（生态学专业论文）上海市公园绿地对城市热岛效应影响的多尺度研究.pdf

u n i v e r s i t yc o d e ：1 0 2 6 9 s t u d e n ti d ：5 1 0 7 0 8 0 2 0 0 1 e f f e c t so fu r b a np a r ko nu r b a nh e a t i s l a n d ：am u l t i - - s c a l es t u d yi ns h a n g h a i at h e s i st ob es u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e ri ne c o l o g y b y c h e n f a n g m i n s u p e r v i s e db y a s s o c i a t ep r o f e s s o rl ij u n x i a n g i nt h es u b j e c to f e c o l o g y d e p a r t m e n to fe n v i r o n m e n t a ls c i e n c e e a s tc h i n an o r m a lu n i v e r s i t y s h a n g h a i ，c h i n a m a y 2 0 1 0 本论文研究得到国家自然科学基金项目： 城市景观格局与热岛效应相互关系的多尺度研究 ( 3 0 7 7 0 3 8 4 ) 资助 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重申明，本人呈交的学位论文i _ l 海市公园绿地对热岛效应影响的多尺度研究， 是在华东师范大学攻读硕名博士( 请勾选) 学位期间，在导师的指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表 或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确 说明并表示谢意。 作者签名：圣空立熟 日期：训p 年6 月日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 i1 海市公园绿地对热岛效应影响的多尺度研究系本人在华东师范大学攻读学位 期间在导师指导下完成的硕左博士( 请勾选) 学位论文，本论文的研究成果归华东师 范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位论文，并向主管部 门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学位论文的印刷版和电子版；允许 学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意学校将学位论文加入全 国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版， 采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) () 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密”学位论文 ，于 年月日解密，解密后适用上述授权。 ( j ) 2 不保密，适用上述授权。 翩签名燃丛文本人签名叠= 盔熟。 7 p 加年勿月日 “涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过的学位 论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方为有效) ，未经上 述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用 上述授权) 。 匿友筮硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 周秀佳教授华东师范大学主席 由文辉教授华东师范大学 顾泳洁副教授华东师范大学 摘要1 a b s t r a c t 3 第一章绪论5 1 1 研究目的和意义：5 1 2 城市绿地和城市热岛效应的基本概述6 1 2 。l 城市公园绿地6 1 2 2 城市热岛效应。7 1 2 3 城市热岛的主要形成机制和观测方法7 1 3 研究背景和研究进展8 1 3 1 研究背景8 1 3 2 城市绿地对热岛效应的影响研究9 1 3 3 城市公园对城市热环境的影响研究1 0 1 3 4 上海市城市热岛与绿地的相关研究l l 1 4 研究内容。l l 第二章材料与方法1 3 2 1 研究区概况1 3 2 1 1 研究区范围1 3 2 1 2 上海自然环境l3 2 1 3 上海城市发展概况1 3 2 2 研究方法和技术路线。1 4 2 2 1 研究方法。1 4 2 2 2 技术路线1 8 第三章城市公列特征对其降温作用的影响。1 9 3 1 研究对象和方法1 9 3 2 实验设计19 3 2 1 实验样地的选择1 9 3 2 2 实验观测2 0 3 2 3 数据校正2 0 3 3 公园斑块特征与其内部气温的相关关系2 l 3 3 1 公园面积与气温的关系2 l 3 3 2 公冈边界特征与气温的关系2 2 3 4 公园斑块特征与地表面温度的关系。2 4 3 4 1 公园绿地信息及地表温度提取。2 4 3 4 2 公园斑块特征与其地表面温度的关系分析2 5 3 5 公嗣斑块特征与其对环境降温作用的关系2 8 3 5 1 公园及其缓冲区温度提取2 8 3 6 结果与讨论3 0 第四章公园不同类型绿地的温度效应。3 2 4 1 研究方法。3 2 4 2 公园不同绿地类型的温度及湿度差异3 2 4 2 1 公园不同绿地类型环境温度变化。3 2 4 2 2 公园不同绿地类型环境湿度变化3 4 4 3 不同绿地类型改善小气候的差异3 5 4 4 讨论3 6 第五章城市公园绿地周边用地结构对其降温作用的影响。3 7 5 1 实验假说3 7 5 2 实验设计3 7 5 2 1 实验区域选择3 7 5 2 2 实验观测方法3 8 5 3 结果与讨论3 9 5 3 1 实验结果。3 9 5 3 2 讨论4 3 5 4 公园周边用地类型地表温度分布格局。4 4 第六章城市公园绿地在城市化梯度上对热岛的影响4 6 6 1 上海市城市化水平分析4 6 6 1 1 研究方法4 6 6 1 2 研究结果4 7 6 2 不同城市化水平下公园绿地温度环境分析4 8 6 2 1 公园绿地的温度环境梯度分析4 8 6 2 2 不同城市化背景下公园绿地的温度效应4 9 6 3 结果与讨论5 0 第七章总结与存在的问题。5 2 7 1 主要结论5 2 7 2 研究特色与创新之处。5 2 7 3 问题与展望5 3 参考文献：5 4 附录5 9 后记6 0 摘要 城市热岛效应( u 而锄h e a ti s l a n de f f e c t 简称u h i ) 是指城市气温高于郊区 的现象( o k e , 1 9 8 7 ) ，是城市气候最明显的特征之一，也是城市化的环境后果之 一。城市热岛不仅改变了城市的局部气候特征( 气温、湿度、对流、降水格局) ， 还有影响动植物生理、物候、生态系统功能、居民身心健康乃至生命安全，加重 污染，增加能耗等多种生态环境效应。城市绿地系统是城市生态系统的重要组成 部分，城市公园作为城市绿地系统的主要组分，可以有效缓解城市热岛效应，改 变城市热场分布。但是城市公园如何在多个时空尺度上对城市热岛产生影响，却 很少有系统的研究。 本文采用小气候定位观测、流动观测、遥感数据反演、景观格局分析等方 法，从植物群落、公园景观斑块、公园、社区( 公园+ 周边复合商住区) 、城乡样 带多个尺度上，研究城市公园绿地如何缓解城市热岛效应，定量分析了城市公园 绿地( 面积、斑块属性) 及其结构的热环境效应，探讨了公园绿地周边的景观格 局变化对公园降温效应的影响。得出的主要结论如下： ( 1 ) 夏秋季的公园绿地的温度明显低于周围环境，作为较明显的“冷岛”，仍 能有效缓解城市热岛效应。 ( 2 ) 城市公园绿地对热岛效应的缓解与其斑块特征有关：气温与公园面积呈 显著负相关( r 2 = o 8 1 7 ，p 0 0 5 ) ，两者满足对数函数关系；内部气温与公园的周 长呈负相关( r 2 = 0 7 4 7 3 ，p 0 0 5 ) ，两者呈幂指数关系，公园内气温与形状指 数( 周长面积比) 呈显著正相关( r 2 = 0 8 4 4 ，p 0 0 1 ) ，两者满足对数函数关系， 即公园边界越复杂，内部气温越高。公园绿地内部平均地表温度与公园面积负相 关，但不显著：地表温度与公园的周长存在负相关关系( r 2 = 0 2 7 9 2 ，p 0 0 1 ) ， 两者满足幂指数关系；地表温度与周长面积比无显著相关关系。周围环境地表温 度的差异与绿地斑块特征无明显相关性。 ( 3 ) 不同绿地景观类型的热环境效应不同。所有绿地类型的温度在白天和夜 间均低于铺砌地面，乔灌草和乔草复合型绿地的降温增湿效应优于草地类型绿 地。乔灌草类型比草地类型在白天和夜间降温效果分别高1 7 1 、o 8 ，增湿效 果分别高8 9 5 、2 3 4 ；乔草类型比草地类型在白天和夜间降温效果分别高 5 9 3 、0 1 8 ，增湿效果分别高1 2 6 l 、3 4 1 。复合类型的林地降温增湿作用 白天强于夜间；草地类型降温作用夜间强于白天，草地在夜晚明显增加空气湿度， 白天反而略降低空气湿度。 ( 4 ) 公园绿地周围环境温度与周边景观格局有关，与距离公园的远近无明显 的相关关系。高层的商业区和住宅比低层的住宅区温度稍低。公园微风扩散经高 层建筑区达到低层建筑区时温度明显升高，而经过低层建筑区达到高层建筑区的 时温度明显降低。 ( 5 ) 公园绿地的热环境效应在城乡梯度上随城市景观格局而变，城市绿地的 温度效应与城市化水平有关。城市化程度较高的中心城区公园绿地的温度比城市 化水平较低的区域明显较低，即随着城市用地结构的比例提高，绿地的降温作用 增加。 关键词：城市公园热岛效应多尺度遥感流动观测 2 a b s t r a c t u r b a nh e a ti s l a n d ( u h oe f f e c tw a sd e f i n e da st h et e m p e r a t u r ed i f f e r e n c eb e t w e e n u r b a na n dr u r a la r e a ( o k e , 19 8 7 ) u h ii so n eo ft h eh o tt o p i c si nu r b a nc l i m a t e r e s e a a l - c h , a n da l s oo n eo ft h ee n v i r o n m e n t a lc o n s e q u e n c e so fu r b a n i z a t i o n u h in o t o n l ya l t e r st h el o c a lm i c r o c l i m a t ec o n d i t i o n si nu r b a na r e a , b u ta l s oi n f l u e n c e st h e p h y s i o l o g i c a la c t i v i t i e s ，p h e n o l o g yo fp l a n t s a n da n i m a l sl i v i n gi nu r b a na r e a , e c o s y s t e mf u n c t i o n s ，a n dh e a l t he v e nl i f eo fu r b a nh a b i t a n t s u h ic a nd e t e r i o r a t e u r b a np o l l u t i o n , i n c r e a s et h ee n e r g yc o n s u m p t i o n u r b a ng r e e ns p a c e , a ne s s e n t i a l c o m p o n e n to fu r b a ne c o s y s t e m ，c 孤m a r k e d l ym i t i g a t eu r b a nh e a ti s l a n de f f e c t t h e e f f e c to fu r b a np a r ko nu r b a nh e a ti s l a n dh a sb e e nw e l ld o c u m e n t e d , b u th o wu r b a n p a r km i t i g a t e su r b a nh e a ti s l a n da tm u l t i s c a l eh a sn o tb e e nw e l la d d r e s s e d i nt h i st h e s i s ，m e t h o d so fm i c r o c l i m a t e ns i t uo b s e r v a t i o n , m o b i l eo b s e r v a t i o n , l a n ds u r f a c et e m p e r a t u r er e t r i e v a lf r o mr e m o t e l ys e n s e di m a g e r y , a n dl a n d s c a p e p a t t e r na n a l y s i sw e r ee m p l o y e dt os t u d yh o wu r b a np a r km i t i g a t eu r b a nh e a ti s l a n d e f f e c ti ns h a n g h a i ，t oq u a n t i t a t i v e l ya n a l y z eh o wu r b a np a r k ( e g a r e a , p a t c h c h a r a c t e r i s t i c s ) a n dt h e i rs t r u c t u r ea f f e c tu r b a nt h e r m a le n v i r o n m e n t ，t oe x p l o r eh o w t h ea d j a c e n tu r b a nl a n d s c a p ep a t t e r ni n f l u e n c et h ec o o l i n ge f f e c to fu r b a np a r k m y f i n d i n g sa r ea sf o l l o w e d ： ( 1 ) t h et e m p e r a t u r eo fu r b a np a r kw a sc l e a r l yl o w e rt h a nt h a to ft h ea m b i e n t e n v i r o n m e n ti nt h ea u t u m na n dw i n t e r u r b a np a r k ，a sc o o li s l a n d ，c o u l de f f e c t i v e l y m i t i g a t eo fu r b a nh e a ti s l a n de f f e c t ( 2 ) t h em i t i g a t i o ne f f e c t o fu r b a np a r ko nu h ic o u l db ec o r r e l a t e dt o c h a r a c t e r i s t i c so fp a r kp a t c h a i rt e m p e r a t u r ew a sn e g a t i v e l yc o r r e l a t e dt op a r ka r e a a n df i t t e dw e l lw i t hl o g a r i t h m i cf u n c t i o n ( r 2 = 0 8 1 7 ，p 0 0 5 ) a i rt e m p e r a t u r ew a s n e g a t i v e l yc o r r e l a t e d t o p a r kp e r i m e t e r , a n df i t t e d w e l lw i t hp o w e rf u n e t i o n ( = o 7 4 7 3 ，p 0 0 5 ) a i rt e m p e r a t u r ew a sp o s i t i v e l yc o r r e l a t e dt op a r ks h a p ei n d e x a n dw e l lf i t t e dw i t hl o g a r i t h m i cf u n c t i o n ( r 2 = 0 8 4 4 ，p o 0 1 ) 1 1 1 a ti st os a y , t h em o r e c o m p l e xt h ep a t c hp e r i m e t e rw a s ，t h eh i g h e rt h ea i rt e m p e r a t u r ew i t h i nt h ep a r kw o u l d b e t h el a n ds u r f a c et e m p e r a t u r ew a sn e g a t i v e l yc o r r e l a t e dt op a r ka r e a , b u tn o s i g n i f i c a n c e b u ti tw a sn e g a t i v e l yc o r r e l a t e dt op a r kp e r i m e t e ra n dc o u l db ef i r e d 3 w e l lw i t hp o w e rf u n c t i o n ( r z - - 0 2 7 9 2 ，p 0 0 1 ) s u r f a c et e m p e r a t u r ed i f f e r e n c e b e t w e e np a r ka n da m b i e n te n v i r o n m e n tc o u l dn o tb ec o r r e l a t e dt o p a r kp a t c h c h a r a c t e r i s t i c s ( 3 ) t h ev a r i o u sp l a n tc o m m u n i t ys t r u c t u r eo ft h ep a r ks h o w e dd i f f e r e n tt h e r m a l e f f e c t so na i rt e m p e r a t u r e , l a n ds u r f a c et e m p e r a t u r ea n dr e l a t i v eh u m i d i t y t h ee f f e c t o fd e c r e a s i n gt e m p e r a t u r ea n di n c r e a s i n g h u m i d i t yo fa l lp l a n tc o m m u n i t yw a s r e m a r k a b l eb e t t e rt h a nt h a to fs e a l e ds u r f a c e a r b o r - g r a s sa n da r b o r - s h r u b - g r a s st y p e w e r eb e t t e rt h a ng r a s st y p ei n r e g u l a t i n gm i c r o c l i m a t e t h ec o o l i n ge f f e c to f a r b o r - s h r u b - g r a s sw a sh i g h e rt h a nt h a to fg r a s st y p eb y1 71 i nt h ed a ya n do 8 a t n i g h t h u m i d i f i c a t i o ne f f e c to fa r b o r - s h r u b g r a s st y p ew a sb e t t e rt h a nt h a to fg r a s s t y p eb y8 9 5 d u r i n gd a y t i m ea n d2 3 4 d u r i n gn i g h t t i m e t h ec o o l i n ge f f e c to f a r b o r - g r a s sw a sh i g h e rt h a nt h a to fg r a s st y p eb y5 9 3 d u r i n gd a y t i m ea n d0 18 d u r i n gn i g h t t i m e h u m i d i f i c a t i o ne f f e c to fa r b o r - s h r u b - g r a s st y p ew a sh i g h e rt h a nt h a t o f g r a s st y p eb y1 2 6 1 d u r i n gd a y t i m ea n d3 4 1 d u r i n gn i g h t t i m e t h ec o o l i n ga n d h u m i d i f i c a t i o ne f f e c to fc o m p o u n dc o m m u n i t yt y p ew a ss t r o n g e ri nd a y t i m et h a nt h a t a tn i g h t c o o l i n ge f f e c to fg r a s sw a sw e a k e ri nd a y t i m et h a nt h a ta tn i g h t g r a s s l a n d c o u l di n c r e a s er e l a t i v eh u m i d i t ya tn i g h tb u td e c r e a s er e l a t i v eh u m i d i t yi nd a y t i m e ( 4 ) t h ea m b i e n tt e m p e r a t u r eo ft h ep a r kc o u l db ec o r r e l a t e dt ol a n d s c a p ep a t t e m b u tn o tb ec o r r e l a t e dt ot h ed i s t a n c et ou r b a np a r k t e m p e r a t u r ei nc o m m e r c i a la n d r e s i d e n t i a la r e a sw i t hh i g h - r i s eb u i l d i n g sw a sl o w e rt h a nt h a ti nr e s i d e n t i a la r e aw i n l l o w r i s eb u i l d i n g s t h ea i rt e m p e r a t u r ed e c r e a s e ds h a r p l yw h e np a r kw i n db l e wf r o m h i g h - r i s et ol o w - r i s eb u i l d i n ga r e a , b u ti n c r e a s e dw h e nf r o ml o w r i s et oh i g h r i s e b u i l d i n ga r e a ( 5 ) t h e t h e r m a le f f e c to fu r b a np a r kv a r i e dw i t h l a n d s c a p ep a a e r na l o n g u r b a n - r u r a lg r a d i e n tw h i c hw a sa f f e c t e db yu r b a n i z a t i o nd e g r e e b o t ha i ra n ds u r f a c e t e m p e r a t u r eo fp a r k si nt h ea r e aw i mh i g h e ru r b a n i z a t i o nw e r el o w e rt h a nt h a tw i t h l o w e ru r b a n i z a t i o n t h em i t i g a t i o ne f f e c to fp a r ko nu r b a nh e a ti s l a n di n c r e a s e dw i t h p a t c hc o v e r a g eo fu r b a nl a n du s e k e yw o r d s ：u r b a np a r k , u r b a nh e a ti s l a n d ，m u l t i s c a l e ，r e m o t es e n s i n gm o b i l e o b s e r v a t i o n 4 i j l 1 1 研究目的和意义： 第一章绪论 城市热岛( u r b a nh e a ti s l a n d ，u h i ) 是指当城市发展到一定规模，由于城市下 垫面性质的改变、大气污染以及人工废热的排放等使城市温度明显高于郊区，形 成类似高温孤岛的现象( 彭少麟，2 0 0 5 ) 。自l u k eh o w a r d 于1 8 1 8 提出城市热岛的 概念以来，城市热岛作为城市气候研究的主要内容之一，一直为气候学家关注 ( a m f i e l d ，2 0 0 3 ) 。城市热岛的存在，不仅改变了城市的局部气候特征( 气温、湿 度、对流、降水格局) ，甚至对区域大气环流造成影响，此外，城市热岛还有影 响动植物生理、物候、生态系统功能、居民身心健康乃至生命安全，加重污染， 增加能耗等多种生态环境效应。因而，对城市热岛的研究受到众多科学领域的广 泛关注。 大量研究表明，植被以及风、水体是缓解城市热岛效应的主要因素( t a h a , 1 9 9 1 ) ，合理规划和增加城市绿地是缓解热岛效应的有效手段( a k a b a r i ，1 9 9 0 ， j a u r e g u i ，1 9 9 7 ) 。城市公园是减缓热岛效应的重要基础设施( l e e ，2 0 0 9 ) ，也为周边 生活区的居民提供福祉。公园绿地和城市森林通过其叶片的蒸腾作用可直接消耗 城市中的辐射热，同时遮挡太阳的直接热辐射和来自路面、墙面等物体的热反射， 发挥城市“冷岛 的作用，从而改善城市小气候，缓解热岛效应带来的环境压力。 国外在城市热岛研究方面已经取得不少成果，我国在这方面研究，尤其是 城市热岛与绿地关系方面还相对薄弱( 张鹏，2 0 0 8 ) 。从多尺度水平上的综合研究 还相当缺乏。应用遥感技术，从景观生态学的角度，对城市热岛和绿地系统进行 大尺度的研究是目前的主流方向之一。如绿地景观格局影响城市热岛效应分布和 强度，绿地斑块平均面积越大、破碎度指数越低、绿化廊道比例高，则降温增湿 作用越大( w e n g , 2 0 0 4 ；周志翔，2 0 0 4 ；马勇刚，2 0 0 6 ) ；植被覆盖和热岛强度有很好 的线性关系( 程乘旗，2 0 0 4 ；李延明，2 0 0 4 ) 。遥感监测技术可以获取大面积、高 空间分辨率的温度场和绿地信息，但也存在温度遥感反演耗资大、卫星过境周期 较长、时间分辨率低等缺点( 肖荣波，2 0 0 5 ) ，需要地面实测数据，才能更准确地 反应城市热岛和绿地系统之间的关系。此外，在群落水平上，城市绿地的面积、 形状、乔灌草比例等特征的差异，均会影响城市绿地对热岛效应的缓解作用， 5 但在个体和群落尺度上开展的研究较少( 赵红霞，2 0 0 7 ) 。因此，从群落、公园斑 块、景观以及全市多尺度上分析城市公园绿地对热岛效应的影响，有利于加深对 城市绿地缓解热岛效应作用机理的理解，城市绿地系统规划和布局优化、管理和 评价提供参考。 上海是我国城市化程度最高的城市，近2 0 年来，快速城市化导致城区范围 不断扩展，城区内部大规模的改造，建筑密度增大，下垫面的性质有了很大改变， 城市景观结构发生了巨大变化，导致了城市热岛效应显著增强，面积不断扩大。 上海地区的热岛效应影响范围在1 9 8 0 年以前仅限市中心7 k i n 范围内，1 9 8 0 年代 扩大到市中心7 1 7 k m 的范围内，1 9 9 0 年则进一步扩大到1 7 3 3 k m 的范围( 丁金 才，2 0 0 2 ) 。城市热岛已经对上海城市的可持续发展带来影响。开展新形势下上海 城市热岛的研究势在必行。本文从多尺度水平上开展城市公园绿地与城市热岛关 系的研究，将为上海城市绿地缓解热岛效应、评价城市绿地系统生态效应、制定 城市绿地可持续发展政策、以及城市的可持续发展提供决策依据，对国内其他城 市的相关研究也有参考价值。 1 2 城市绿地和城市热岛效应的基本概述 1 2 1 城市公园绿地 城市绿地系统是城市生态环境的重要组成部分，反映了城市自然属性，也是 改善城市环境问题的关键因素。城市绿地具有界定城市空间、生态、使用、美学 价值等综合功能。城市公园是自然优美的公共户外活动场所，其起源可追溯到远 古时代的城市公共园林。我国2 0 0 2 年9 月1 日起正式实行的城市绿地分类标 准( c j j t 8 5 2 0 0 2 ) ( 以下简称标准) 中采用分级代码法将绿地分为5 大类、1 3 中类、1 l 小类3 个层次。其中公园绿地为其中1 大类，标准将其定义为向公 众开放，以游憩为主要功能，兼具生态、美化、防灾等作用的绿地。集游憩娱乐、 科教健身、文化艺术和环境生态等多项功能为一体的城市公园在城市中的合理布 局和规划是衡量现代人居环境的重要标志之一。 上海城市公园的形成是随西方殖民侵略、经济渗透而来的跨文化传通现象， 经过社会主义新中国近5 0 年的改造和发展，逐步形成了当代中国特有的一种园 林形式( 张志恩，1 9 9 8 ) 。上海城市公园历经传统的古典园林、殖民的近代公园和 多元化的现代城市公园。上世纪9 0 年代以来，随着浦东的开发和国际化大都市 6 的建设，城市公园的建设得到前所未有的重视，上海不仅改造了不少原有的旧公 园，如静安公园、人民公园，也建造了新的公园，如世纪公园、黄兴公园等( 郑 丽蓉，2 0 0 3 ) 。至2 0 0 8 年底，上海的绿化覆盖率为3 8 ，公园数量达到1 4 7 座， 游园人数2 2 1 1 9 万人次，植树数3 5 0 0 万株，公共绿地面积达1 4 7 7 7 3 5 h a ( 上海统 计年鉴，2 0 0 9 ) 。 1 2 2 城市热岛效应 城市化以及工业化进程在提高人们物质生活水平和舒适度的同时，也带来了 一系列环境问题，如：全球气候变暖、空气污染、全球生物多样性的丧失等。全 球环境问题对工业活动频繁和人口密集的城市区域的影响尤为严重，得到越来越 多的关注。城市热岛效应就是备受关注的城市环境问题之一。 气象学家h o w a r d 首次观测到城市区域的温度通常高于其周边乡村区域 ( h o w a r d ，1 8 3 3 ) ，此现象被一百多年来的众多研究所验证。城市“热岛效应 ( u r b a n h e a ti s l a n de f f e c t 简称u h i ) 是指城市气温高于郊区的现象( o k e ，1 9 8 7 ) ，是城 市气候最明显的特征之一，反映了城市化发展对城市环境的影响。研究表明，从 1 9 4 0 年至2 0 0 0 年，美国城市的温度上升了0 5 3 o ( a k a b a r i ，2 0 0 1 ) 。墨西哥城 无云天气平稳的夜间，观测到的最大热岛强度达到7 8 ( j a u r e g u i ，1 9 9 7 ) 合肥 市热岛强度在1 9 9 8 年达到峰值5 9 ( 严平，2 0 0 0 ) 。上海市城市热岛全年出现 概率为8 7 8 ，月平均热岛强度值大于0 8 c ( 邓莲堂，2 0 0 1 ) ，冬季夜晚热岛强 度最大( 束炯，2 0 0 0 ) 。造成城市热岛的因素有：人为活动的加剧、交通热排放和 污染、大量的高层建筑、道路和其他硬质表面白天捕捉短波辐射并阻碍空气运动， 所吸收的能量在夜晚再辐射升高了气温( c h a n g , 2 0 0 7 ；w o n g , 2 0 0 5 ) 。 1 2 3 城市热岛的主要形成机制和观测方法 热量平衡是城市热岛形成的能量基础，城市化改变了下垫面的性质和结构， 增加了人为热，从而影响城市热量平衡。研究认为，热量平衡各因素变化与下垫 面的性质改变，人为热和大气污染，城市规模、形状和所处的地理位置是形成城 市热岛的主要诱因( 彭少麟，2 0 0 5 ) 。 为了精确细致地描述城市热岛的空间分布特征和强度，研究者们采用了多种 方法来进行监测。主要可归纳为：气象站法、定点观测法、运动样带法、遥感测 定法以及模型预测法( 肖荣波，2 0 0 5 ) 。 7 1 3 研究背景和研究进展 l 3 1 研究背景 对北京市区的典型样地进行分析得出，当一个区域植被覆盖率达到大于3 0 时，绿地对热岛效应即有明显的削弱作用，覆盖率进一步提高，热岛影响可以得 到更有效的控制( 李延明，2 0 0 4 ) 。公园绿化冠层相对其他城市结构较低的反照率 使得在日光强烈时公园温度比周边环境较低( j a u r e g u i ，1 9 9 0 ) ，通过对上海市延中 绿地的研究表明，集中、大范围的绿地减缓热岛效应的作用明显( 周红妹，2 0 0 2 ) 。 因此，深入理解城市绿地的降温效应可为解决城市环境问题提供可能的解决方案 ( h a m a d a , 2 0 1 0 ) 。近年来，城市绿地缓解热岛效应的作用日益得到关注，相关 研究大量涌现。上海由于加强了绿化规划和建设，已经使夏季城市热岛效应的增 强趋势得到初步缓解，中心区的热岛效应强度有所降低。由于行道树及面积较小 的绿地对小气候的影响有限( l a n d s b e r g , 1 9 9 0 ) ，因此越来越多的研究集中于城 市大型绿地( 如公园、城市森林) 。 研究表明，以大面积绿地斑块占优势，且绿地有适度指数最大、破碎度指 数最小，绿化道路廊道总面积及平均面积较高的绿地景观格局的降温增湿作用显 著；而绿地斑块总面积小、破碎化指数高的景观格局的环境气温较高、空气相对 湿度较低( 周志翔，2 0 0 4 ) 。研究绿地斑块面积、几何形状等特征与城市绿地缓解热 岛效应作用的相关性，可以揭示不同特征绿地生态效益的差异，以期为城市绿地 系统规划和建设提供科学参考。 近年来的研究表明，从群落配置水平上研究绿地影响气候的表现十分有必 要( s p r o n k e n s t n i t h , 2 0 0 0 ) 。研究表明乔木类型绿地和灌木类型绿地对地表温度 的降低作用比草地类型绿地强( 李俊祥，2 0 0 3 ) ，相同面积的林地降温增湿效果随 林分郁闭度的增大而增强，相同面积的林地改善城市气候的生态效果明显优于草 地( 刘华，2 0 0 9 ) ，每平方米乔木的绿化覆盖面积可使周围面积1 0 m 2 ，厚度1 0 0 m 的大气层降温分别为1 9 和1 3 ，相对湿度则分别增加3 3 和2 4 ( 杨士弘， 2 0 0 3 ) 。对城市绿地景观和热场的相关分析表明，密林对城市较低温度带的贡献 最大；疏林和草本植物则对城市中等温度场贡献较大；疏林对较高温度场有一定 贡献( 马雪梅，2 0 0 5 ) 。李晓储等( 2 0 0 8 ) 对夏季乔木草本和灌木草本型绿地对照公 园内的道路的气温及空气湿度日变化展开了研究，结果表明绿地内部的气温 7 ：3 0 - 1 6 ：3 0 间随时间推移逐渐上升，最高值出现在1 2 ：0 0 ，但均低于园路；空气 8 湿度随时间推移呈梯度下降趋势，但绿地的空气相对湿度明显高于公园路面；此 外，乔木草本型绿地的降温增湿效应优于灌木草本型绿地。徐高福等( 2 0 0 9 ) 通 过对不同配置类型的小区绿地的研究发现，大量乔灌草结合的绿地类型，绿量高， 林下光照强度低，夏季降温增湿效益非常显著。分析不同群落配置类型绿地的降 温增湿效应，可以为城市公园绿地建设及环境的系统科学规划提供一定的参考依 据。 城市形态是形成城市温度格局差异性的重要原因之一( o k e ，1 9 8 1 ；b a r f i n ge a a 1 ，1 9 8 5 ；e l i a s s o n1 9 9 6 ) 。城市绿色空间不仅自身可发挥“城市冷岛 的作用，对 其周边地区也有明显的降温作用。目前针对周边用地结构对公园绿地降温作用的 影响的相关研究仍较少见，从小尺度上研究公园周边建筑结构对公园温度效应格 局的影响有利于揭示在高度城市化的区域绿地如何发挥“绿洲 作用。 随着城市化进程的不断加速，越来越多的研究着眼于通过定量分析城市景观 的空间格局深入探讨城市化对生态系统过程的影响和社会经济后果。在城市化加 剧的过程中，城市用地的景观格局不断变化，破碎化日益严重，这对发挥城市公 园减缓热岛效应的功能十分不利。城市绿地空间格局制约着城市景观的总体布 局，不同的绿地景观布局对城市环境、经济文化和人们生活等产生深刻的影响。 对于城市绿