城市公园景观格局对热岛效应的影响研究进展

摘要 城市绿地是缓解城市热岛效应的重要方式之一，以往研究多聚焦于城市绿地对周边热环境的影响，较少关注城市公园内外部景观格局差异对于城市热岛效应的影响。对国内外相关文献进行文献调研，通过整合分析，从研究趋势、研究手段、研究成果三方面进行归纳，探讨了公园内部景观斑块，公园总体形态特征，不同研究区、研究方法、研究指标对于结果产生的可能性影响。分析发现，公园内部景观类型所占比例与公园总体形态特征对热岛效应缓解程度和辐射范围不同；其次研究区所处位置、不同研究方法和选取不同评价指标也会对研究结果产生影响。已有的研究对于城市公园和热岛效应相关性关注较少，并且不同研究区在温度带和干湿区域方面的差异导致研究结果呈现多样性，仍需对于不同条件下的城市公园开展本土研究，并分析其对热岛效应的缓解程度，为未来城市公园的规划布局，建设绿色宜居的城市提供科学依据。

关键词 城市公园；景观格局；热岛效应

中图分类号 X16 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2023）09-0014-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.09.004

Abstract Urban green space is one of the important ways to alleviate urban heat island effect. Previous studies mostly focused on the impact of urban green space on the surrounding thermal environment， and paid less attention to the impact of the difference of internal and external landscape pattern of urban parks on urban heat island effect. This paper conducts literature research on relevant literature at home and abroad. Through integrated analysis， this paper summarizes the research trend， research means and research results， and discusses the possible impact of the park’s internal landscape patches， the overall morphological characteristics of the park， and different research areas， research methods and research indicators on the results. It is found that the proportion of landscape types in the park is different from the overall morphological characteristics of the park on the mitigation degree and radiation range of heat island effect; Secondly， the location of the study area， different research methods and the selection of different evaluation indicators will also affect the research results. Existing studies pay less attention to the correlation between urban parks and heat island effect， and the differences in temperature zones and dry and wet areas in different research areas lead to the diversity of research results. It is still necessary to carry out local research on Urban Parks under different conditions and analyze their mitigation degree of heat island effect， so as to provide reference for the planning and layout of urban parks in the future， provide scientific basis for building a green and livable city.

Key words Urban park;Landscape pattern;Heat island effect

基金项目 天津自然科学基金重点项目（18JCZDJC98000）。

作者简介 李帅琦（1997—），女，山东东营人，硕士研究生，研究方向：城市公园与热岛效应关系。

*通信作者，教授，博士，从事地球化学研究。

随着城市人口的无节制扩张和人均收入的快速增长，人们对住房等基本城市设施的需求、能源、运输、水、废物处理和卫生设施呈指数级增长［1］，人类活动对城市热环境影响更加显著。城市热环境直接关系城市居民生活幸福感、城市居民健康以及城市的可持续发展［2］。城市“热岛效应”是指城市气温高于郊区的现象，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。城市热岛效应不仅使城区温度高于郊区，改变城市局部气候特征，还会对一定范围内的大气环流产生影响。同时，城市热岛对于城市内动植物生长发育、人类的身心健康也会造成不良影响。研究发现，城市绿地对于热岛效应的缓解具有显著作用，绿地中植被通过蒸腾作用可以直接消耗城市中的热辐射，并且遮挡太阳辐射和下垫面的热反射［3］。

城市公园作为城市绿地中的一种特殊用地类型，在减缓城市热岛效应方面发挥着重要作用。城市公园不同景观格局对降温效率产生不同影响，水体和绿地是两类重要的具有降温效果的下垫面类型［4］。一般认为城市公园水面所占比例对其降温效率影响最大［5-7］，绿化覆盖率则与热岛效应呈负相关［5，8］。相比绿地水面等自然下垫面类型，人工下垫面类型对于热岛效应缓解强度不大，不透水层比例增加会使公园降温速率减小［6］。公园周长面积等形状指数对于城市公园降温效果也存在影响，王帅帅等［9］对广州市主城区进行城市热岛分析时发现，公园面积的不同范围对于与热岛效应的影响不同，公园形态特征和公园的最低温度以及辐射范围均有不可忽视的相关关系。有研究认为公园形状越窄，分区温度越高［10］，但也有研究分析指出连续大块的城市公园对于降温效果的提升更好。同时，不同研究区的气候位置、研究的时间季节等因素也会对于研究结果产生不可忽视的影响。对此，目前研究未取得共识并形成一般性规律。

总体来看，城市公园对于缓解热岛效应起到积极影响。该研究着眼于城市公园内部景观格局和外部形态不同所产生的降温效率差异进行综述，探讨不同研究区和研究方法对于研究结果的影响，以期为未来城市公园规划布局和公园内部景观设计提供理论和实践支撑。

1 研究热度

于2021年8月31日分别对中国知网数据库和Web of Science核心合集数据库进行检索，获得158篇中文文献和556篇英文文献（表1）。从表1可知，城市公园及景观格局对城市热岛效应影响的研究热度持续上升，相关论文发表数量呈逐年增长趋势。

通过文献阅读、遴选及适当增补（图1），最后确定56篇论文作为研究对象，包括中文论文31篇、英文论文25篇。各论文的研究角度、公园景观格局对热岛效应的影响机制及研究结果均各有亮点，这也是该研究分析的主要内容。

由图2可知，研究多聚焦于城市绿地景观格局对于城市热岛效应的影响，中外文章发表呈逐年增长趋势，说明对于这一议题中外学术界的关注程度逐年攀升。相比较而言，聚焦在城市公园内外部差异对于热岛效应的影响研究较少，但是该领域已越来越受到研究者的关注。

2 研究角度

城市公园景观格局对热岛效应影响研究的角度总体包括3类：一是侧重于地表温度，关注公园周边温度的变化趋势及范围；二是侧重于公园内部景观格局，聚焦于不同景观格局带来的热岛效应差异；三是围绕景观格局与温度的耦合关系展开研究。

2.1 地表温度

实地调查与监测［12-14］和Landsat热红外数据地表温度反演［15-19］是现有研究中获取地表温度时空变化最常用的手段。实地调查通常通过确定取样点位置，根据实验地特征选取差异化取样方法，选取不同类型仪器进行多次取样，得到数据利用统计学分析方法进行分析最终得出地表温度与城市公园冷岛效应耦合关系［20］。传统的实地监测易受到自然和人类活动干扰，因此依据对于该研究数据库的调研，半数以上学者更倾向于选择卫星遥感获取地表温度，或采用地面监测和卫星遥感相结合的研究方法［21］。Landsat热红外数据地表温度反演是当前对于地表温度分析最常用的方法，通用操作流程为：首先对卫星遥感影像进行辐射定标、大气校正、区域裁剪等预处理，然后根据NDVI值计算地表辐射比率并和热红外辐射亮度值进行真实地表温度反演，最终得到地表真实温度分布图。当前研究多为一期或几期遥感影像的对比分析，侧重于城市公园对热岛效应影响空间尺度上研究，但连续多期影像叠加，引入时间尺度的研究较少，同时遥感影像精度和不同温度反演算法也会影响研究结果。

2.2 城市公园景观格局

城市公园因规划布局、所在地域特点和周边环境影响而衍生出多种形态特征，公园形态特征通常通过景观指数来进行量化研究。景观指数又可称为格局指数，是一种高度集中的景观格局信息，可以反映其结构组成和空间分布特征的定量参数［22］。可以将不同形态特征、结构功能的景观依据结构特征和生态过程进行量化，帮助了解区域内景观格局现状，并预测其未来发展趋势。通过计算对比景观指数探讨不同时空下景观格局的演化，对景观的未来规划布局产生指导意义。

为了提高研究的科学性和严谨性，需要根据不同研究区和其特点选取不同的景观指数。常见基于结构特征的景观指数如表2所示。阮俊杰［23］对上海市中心城区城市公园与热环境关系的研究中，选取斑块面积、形状指数、水面面积比例和不透水层比例等6个因子，阐明公园绿地景观结构特征和降温作用之间相关关系。冯悦怡等［24］以北京市五环内24个主要公园为研究范围，从景观构成、斑块形状、空间布局3方面11个指标，定量化描述公园总体景观格局的空间结构特征，探寻其和公园降温效率之间耦合关系。由于景观指数的可以将不同类型景观量化，所以景观指数也可以用来跨地域比较不同景观，Fan等［18］对比了7个低纬度地区城市绿地的景观形状指数（LSI）和分维数（FRACT）并与UCI强度进行相关性分析，研究表明景观斑块复杂性越高，降温效果越好。石蕾洁等［25］在西安市中心城区的研究选取了斑块类型水平和景观水平2大类11个景观指数，也得出了相似结论。景观指数的恰当选取对于景观格局与热效应相互关系研究非常重要，陈爱莲等［26］研究发现，选取同年同地区作为固定研究区，计算不同的景观格局指数共24个，只有5个指标和某些月份的地表温度具有显著相关，因此景观格局指数可以用来辅助分析城市热岛效应但需要对其进行检验和甄别。

2.3 耦合关系

相关研究使用的空间分析方法可以分为：缓冲区与叠加分析、景观空间插值、景观三维分析和景观网络分析。不同分析方法可能对研究结果产生一定影响。缓冲区分析可以直观反映景观变量的自然分异特点，是帮助解决邻近度问题的空间分析工具。建立缓冲区对于研究不同景观格局城市公园对热岛效应降温效率和辐射范围具有重要意义，花利忠等［27］根据公园周边地表温度反演结果，以100 m为间距，向外设立12个缓冲区，分区得到每个缓冲区内的平均地温，以此推算研究区内15个城市公园的降温效果和辐射范围。肖逸等［28］通过考虑遥感图像分辨率并结合研究区面积窄小的特点，分别沿社区公园边界向外设立30 m缓冲带，建立总距离为600 m的20个缓冲区。景观空间插值主要通过各种对样本点和插值点的分析，描述区域空间特征和影响因素等。潘剑彬等［13］对北京公园绿地热舒适度研究中，选取17个样点及约200个空间插值子样点，计算Kriging插值得出公园绿地和热舒适度的相关关系。景观三维分析可以利用GIS软件中的相应分析工具并结合研究区其他数据，如地形数据、降水数据、气温数据等，将不同类型数据转化为可量化因子利于后续研究。景观网络分析主要基于数学理论，构建网络模型，通过流量分析和寻找最短路径，在城市公园建设布局发挥现实作用。利用空间分析方法获取空间尺度上城市公园对周边地区降温效果和范围是该领域常用的研究方法，但对比分析发现，单一空间尺度上的研究较多，鲜少有研究引入时间尺度，或因变量过多难以控制。在时间尺度上对于城市公园对热环境影响的分析仍需进行更加深入的研究。