屋顶绿化作为一种新型绿色基础设施与基于自然的解决方案,已成为提升城市生态韧性与维持生物多样性的重要生态路径.然而,目前城市生态网络研究多关注二维的地面生态空间,而顾及屋顶绿化的三维生态网络构建研究尚不多见.以南京市中心城区为例,基于LiDAR、高分辨率遥感及建筑属性等多源数据,采用多因子叠置与电路理论等方法,构建了顾及屋顶绿化的城市三维生态网络整合分析框架:即采用多因子叠置方法,从建筑高度、屋面坡度、建筑年代、历史文化属性四个方面分析了屋顶绿化建设的适宜性;其次,结合建筑与植被三维结构特征数据,采用电路理论构建了有无屋顶绿化两种情景下的生态网络;最后,通过比较生态廊道数量、长度、平均阻力等指标分析了屋顶绿化对城市三维生态网络结果的潜在影响.研究结果表明:1)研究区有 46.59%的屋顶适宜进行绿化,表明屋顶绿化具有很大的发展潜力.2)顾及屋顶绿化的生态廊道数量由 205 条增加到209 条,生态网络总长度增加,单位长度阻力值减小,表明屋顶绿化能够显著提高城市生态空间的景观连通性、增加生态廊道密度,为高流动性生物提供重要的栖息地和垫脚石.3)屋顶绿化对城市生态网络优化的作用存在显著的空间差异,在城市中心区的优化作用最大,工业区次之,在生态良好片区优化作用较小.研究结果可为实现城市高密度区域地面生态空间与屋顶绿化空间的整合分析与统筹规划提供决策参考.

以北方城市雨雪径流削减控制为研究目标,通过构建SWMM雨雪径流模型对北方城市夏季降雨径流量和春季融雪径流量进行模拟.同时根据研究区气候特点和实际情况制定了符合研究区低影响开发(LID)绿色生态措施方案,通过加入简单式绿化屋顶、雨雪收集双用装置和下凹式绿地3种控制措施,模拟了组合绿色生态措施对研究区夏季降雨和春季融雪径流的削减以及对排水管网压力的缓解效果.结果表明:2016年5月24日、6月10日和7月18日3场实测降雨模拟的最大径流量分别为2.7、6.2和7.4 m3·s-1,1、2、5、10年4种不同重现期降雨条件下的峰值流量分别为2.39、3.91、6.24和7.85 m3·s-1;在融雪期,峰值流量出现在3月初.LID措施在雨季对削减峰值流量、延迟峰值时间和缓解排水压力具有很好的控制效果,削减率最高可达70％左右,而且通过加入雪收集装置,对春季融雪径流也有一定的控制效果.

生态基础设施是保持、改善和增加生态系统服务必备的一系列条件和组合,其类型包括城市绿地、湿地、农田、生物滞留池、绿色屋顶等自然和半自然系统,是城市可持续发展的重要保障和支撑.生态基础设施的功能是保障城市生态功能正常运行,并且其居民持续地获得生态服务.对生态基础设施的定义和内涵进行了辨析,分别从区域与城市/社区尺度对生态基础设施提供的调节服务、支持服务、文化服务和供应服务4个方面的生态系统服务进行了梳理,并针对生态基础设施的径流滞蓄、水质净化和气候调节能力与提升技术进行了具体讨论.对生态基础设施服务评估的物质量评估、价值量评估、能值分析以及模型模拟方法的适用性与局限性进行了总结与比较.基于上述分析提出了生态基础设施未来几点研究方向:(1)生态基础设施的多尺度协调规划;(2)基于物联网技术的生态基础设施智能监测体系;(3)基于景感生态学的生态基础设施服务能力综合评估方法.

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.

近年来,生态系统服务评估逐渐地被运用到城市绿色基础设施的规划建设当中,发掘能提供高生态效益的绿色屋顶潜力区域是增加城市生态空间有效途径.以提供城市空气净化、雨水截留、生物栖息地、热环境调节四个方面的生态服务为目标,借助GIS平台确定醴陵市绿色屋顶生态空间潜力区域并提出规划策略,为醴陵市以绿色屋顶形式完善城市生态空间结构提供参考.研究表明:(1)醴陵市潜在绿色屋顶生态系统服务评估中,有20.3 km2的区域被划分为高效益服务区域,约占研究区域面积的63.8％.(2)建筑年龄、结构和资金是小城市建设绿色屋顶的主要限制因素,现状建筑中,不适宜改建的建筑约占总建筑面积46.25％,低限制改建的建筑占15.86％.(3)通过叠加分析,提取了高效益区域内的低限制改建建筑,作为醴陵市绿色屋顶生态空间潜力区域,面积为0.53 km2.(4)结合醴陵市绿地系统规划,以"生态源地-廊道-节点"为结构,以"分期规划,重点建设"、"空间互补,全域网络"两大原则,形成"五重要节点、四优先区域、五主要廊道、全域网络"的醴陵市绿色屋顶生态空间格局.所提出的潜力评估和规划策略,不仅可以为醴陵市建设绿色屋顶、优化城市空间构架提供依据,还可为其他小城市以绿色屋顶形式增加生态空间的规划建设提供参考.

[背景]在全球气候变化背景下,随着城市热岛效应加剧,对城市热环境及人体热舒适性研究日益得到重视.夏热冬冷地区绿色屋顶在夏季有着显著的降温增湿效应.[目的]探索绿色屋顶在降低城市热岛效应,提升人体热舒适性等方面的机制,为城市绿色屋顶的规划设计提供科学依据.[方法]以安徽省建筑科学研究设计院(后简称:建科院)绿色屋顶为研究对象,选取晴朗无风的典型天气条件下对花园式绿色屋顶进行实地监测,在验证模型精度可靠性的基础上运用ENVI-met 4.4.5软件模拟花园式与草坪式两种不同类型绿色屋顶,随机式、组团式与围合式三种不同植被布局形式,从"面"的角度测量绿色屋顶降温增湿效应以及用生理等效温度(PET)对人体热舒适性进行评价.[结果]结果表明:(1)绿色屋顶在夏季有着明显的降温增湿效应,降温效应呈现白天弱夜间强,增湿效应呈现白天强夜间弱的总体分布特征.(2)草坪式与花园式绿色屋顶类型呈现的降温和增湿的变化趋势较为一致;降温幅度分别在0.002～0.068℃与0.001～0.141℃之间,增湿幅度分别在0.367％～1.952％与0.555％～2.305％之间;花园式略强.(3)在19:00至次日6:00时间段,此时空气温度处于26.462～28.436℃之间,相对湿度处于54.192％～66.608％之间,PET处于18～23℃,为人体热舒适性水平最佳的时段;在11:00—16:00时间段,此时空气温度处于28.557～30.349℃之间,相对湿度处于49.646％～57.636％之间,PET>41℃,人体热舒适性处于一天中最差水平;在6:00—11:00以及16:00—19:00时间段,PET处于23～41℃,人体热舒适性处于一般水平.(4)在植被配置比例相同,植被布局不同的情境中,地块平均温度依次为随机式布局<组团式布局<围合式布局,且温度的高低与风速大小呈正相关,与相对湿度大小呈负相关的关系,相同时间点三种不同植被布局形式呈现相同的热应激水平.[结论]在夏热冬冷地区,草坪式与花园式绿色屋顶在夏季都具有一定的降温增湿效果,一天中不同时间段的人体热舒适水平也会表现不同,所以增加绿色空间和城市绿量,对于改善城市微气候和提高人体热舒适性具有重要意义.

快速城市化驱动的不透水面比例增加是引起流域洪峰和径流总量增加的直接原因,海绵城市建设通过生态基础设施网络构建增加流域透水面比例,是重构流域生态水文过程的重要途径.但是海绵城市建设在流域海绵体生态水文过程中发挥的作用尚不清楚.以深圳市布吉河流域洪湖片区为例,通过雨季水文过程要素在线连续监测来确定海绵城市建设是否改善洪湖片区生态水文过程.结果表明,中观尺度上,雨季降雨量对洪湖片区地表径流总量无直接影响,降雨强度显著影响洪湖片区地表径流峰值流量(P<0.05),日降雨量对布吉河水质影响极显著(P<0.01).洪湖片区通过28.3％(0.85 km2)海绵面积建设,透水面比例提升,以生物滞留设施和透水铺装等强化片区蒸散和下渗过程,减少雨季径流97.2％(248.72万m3),削减典型降雨峰值流量98.2％以上,降低易涝点积水水位至7.8 cm以下,2.8％形成河川径流(布吉河),海绵面积(比例)和地表径流量削减无直接量化关系.洪湖片区污染物截留时空随保水能力得到提升,控制排放悬浮物月均浓度均低于15.60 mg/L,污染物通过径流裹挟进入布吉河的总量和速率降低,促使布吉河黑臭消除、水质提升至IV类.海绵城市建设对微观尺度生态水文过程的影响与中观尺度存在差异,降雨量等因素与典型项目生态水文过程量化关系不明显.学校、道路和社区公园利用绿色屋顶、透水铺装等强化下渗、蒸散,可削减雨季径流99.0％以上、削减峰值流量97.0％以上,控制悬浮物月均浓度低于17.10 mg/L.总之,以上研究结果强烈表明海绵城市中微观尺度源头减排设施和调蓄设施的耦合建设模式可以削减洪湖片区径流总量、峰值流量、积水水位和径流污染,是一种改善相似流域生态水文过程的有效途径.

蒸散发过程决定绿色屋顶雨水滞留能力的恢复,进而影响绿色屋顶径流调控功能.基于水量平衡原理和 Penman-Monteith公式,利用北京市实验绿色屋顶气象和蒸散发连续监测数据,构建并验证绿色屋顶水文过程模型,模拟分析不同气候区城市绿色屋顶蒸散发变化规律.结果表明:①该模型能较准确模拟绿色屋顶蒸散发量,率定和检验期的Nash-Sutcliffe效率系数分别为 0.6385 和 0.6014,决定系数(R2)分别为 0.7191 和 0.6168;②基质厚度相同的情况下,从半干旱区(兰州)、半湿润区(北京)到湿润区(武汉和广州),绿色屋顶日平均实际蒸散发量呈增加趋势;③增加基质厚度可提升绿色屋顶最大雨水滞留能力,进而增加绿色屋顶实际蒸散发量,但基质厚度对绿色屋顶蒸散发量的影响存在阈值,在兰州、北京、武汉和广州,当基质厚度分别超过 10 cm、17 cm、24 cm和 25 cm时,绿色屋顶的日平均实际蒸散发量变化不再明显.此外,不同气候区城市绿色屋顶的日平均实际蒸散发量也存在阈值,广州绿色屋顶日平均实际蒸散发量的阈值依次高于武汉、北京和兰州.本研究有望为我国不同气候区绿色屋顶蒸散量估算以及绿色屋顶水文设计提供科学参考.

都市农业作为新型城市绿色基础设施和连贯式生产性城市景观,能够大幅提升城市食物系统的韧性并减少食物运输过程中的碳排放.然而,目前国内评估都市农业发展潜力及其碳减排效益的研究尚不多见.本研究以南京主城区为例,基于卫星影像和Lidar点云等数据,采用语义分割、空间分析等方法,识别了研究区适合发展都市农业的地面潜力空间和屋顶潜力空间,并估算了其潜在的蔬菜产量和在食物运输方面的C02减排效益.结果表明:研究区分别有2904.39 hm2的地面空间和2976.96 hm2的屋顶空间可作为发展都市农业的潜力空间;在潜力空间利用率为80％的情景下,每年可生产蔬菜约22.50万t,相当于研究区年蔬菜消费量的43.6％,同时,可减少从外地输入食物过程中所产生的6.37万tCO2排放.