征,并采用三维“冷岛”逐时降温累积值和降温质心的时空变化来定量刻画绿色屋顶降温效应的四维变化特征(即三维“冷岛”随时间变化的特征),进而阐明其主要影响因素.研究结果表明:(1)轻型佛甲草绿色屋顶在日间(6:00-18:00)降温效应很弱,但在夜间(19:00—次日5:00)降温效应比较明显;(2)基于三维空间刻画的日夜间降温效应差异较传统二维方法测度的结果更为明显,绿色屋顶点、面与三维降温效应日夜间比值分别为3.1、5.0和8.1;(3)降温质心与降温强度在空间上呈现明显的集聚分布特征,夜间的降温强度与集聚程度明显高于白天,夜间的降温质心在绿色屋顶几何中心上方集聚,而白天质心分布较为分散且向靠近裸露屋顶一侧偏移;(4)绿色屋顶降温效应时空变化特征主要受下垫面属性、植被生理特征和局地微气象因子的多重影响.与传统的二维降温效应分析相比,从“四维时空变化”角度实现了对绿色屋顶降温效应更加客观的定量表征,可为其成本收益分析与建设效益评价提供重要的量化手段与决策依据.

城市公园有助于缓解城市热岛效应,减少城市降温能耗.选取郑州市中心城区内44个主要公园,利用Landsat8遥感数据和土地利用数据,结合ENVI、ArcGIS、Fragstats、SPSS等软件分析公园冷岛效应的影响因素.冷岛强度的研究从景观特征、景观构成、景观配置3个层面来进行,结果表明:场地条件有限的情况下公园面积控制在20 hm2左右能产生较高冷岛强度;公园边界越简单冷岛效应越强,而植物和不透水表面斑块的边界越复杂公园冷岛效应越强;同等面积下有水体的公园与无水体的公园相比降温效果相差1℃左右;水体占比控制在14％左右公园冷岛强度较为显著;在进行公园景观配置时,公园内植物和水体的组合相比于不透水表面与植物的组合及不透水表面与水体的组合能产生更好的降温效应.利用标准差椭圆工具进一步分析公园冷岛强度的方向性,发现公园的冷岛方向主要与园内水体长轴以及园外高层建筑的分布有关.

在高密度、高强度的城市建设模式下,我国大中城市内部均面临着热岛效应加剧、通风能力下降、灰霾天气频发等局地气候环境问题.城市蓝绿空间作为调控城市风热环境、改善大气环境质量的关键要素,已成为城市空间规划设计领域应对局地气候问题的重要研究对象.本文通过对国内外城市蓝绿空间局地气候效应研究文献资料的回顾,从城市蓝绿空间规划布局、网络构建两个层面,梳理了冷岛景观特征优化、冷岛空间镶嵌布局、通风廊道网络连通、通风廊道界面管控的规划学途径研究进展,并总结了相关研究的主要成果及存在的主要问题,提出从智能仿真平台、评估指标体系、规划设计指南、实施保障机制4方面建立城市蓝绿空间规划应对局地气候问题的研究框架,以期为城市气候适应性规划理论创新提供有益启示.

城市公园主要由水体和绿色植被等景观构成,其形成的公园冷岛(Park cool island,PCI)已成为减缓城市热岛效应的重要途径之一.采用景感生态学中的景感营造理念规划设计城市公园或优化公园空间结构有助于增强公园冷岛效应,进一步改善局地城市热环境.选择沿海城市——厦门市为研究对象,基于2013年8月的Landsat-8OLI/TIRS遥感影像和Google Earth高分影像数据,首先提取了研究区15个公园的土地利用信息,采用改进的地表温度单通道算法,获取了城市公园地表温度数据,并采用缓冲区分析、景观格局指数和多元统计等方法定量分析公园内部平均地表温度、城市公园冷岛强度(即降温幅度)、公园冷岛影响距离(即对周边区域的降温范围)三者的主要影响因子,并利用景感生态学原理初步剖析了城市公园景感营造的原则.结果 显示:(1)公园面积和公园建设用地面积是影响公园平均温度的关键因子(R2=0.915),这两个因子与公园平均温度均呈显著非线性相关;公园面积存在阈值55 hm2左右;(2)公园冷岛PCI强度由公园绿地面积、公园建筑面积和面积-周长形状指数(P/A)三个因子决定(R2=0.911);公园冷岛PCI强度与公园绿地面积呈显著非线性正相关,与公园建筑面积呈显著非线性负相关,与面积-周长形状指数(P/A)呈显著线性负相关;在确保公园绿地面积达到一定阈值时,应该尽量降低公园建筑面积,增加公园形状复杂度,有利于其PCI强度的增加,缓解城市热岛效应;(3)公园冷岛影响距离由公园面积和公园水体面积比例决定(R2=0.719),公园冷岛影响距离与两者呈显著正相关;绿地公园中提高公园水体的面积比例,有助于增大公园冷岛的影响距离;(4)城市公园的规划与设计,需要运用景感生态学的原理,从缓解城市热岛效应的角度,充分考虑公园大小、形状、土地利用类型组成比例及空间配置等因素.

城市热岛效应受到区域气候背景的影响而具有显著的时空差异性,尚缺少大尺度对比研究.利用1991-2019年的月均气象数据,量化了我国69个典型城市的大气城市热岛效应强度,从热带、干带、暖温带、冷温带和极地带五个气候带,分析城市热岛效应的时空特征规律.结果 表明:(1)区域差异:干带热岛效应明显高于其他气候带,极地带最弱,且表现为较强的冷岛效应,热带、暖温带、冷温带热岛效应较弱,而冷温带的京津冀地区由于城市化程度较高,表现出较强的热岛效应,温暖带中西南地区较为明显;(2)季节性差异:不同季节城市热岛效应的强弱关系在不同气候带有所不同,秋季热岛效应较为稳定,热岛和冷岛效应均主要处于弱强度范围,春、冬热岛效应较为波动,易出现强热岛、强冷岛效应的极端现象,夏季热岛效应发生率最高;(3)时间演变规律:城市热岛效应的多年演变规律在相同气候带较为一致,2010年前后是各气候带各季节城市热岛效应的变化拐点,2010年后,干带、冷温带、暖温带热岛效应均有所下降,热带、极地带有所上升.