城市“蓝绿空间”的降温效应研究进展

连欣欣，刘兴诏，李 倩，林赛男，陈玥忻

（福建农林大学园林学院，福建 福州350002）

随着全球经济的迅速发展，城市人口快速膨胀，城市规模不断扩大。根据联合国发布的《2014 全球城市化发展报告》，至2050年，约超过60%的世界人口将居住在城市[1]。快速的城市化导致城市下垫面和冠层结构发生改变，人为热和污染物的排放快速增加，城区气温及地温迅速上升，引发了严重的城市热岛效应。城市热岛不仅影响了人们的生活环境和生活质量，还对城市生态系统和公共安全造成了严重危害，影响城市物质循环和能量流动，加重大气污染，制约城市的发展。

城市绿地是指城区内大部分由绿色植物组成的地面，在城市中形成了独特的“绿色下垫面”，而城区内包括流经城区的河流、湖泊、池塘及人工水库、人工湖等则称之为“蓝色下垫面”[2]。因此可视城市“蓝绿空间”为城市绿地和水体的统称。水体和绿地对城市热岛具有一定的降温效应，能够有效的降低周围环境的温度，缓解城市热岛效应。城市“蓝绿空间”的建设是缓解城市热岛效应的重要手段，综述国内外学者对城市“蓝绿空间”降温效应的研究，了解目前“蓝绿空间”的研究现状，找出影响城市“蓝绿空间”降温效应的因素，能够为城市“蓝绿空间”的建设和优化提供一定的理论基础，以期充分利用“蓝绿空间”的最大效能。

1 绿地的降温效应研究

1.1 绿地植被特征对降温效应的影响

1.1.1 植被类型

不同植被类型的降温效应存在明显差异，研究发现，乔木能有效阻止阳光直射，降温效应显著强于周围的草本植物[6-7]。何介南等[8]对不同绿地类型进行研究，发现绿地的降温效果从大到小依次为乔木林＞乔灌木＞灌丛＞草地。绿地降温效应还与植被群落类型相关，森林和混合绿地的降温效果明显好于草坪和裸地，不同群落类型的降温强度从高到低依次为乔灌草型＞乔草型≈乔木型＞灌草型＞草地型[9-10]。说明乔灌草型的绿地配置结构对城市热岛的缓解效果最好，具有较好的降温作用，因此，在绿地面积相同的条件下，尽可能多的使用乔灌草混合种植方式，能最大限度的发挥绿地的降温效应，有效改善城市热环境。

1.1.2 植被指数

归一化植被指数 (NDVI，Normalized Differential Vegetation Index)、叶面积指数(LAI，Leaf Area Index)和植被覆盖度(VF，Vegetation Fraction)是常用以反映植被分布状况的植被指数，能直观的描述植被覆盖的浓密程度。大量研究表明，归一化植被指数、植被覆盖率与地表温度呈显著负相关，与降温效应呈显著正相关[11-13]。植被的郁闭度、平均冠幅与植被群落的降温效应呈显著正相关，叶面积指数对群落的降温效应起到一定促进作用[14]。另外也有不少定量研究，例如李延明等[15]发现当绿化率达到30%时，热岛效应明显减弱，绿化覆盖率超过50%时，降温效应极其明显。Alavipanah 等[16]研究发现植被覆盖率在70%～79%时，绿地的降温效应最强，之后降温效应并未随着覆盖率的增加而显著增强。说明植被覆盖率增加到一定比例后，绿地降温效应和植被覆盖率之间的关系是非线性增加的。

1.2 绿地形态特征对降温效应的影响

近年来，国内外学者们深入探讨了绿地面积、周长、几何形状等形态特征对降温强度和降温范围的影响。研究表明，绿地降温效应与绿地面积、周长呈显著正相关关系，与绿地周长面积比值呈显著负相关，绿地面积越大，其降温效应越大，但当面积达到一定值时，降温效应趋于稳定[17-18]。在绿地形状方面，王娟等[19]认为绿地降温效应与形状指数、边缘率呈正相关，具体形状的降温能力顺序为圆形＜矩形＜环状＜带状。Park 等[20]分别对多边形、线形、单一型和混合型绿地的降温效应进行对比研究，发现多边形和混合型绿地的降温效应最明显。部分学者还研究了城市带状绿地的降温效应，发现绿带宽度对降温效应有一定影响，且宽度越大，降温效应越强[21-23]。

1.3 绿地景观特征对降温效应的影响

目前许多学者通过实测和模拟手段，基于不同尺度研究了绿地格局与温度之间的关系。大部分研究者选用景观格局指数来构建绿地格局与温度之间的关系。一些研究者们对景观格局与温度间的关系进行了定性与定量的研究，发现最大斑块指数、聚集度、连接度与温度呈正相关，而斑块密度、景观形状指数、破碎度与温度呈负相关[24]。在一定尺度上，热岛强度会随着绿地斑块密度指数、分维数、聚集度指数的增大而增大；随着均匀度和碎裂化指数的增大而降低[25-26]。

景观格局包括组成和配置两部分。不少学者认为绿地景观组成（绿地数量和占城市面积的比例）越大，其降温效应也越大[27]，但其实不同的空间配置所产生的降温效果也存在显著差异，深入研究后发现，绿地景观组成和配置对其降温效应的影响是协同且相当的[28]。

1.4 外界因素对降温效应的影响

除绿地面积、形状、植被类型、景观布局、植被绿量等因素对其降温效应有影响以外，城市绿地的降温效应也受到季节、气候、时间等环境因素的影响。部分学者对不同气候条件、不同季节、不同时段下城市绿地的降温效应进行了研究，发现与潮湿低温的气候相比，城市绿地的降温效果在干燥高温的环境下更明显；绿地的降温效应存在季节差异性，夏季的降温效果通常比冬季的明显；绿地的降温效果在同一天的不同时段存在差异，白天绿地的降温效果比夜晚明显[29-31]。

在穿越高铁桥梁桩基期间，建立足够的土仓压力平衡刀盘前端水土压力，以保证掌子面稳定，利用5个土仓压力传感器数据综合控制土压，上部土压控制在0.17MPa；将刀盘转速控制在1.4r/min，以减小掘进对周边土体和桥梁桩基的扰动；掘进推力控制在11 000kN，掘进速度控制在20～30mm/min[2]。

不同季节、不同气候条件、不同时段下城市绿地降温效应的差异，其本质是太阳辐照量、空气湿度等因素对绿地降温效应的影响，属于外部环境影响因素。绿地面积、形状、叶面积指数、植被覆盖率、景观格局等绿地因子对绿地降温效应的影响属于绿地自身特征因素。因此，可以认为城市绿地的降温效应主要受绿地自身特征和外界环境特征的影响。

2 水体的降温效应研究

水具有高热容量、高热惯性、低热传导率、低热辐射率的特点，可以通过蒸发作用改变热量在水体与空气间的传输方式，降低周围环境的温度，缓解城市热岛效应[32-33]。近年来。国内外不少学者通过实地观测、遥感监测、数值模拟等研究方法探究城市水体对周边环境温湿度的影响，发现水体自身属性和周边环境是影响水体降温效应的主要因素。

2.1 面积、形状

李东海等[34]、王琳等[35]、龙丽娟等[36]对城市河流与湖泊的降温效应进行研究，发现水体的面积和形状指数都对其降温效果有影响，水体面积比例越大，地表温度就越低，降温效应越显著；形状指数越大，降温影响范围越大。另外，不同形状的水体的降温效果具有差异性，研究表明，面状水域比线状水域具有更明显的热岛缓解作用，并且线状河流景观的降温效应受河流宽度、面积和流经区域的共同影响，且河流越宽、面积越大，其降温效果越显著[37-38]。

2.2 气候

水体的降温效应在季节上也存在一定差异，胡颖炫[39]和张棋斐等[40]对城市湖泊温度效应进行研究，发现湖泊的降温效应具有明显的季相变化和日夜变化，湖泊在夏季、秋季白天呈现降温效应，夜晚呈现增温效应，在冬季白天呈现增温效应，而且从夏季到冬季，湖泊的降温强度和影响范围逐渐减小。除此之外，在不同的季节条件下，水体的降温效果与其影响因素间的关系也会发生改变，例如，纪鹏等[41]发现在春季、夏季和秋季，河流的降温幅度与河流宽度呈正相关，而在冬季，河流的降温效果随着宽度的增加而减弱甚至出现逆转。

2.3 布局

水体的面积和布局会影响水体的降温效果，相较于单块的、面积在0. 25 km2以下的水体，多块、密集分布的小面积水体对环境的降温效果更为显著[42]。对于水体的放置方式，集中式水体布置方式的降温效应要优于分散式布局[43]。另外，水体尺度、水体分散程度、水体形态和水体位置对水体降温效果也有影响，且其影响程度为水体尺度＞水体位置=水体分散度＞水体形态[44]。

2.4 周边环境

有研究表明，水体周围的环境对水体的降温效应具有一定的影响，例如湖泊的降温效应会随着周边建筑高度的增大而逐渐减弱，水体的降温效果与风向的大小、分布呈非线性关系，相对较大的湖泊在其边缘和顺风区域表现出较高的降温效应[45-46]。

虽然以上研究是基于不同区域、不同季节、不同尺度进行的，但总体上水体的降温效应表现为面积比例越大，形状越复杂，其降温效应越明显；面状水体的降温效果比线状水体强，且线状水体宽度越大，降温效应越大；水体在不同季节和时段的降温效应具有显著差异性，且夏季的降温效应普遍比冬季的强；水体所处位置和水体自身的布局因素对其降温效应有一定影响；水体周边建筑和周围风向也是影响水体降温效应的重要因素。

3 绿地和水体之间的协同效应

众多研究表明，城市绿地和水体都对城市热环境有缓解作用，具有一定的降温效应。部分学者对绿地和水体降温效应之间的联系进行研究，发现绿地和水体在降低环境温度上具有协同效应，两者对周围环境的降温效应是相互影响、相互促进的。

国外学者如Robitu 等[47]模拟有无植被和水体这两种情况下城镇广场的微气候效应，通过比较分析模拟结果，发现在有植被和水体存在的情况下，地表温度明显比无植被和水体环境下的低。Di Wu 等[48]对城市水库和森林的热环境效应及其相互作用进行研究，发现水库水体的降温效应与植被之间存在非线性关系，水库和森林对环境的调节作用是相互影响的。国内学者如轩春怡等[49]发现水体和绿地结合的方式,更能发挥水体的小气候效应。刘雅婷[50]对湿热地区城市公园的内部要素进行组合模拟，发现乔木覆盖率为40%、水体占比15%的组合比单独乔木覆盖率为60%时的降温效果要好，水体能够增强绿地的降温效应，使整体的降温增湿效果更明显，且水体比例越大降温效果越好。宋晓程等[51]研究发现容积率和绿化对水体水蒸气扩散的影响最为显著，且容积率为1.5，绿化类型为草地和树木的组合时，水体的降温效果最佳。张丽红等[52]发现城市水体对周边绿地的温湿度具有一定影响，且其降温增湿效果和影响范围受到绿地绿量和乔灌比例的影响。

4 总结与展望

4.1 总结

目前国内外对城市“蓝绿空间”降温效应的研究主要集中在水体和绿地在缓解城市热环境方面的机理研究和影响因素研究。学者们通过实地观测、气象与遥感监测、建立模型模拟等研究手段对城市绿地、水体与城市热岛间的关系进行了定量和定性研究，发现绿地面积、形状、类型、叶面积指数、植被覆盖率、景观格局等绿地自身特征因素和太阳辐射量、空气湿度等外部因素是城市绿地降温效应的主要影响因素。城市水体的降温效应主要与水体面积、形状、宽度、布局、气候、周边环境等影响因素有关。另外，不少学者分析了绿地与水体之间降温效应的联系，发现两者在降温效应方面会互相影响，互相增强，具有一定的协同增效作用，因此水体和绿地相结合的方式比单一水体或绿地更能发挥降温作用。

4.2 研究展望

目前，城市“蓝绿空间”的降温效应及其影响因素研究取得了较大进展，但依然存在一些值得今后探索或解决的问题，具体如下。

1）整合现有研究方法，开展多尺度的综合研究。当前大多数研究采用实地观测、遥感反演或者热环境模拟的方法。这3 种方法都有一定的局限性，因此，我们应结合不同方法的优点，系统开展多个尺度上降温效应的研究，从城市景观规划布局的角度来探讨“蓝绿空间”对热岛效应的缓解作用。

2）需要进一步探究城市水体与绿地在降温方面的协同效应。目前对水体和绿地单独的降温效应已有一定数量的研究成果，但是两者的协同效应研究较少，多数研究也只是将有水体和绿地的区域与仅有水体或者仅有绿地的区域进行比较，证明水体对绿地的降温效应有影响，或者绿地对水体的降温效应有影响，进而验证水体和绿地的协同降温效应，但是并没有更深入地进行分析。因此，在今后的研究中，应侧重于研究水体和绿地对周围环境的协同降温作用，进行机理研究，对水体和绿地协同作用的降温范围和降温程度进行研究。

3）为便于指导城市“蓝绿空间”的规划建设，应加强城市水体和绿地景观降温效应与影响因素之间的定量研究。从景观组成和景观配置方面对绿地和水体的降温效应进行量化研究，例如，水体或绿地的面积比例、宽度、形状指数、植被覆盖率等指标达到多少能够有明显的降温效应？水体或绿地对周围环境的降温范围和幅度的阈值是多少？水体和绿地要怎样组合能使其降温效应达到最优？另外，可以探讨不同景观格局与景观配置对景观降温效应的影响，为城市规划或者决策者提供准确的量化指标。