謝紫霞,張 彪,*,佘欣璐,郝 亮

1 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所, 北京 100101 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049 3 中國(guó)人民大學(xué), 北京 100872 4 長(zhǎng)安大學(xué), 西安 710054

全球氣候變化和快速城市化是21世紀(jì)兩大挑戰(zhàn),伴隨產(chǎn)生的城市熱島問題引起廣泛關(guān)注[1-2]。城市綠地是指城市中以自然和人工植被為主的生態(tài)用地,具有固碳釋氧[3-4]、凈化空氣[5-6]、調(diào)蓄雨水[7-8]、改善小氣候[9-10]等重要功能。其中,綠色屋頂[11-12]、街道樹[13-15]、城市公園[15-16]以及水面濕地[17-18]的小氣候調(diào)節(jié)功能研究較為常見。比如Oliveira[19]等采用移動(dòng)氣象儀觀測(cè)里斯本一個(gè)小公園(0.24 hm2)發(fā)現(xiàn),公園內(nèi)部與周圍地區(qū)的最高氣溫差可達(dá)6.9℃；Hathway與Sharples[20]在英國(guó)謝菲爾德市(Sheffield)基于野外實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn),在外界環(huán)境溫度超過20℃時(shí),城內(nèi)河流能使周圍環(huán)境溫度平均降低1℃；Amani-Beni等[9]定點(diǎn)觀測(cè)了北京奧林匹克公園樹木、草坪和水面的氣象要素,發(fā)現(xiàn)白天公園平均溫度降低0.48—1.12℃。不過,由于城市綠地降溫功能易受綠斑塊內(nèi)外因素的復(fù)合影響,城市綠地覆被格局與其小氣候效應(yīng)的關(guān)系有待深入研究[21-24]。

上海是我國(guó)人口超千萬的特大城市之一,高溫?zé)崂耸录昝黠@增多[1],城市熱島問題日益突出[25],如何認(rèn)識(shí)與發(fā)揮城市綠地的降溫功能受到關(guān)注[26-27]。比如張明麗等[28]測(cè)定了上海市14個(gè)典型植物群落的降溫增濕效果,結(jié)果發(fā)現(xiàn)柳杉群落降溫能力最強(qiáng),香榧、東方杉、廣玉蘭和香樟群落可降溫4.0—4.4℃。高凱等[27]測(cè)定發(fā)現(xiàn)上海市21個(gè)居住區(qū)綠地斑塊的中心溫度在夏季高溫季節(jié)要比周邊低2.6℃；秦俊等[29]觀測(cè)了上海居住區(qū)23種植物群落的降溫增濕效應(yīng),結(jié)果表明針葉林、針闊混交林和竹林的降溫效應(yīng)最強(qiáng),日均降溫幅度大于2.3℃。不過,以往研究注重揭示比較居住區(qū)綠地群落降溫效果差異,而城市綠地降溫效應(yīng)及其關(guān)鍵影響因子的解析研究較少。

本文基于樣地實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和高分辨率Google Earth影像,從綠地內(nèi)外覆被格局及環(huán)境溫度的影響,測(cè)定分析18個(gè)典型樣地的夏季降溫效應(yīng),重點(diǎn)解析地表覆被格局與環(huán)境溫度對(duì)城市綠地降溫效應(yīng)的影響因子,為上海城市綠地規(guī)劃管理提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

上海市地處長(zhǎng)江三角洲東南緣(30°40′—31°53′N,120°51′—122°12′E)、長(zhǎng)江和錢塘江入海匯合處。全境除西南部有少數(shù)剝蝕殘丘外,均為坦蕩低平的長(zhǎng)江三角洲平原,平均海拔4 m左右。上海市屬于亞熱帶季風(fēng)氣候,2017年平均氣溫17.7℃,日照時(shí)間1809.2 h,降水量達(dá)1388.8 mm,降雨日達(dá)124 d。上海市行政管轄面積6340.50 km2,包括浦東新區(qū)、黃浦區(qū)、徐匯區(qū)等16個(gè)區(qū)(圖1),其中楊浦、虹口、靜安等7個(gè)區(qū)為中心城區(qū)[30]。2017年末上海市常住人口2418.33萬人,人口密度達(dá)到3814人/km2,其中黃浦區(qū)、虹口區(qū)、楊浦區(qū)、普陀區(qū)等人口密度均超2萬人/km2[31]。上海市地跨北亞熱帶和中亞熱帶,植被以常綠闊葉林與常綠落葉闊葉混交林為主。近年上海城市綠化建設(shè)加速,2017年森林覆蓋率達(dá)到16.2%,建成區(qū)綠化覆蓋率達(dá)到38.8%,人均公園綠地面積達(dá)到8 m2/人[31]。

圖1 上海城市綠地空間分布及觀測(cè)樣地 Fig.1 Distribution of green spaces and observed sites in Shanghai

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查

城市綠地是城市中重要綠色基礎(chǔ)設(shè)施[32],主要由喬木林、灌木林和草地等組成。根據(jù)中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心陸地觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)平臺(tái)的高分2號(hào)衛(wèi)星38景影像,解譯提取2017年上海市綠地資源分布數(shù)據(jù)(圖1),并選取公園綠地分布集中、植被結(jié)構(gòu)類型復(fù)雜、調(diào)查人員易進(jìn)入的18個(gè)觀測(cè)樣地(表1)。在每個(gè)樣地內(nèi),選擇樣地中心、群落結(jié)構(gòu)較好的綠地斑塊作為調(diào)查樣方,其中喬木樣方設(shè)置為20 m×20 m,記錄代表性喬木種類,測(cè)量每株喬木的樹高、胸徑、冠幅和枝下高；沿喬木樣方內(nèi)對(duì)角線分別設(shè)3個(gè)3 m×3 m的樣方開展灌木調(diào)查,記錄所有灌木種類、株數(shù)、高度及目測(cè)灌木蓋度；在灌木樣方內(nèi)分別設(shè)置2個(gè)1 m×1 m的樣方進(jìn)行草本調(diào)查,測(cè)量并記錄草本植物的高度、覆蓋面積,目測(cè)估算草皮蓋度。此外,觀測(cè)樣地葉面積指數(shù)通過LAI-2200植物冠層分析儀獲取,按照喬木對(duì)角線在冠層下方的同一水平面上(距地面1.5 m左右)測(cè)量15—20次,并取相應(yīng)平均值。

表1 上海城市綠地觀測(cè)樣地情況Table 1 Characteristics of observed green sites in Shanghai

2.2 降溫觀測(cè)

試驗(yàn)儀器為2臺(tái)Kestrel NK4500手持氣象儀,架設(shè)高度距離地面1.5 m。儀器溫度精度為±1℃,分辨率為0.1℃,測(cè)量范圍為29—70℃,且測(cè)量前對(duì)兩臺(tái)儀器進(jìn)行校正以保證誤差小于0.1℃。一臺(tái)氣象儀時(shí)安裝于觀測(cè)綠地樣地中心,另一臺(tái)放置在距離綠地邊緣20 m以外的開闊裸地作為對(duì)照點(diǎn)。在2018年7—8 月份晴朗少云微風(fēng)(風(fēng)速<3 m/s)、氣溫高于30℃的日期開展氣象觀測(cè),每天觀測(cè)時(shí)間為8:00—18:00,每分鐘記錄一個(gè)數(shù)據(jù),并于每小時(shí)計(jì)算該時(shí)段內(nèi)溫度平均值。如果觀測(cè)當(dāng)天局部時(shí)間段出現(xiàn)降雨,則去掉該時(shí)間段。觀測(cè)記錄的數(shù)據(jù)使用R studio 3.4繪制相關(guān)圖,進(jìn)行相關(guān)檢驗(yàn)與多元回歸分析,觀測(cè)樣地降溫效應(yīng)采用日均降溫幅度(Tr)和日均降溫率(Tp)表示,計(jì)算公式為：

式中,Tci為對(duì)照點(diǎn)第i時(shí)刻的溫度值(℃),Ti為綠地觀測(cè)點(diǎn)第i時(shí)刻的溫度值(℃),n為有效記錄時(shí)間段(n≤10)。

2.3 格局因子

根據(jù)城市綠地降溫功能的潛在影響因素[16, 33-34],本文選擇觀測(cè)點(diǎn)綠地面積、葉面積指數(shù)、喬木密度、灌木蓋度、草坪蓋度、水面比例、不透水面比例和對(duì)照點(diǎn)硬化地面比例與交通用地比例作為地表覆被格局因子,并基于樣方植被調(diào)查和Google Earth影像提取相應(yīng)覆被格局信息。不過格局因子計(jì)算需要確定影響區(qū)域范圍,Cheung和Jim[35]認(rèn)為城市公園空氣溫度可通過其周圍20 m內(nèi)土地覆蓋特征反應(yīng)出來,Konarska等[36]通過選取10—150 m為半徑的圓形緩沖區(qū)獲取格局因子,有些研究則通過遙感影像獲取公園內(nèi)各類土地覆被比例[15, 26, 37]?？紤]到水體比例的緩沖區(qū)半徑過小會(huì)導(dǎo)致各綠地緩沖區(qū)內(nèi)水體含量差異不明顯,所以將200 m設(shè)置為水體緩沖區(qū)半徑(表2)。

表2 地表覆被格局參數(shù)及其獲取方法Table 2 Parameters of landscape pattern and acquired source

3 結(jié)果分析

3.1 綠地降溫幅度

觀測(cè)結(jié)果表明,上海城市綠地夏季日均降溫1.17—5.60℃,平均降溫幅度2.51℃(圖2)。其中,滴水湖(DSP)降溫幅度最大,為5.60℃,相對(duì)降溫率達(dá)到16%；雙橋公園(SQP)降溫最小,為1.17℃,相對(duì)降溫率僅有3.8%。另外,降溫幅度高于平均值的有滴水湖公園(DSP)、顧村公園(GCP)、廣富林郊野公園(GFP)、佘山國(guó)家森林公園(SNP)、復(fù)興公園(FXP)和吳淞炮臺(tái)灣濕地森林公園(WWP)；降溫幅度在2—2.51℃的有海灣國(guó)家森林公園(BNP)、京滬高速公路綠地(GGE)、航南公路綠地(GHR)和昆秀湖濕地公園(KWP)；長(zhǎng)風(fēng)濱河綠地(CRG)、嘉北郊野公園(JCP)、浦江郊野公園(PCP)、吳涇公園(WJP)、雙橋公園(SQP)、東海大橋高速綠地(GSE)、奉浦四季生態(tài)園(FEP)和陸家嘴東路綠地(GLR)的降溫幅度小于2℃?？梢?觀測(cè)樣地中67%的綠地斑塊降溫幅度低于平均值(2.51℃)。

圖2 觀測(cè)樣點(diǎn)降溫幅度箱線圖Fig.2 Box plots of reduced temperature in 18 observed sitesBNP：海灣國(guó)家森林公園,Bay National Forest Park；CRG：長(zhǎng)風(fēng)濱河綠地,Changfeng Riverside Green Space；DSP：滴水湖公園,Dishuihu Park；FEP：奉浦四季生態(tài)園,Fengpu Four Seasons Ecological Park；FXP：復(fù)興公園,Fuxing Park；GCP：顧村公園,Gucun Park；GFP：廣富林郊野公園,Guangfulin Country Park；GGE：京滬高速公路綠地,Green Space along G2 Expressway；GHR：航南公路綠地,Green Space along Hangnan Road；GLR：陸家嘴東路公園,Green Space along Lujiazui East Road；GSE：東海大橋高速綠地,Green Space along S2 Expressway；JCP：嘉北郊野公園,Jiaobei Country Park；KWP：昆秀湖濕地公園,Kunxiuhu Wetland Park；PCP：浦江郊野公園，Pujiang Country Park；SNP：佘山,Sheshan National Forest Park；SQP：雙橋公園,Shuangqiao Park；WJP：吳徑公園,Wujing Park；WWP：吳淞炮臺(tái)灣濕地森林公園,Wusong Wetland Forest Park

依據(jù)降溫幅度在<2℃、2—2.51℃和>2.51℃的分布,將綠地斑塊降溫效應(yīng)劃分為低、中、高三類,其面積中位數(shù)分別為4.28 hm2、32.67 hm2和192.23 hm2,且綠地面積的對(duì)數(shù)與降溫幅度呈正相關(guān)(P<0.05),相關(guān)系數(shù)為0.56。其中,復(fù)興公園(FXP)面積超過8.89 hm2,日均降溫幅度為3.10℃；雖然海灣國(guó)家森林公園面積最大,日均降溫幅度為2.37℃,說明有其他因素共同影響公園降溫效應(yīng)。

3.2 降溫時(shí)間變化

圖3為觀測(cè)樣地中心與對(duì)照點(diǎn)溫差的日間變化趨勢(shì),其中6個(gè)樣地觀測(cè)期內(nèi)出現(xiàn)降雨事件。整體上來看,觀測(cè)樣地上午(8:00—11:00)、中午(11:00—14:00)、下午(14:00—18:00)的平均降溫幅度分別為3.13℃、2.56℃和2.27℃,除滴水湖公園(DSP)和吳淞炮臺(tái)灣濕地森林公園(WWP)以外,其余樣點(diǎn)上午降溫幅度高于其他時(shí)間段,其中奉浦四季生態(tài)園(FEP)和海灣國(guó)家森林公園(BNP)下午降溫幅度略高于中午。滴水湖公園(DSP)下午降溫幅度最高,為7.3℃,吳淞炮臺(tái)灣濕地森林公園(WWP)降溫幅度在中午達(dá)到最大值。

圖3 綠地中心日降溫幅度變化趨勢(shì)Fig.3 Temperature changes in the observation and reference sites

此外,一天中局部下雨會(huì)影響綠地的熱島效應(yīng),其中嘉北郊野公園(JCP)于13:00—16:00左右持續(xù)降雨,浦江郊野公園(PCP)在14:30—16:30出現(xiàn)小雨,昆秀湖濕地公園(KWP)和雙橋公園(SQP)也在下午出現(xiàn)降雨。在這些時(shí)間段內(nèi)對(duì)照點(diǎn)與觀測(cè)點(diǎn)的氣溫差值為負(fù),在其他晴朗的時(shí)間段內(nèi),氣溫差值為正(圖3),這說明在雨天中綠地降溫效應(yīng)不明顯,在晴朗無云的天氣下,公園與其周圍環(huán)境之間的溫度差異更明顯。

3.3 環(huán)境溫度影響

城市綠地調(diào)節(jié)小氣候功能主要與植被蒸騰和冠層遮陰兩個(gè)過程有關(guān)[38-39],一般情況下,外界環(huán)境溫度越高時(shí)植物蒸騰作用越強(qiáng)烈。由于城市綠地降溫幅度代表觀測(cè)樣地與對(duì)照點(diǎn)的溫度之差,因此易受外界環(huán)境溫度的影響。本研究中18個(gè)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)中環(huán)境溫度變化在30—37℃之間,且城市綠地降溫幅度隨著外界環(huán)境溫度的升高而增加,二者呈現(xiàn)出中等相關(guān)趨勢(shì)(圖4),相關(guān)系數(shù)為0.47(P<0.05)。為此,采用回歸方程(y=-8.17+0.32x)推斷,當(dāng)外界環(huán)境溫度為26℃時(shí), 城市綠地降溫幅度將不明顯。

圖4 環(huán)境溫度與綠地降溫幅度的關(guān)系 Fig.4 Correlated relationship of environment temperature and cooling effect in the 18 observed sites

3.4 覆被格局影響

表3是觀測(cè)樣地降溫率和覆被格局因子特征統(tǒng)計(jì),結(jié)果表明上海城市綠地降溫率變化在2.92%—16%之間,平均降溫率達(dá)到7%。在覆被格局因子中,城市綠地的斑塊面積、水面比例、不透水面比例以及對(duì)照點(diǎn)的硬化地面比例等指標(biāo)均存在較大差異。對(duì)格局因子與綠地降溫率線性回歸發(fā)現(xiàn),綠地斑塊面積、LAI、喬木密度、水面比例、不透水面比例和對(duì)照點(diǎn)硬化地面比例與綠地降溫率均有較強(qiáng)的線性關(guān)系,而灌木蓋度、草坪蓋度以及交通用地比例與降溫率的相關(guān)關(guān)系不顯著(圖5)。其中,城市綠地內(nèi)喬木密度與其降溫率的相關(guān)性最顯著,其次為綠地斑塊面積、葉面積指數(shù)以及水面比例,而不透水面比例對(duì)城市綠地降溫效應(yīng)表現(xiàn)出消極影響。因此,改變城市綠地內(nèi)喬木栽植數(shù)量、斑塊面積、葉面積指數(shù)、水體面積以及不透水水面的配置可有效調(diào)控夏季綠地降溫效應(yīng)。

表3 綠地降溫率及觀測(cè)點(diǎn)與對(duì)照點(diǎn)地表覆被特征Table 3 Values of the landscape parameters in the 18 monitored urban green spaces

圖5 城市綠地日均降溫率與覆被格局因子的相關(guān)性Fig.5 Correlated relationship of average daily cooling rate and landscape pattern parametersLAI：葉面積指數(shù),Leaf area index

為降低不同覆被格局因子之間的內(nèi)部相關(guān)性,開展綠地內(nèi)部7個(gè)覆被格局因子的Pearson相關(guān)分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)(圖6),葉面積指數(shù)、喬木密度、草坪密度和水面比例均與綠地斑塊面積相關(guān),其中LAI、喬木密度和水面比例與綠地面積呈較強(qiáng)的正相關(guān),而灌木蓋度與綠地面積負(fù)相關(guān),原因可能在于觀測(cè)樣地群落結(jié)構(gòu)以喬草為主；喬木密度和灌木蓋度均與葉面積指數(shù)正相關(guān),綠地內(nèi)不透水面比例與葉面積指數(shù)為負(fù)相關(guān),其中喬木密度的相關(guān)性最強(qiáng)；而水面比例與喬木密度也表現(xiàn)出較強(qiáng)相關(guān)性,原因可能是水體較多的綠地斑塊更適宜喬木生長(zhǎng)；葉面積指數(shù)與喬木密度和不透水面比例負(fù)相關(guān)性較強(qiáng),因?yàn)樵诰彌_區(qū)面積內(nèi),不透水面比例的增加意味著植被覆蓋面積的減少。整體來看,喬木密度和面積有著較強(qiáng)相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)為0.52(P<0.05),優(yōu)化喬木種植方式、提高喬木植株密度有助于提升綠地降溫效應(yīng)。

圖6 綠地覆被格局因子的Pearson相關(guān)矩陣圖Fig.6 Pearson′s correlation matrix of the seven landscape parameters

基于以上覆被格局因子分析,在R-studio中對(duì)變量進(jìn)行多元回歸分析,選取影響綠地降溫效應(yīng)并具有統(tǒng)計(jì)意義的關(guān)鍵因子,包括喬木密度、葉面積指數(shù)、水面比例,以及硬化地面比例。分別以喬木密度和葉面積指數(shù)為主變量構(gòu)建回歸模型。當(dāng)綠地面積和葉面積指數(shù)不變時(shí),喬木密度、水面比例和硬化地面比例的多元回歸模型為y=-0.77+34.64×喬木密度+0.06×水面比例+0.08×硬化地面比例(R2=0.73,F=12.65,P<0.001),即其他因子不變時(shí)觀測(cè)樣方內(nèi)喬木密度增加5%,城市綠地降溫率上升1.73%,同樣綠地內(nèi)水面比例如果增加20%,上海城市綠地降溫率可上升1.18%。當(dāng)綠地斑塊面積和喬木密度不變時(shí),葉面積指數(shù)、水面比例和硬化地面比例的多元回歸模型中為y=-1.19+1.66×LAI+0.08×水面比例+0.06×硬化地面比例(R2=0.75,F=13.86,P<0.001)。說明在其他參數(shù)相同的條件下,綠地LAI的增加1將使白天降溫率上升1.66%,水面比例增加20%分別使白天降溫率上升1.68%。同時(shí),以上回歸模型總體在標(biāo)準(zhǔn)誤差范圍內(nèi)(表4)。

表4 降溫率與景觀格局參數(shù)的多元線性回歸分析Table 4 Multiple linear regression of daytime mean cooling rate and landscape parameters

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

近年來上海市高溫?zé)崂耸录c城市熱島問題突出[40-41],揭示量化城市綠地改善小氣候的作用規(guī)律對(duì)城市人居環(huán)境質(zhì)量提升與生態(tài)空間建設(shè)管理有著重要指導(dǎo)價(jià)值。由于不同地區(qū)氣候要素和綠地特征差異以及觀測(cè)研究方法的不同,城市綠地調(diào)節(jié)小氣候作用存在較大差異[32, 42]。本文基于綠地樣本觀測(cè)數(shù)據(jù)和高分辨率Google Earth影像,分析了上海市綠地降溫效應(yīng)及覆被格局影響因子。結(jié)果表明,上海城市綠地夏季日均降溫1.17—5.60℃,但近三分之二觀測(cè)樣地降溫幅度低于平均值(2.51℃)。高凱等[27]實(shí)地測(cè)量了上海市居住區(qū)內(nèi)130個(gè)綠地斑塊的氣象要素,發(fā)現(xiàn)夏季綠地中心降溫幅度平均值在2.6℃左右。Du等[26]利用遙感數(shù)據(jù),揭示上海中心城區(qū)68個(gè)綠地斑塊降溫幅度為0.78—5.20℃。該研究結(jié)果與前人研究結(jié)論基本一致。

該研究發(fā)現(xiàn),整體上來看上海城市綠地上午時(shí)段降溫效應(yīng)最大,下午降溫效應(yīng)最小,這可能與林冠遮蔭與蒸騰降溫的共同作用有關(guān)。比如,王曉娟等[43]研究指出,白天遮蔭對(duì)降溫貢獻(xiàn)率明顯高于蒸騰降溫,而遮蔭降溫效應(yīng)又與太陽輻射日變化規(guī)律基本一致。即綠地遮蔭降溫效應(yīng)在6:00左右啟動(dòng),之后隨著太陽輻射的增強(qiáng)而不斷增大,下午(日落前3—4 h)遮蔭降溫效應(yīng)則隨著太陽輻射的減弱而持續(xù)下降。而在正午時(shí)刻,太陽天頂角變小,加上不同樹種的樹葉排列方式、冠層濃密程度等差異,可能會(huì)造成正午遮蔭降溫效應(yīng)的劇烈變化[43]。本次觀測(cè)時(shí)間開始于每日的8:00—9:00,上午時(shí)段(8:00—11:00)的冠層遮蔭降溫幅度高于下午(14:00—18:00)遮蔭降溫幅度,而中午(11:00—14:00)在強(qiáng)烈太陽照射下,植物葉片氣孔電導(dǎo)減小甚至氣孔關(guān)閉,葉片蒸騰速率降低,可能降低蒸騰降溫效應(yīng)[44]。此外,綠地降溫作用隨綠地內(nèi)外環(huán)境因素變化以及植物特定的熱和光學(xué)特征而存在差異[33]。比如滴水湖公園(DSP)在下午15時(shí)左右降溫效應(yīng)最大,主要由于對(duì)照點(diǎn)此時(shí)的環(huán)境溫度最高所致。但在某些時(shí)刻,一些綠地如海灣國(guó)家森林公園(BNP)、昆秀湖濕地公園(KWP)和雙橋公園(SQP)出現(xiàn)熱島現(xiàn)象。Chang等[16]指出綠地內(nèi)部大面積的不透水面會(huì)吸收并反射太陽光,導(dǎo)致綠地內(nèi)部溫度升高,出現(xiàn)“公園熱島”現(xiàn)象。Xiao等[45]指出面積大的綠地的降溫效應(yīng)穩(wěn)定,小的綠地的降溫效應(yīng)波動(dòng)大,在某些情況下甚至保溫。

此外,城市氣溫易受建筑高度、區(qū)域氣候以及地表覆被格局等多種因素影響[46]。該研究證實(shí)綠地內(nèi)葉面積指數(shù)、喬木植株密度、水面比例、綠地面積和對(duì)照點(diǎn)硬化地面比例均與綠地降溫率有顯著正相關(guān)關(guān)系,綠地內(nèi)不透水面比例與降溫率有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,其中喬木密度、水面比例和硬化地面比例對(duì)綠地降溫率的解釋率達(dá)到73%,而LAI、水面比例和硬化地面比例對(duì)綠地降溫效應(yīng)的解釋率也達(dá)75%。原因主要是城市綠地中以喬木為主的植被群落由于冠層遮蔭和蒸散降溫的共同作用[47],因而表現(xiàn)為白天綠地內(nèi)喬木覆蓋率對(duì)降溫作用的積極影響[33-34]。本文中表示綠地內(nèi)喬木覆蓋特征的指標(biāo)為葉面積指數(shù)和喬木植株密度。同時(shí)灌木蓋度和草坪蓋度與降溫率的相關(guān)性不顯著,Chang等[16]也指出白天草坪的降溫作用沒有樹木顯著,甚至不明顯。但Cao等[15]認(rèn)為夏季白天灌木對(duì)公園降溫效應(yīng)的影響與樹木幾乎等同。這與本研究觀測(cè)樣地中灌木蓋度較小有關(guān)。也有研究指出綠地面積與降溫幅度是非線性正相關(guān)[35, 48]。一般綠地面積越小,與周圍街道和建筑物的距離更近,二者之間的顯熱和潛熱傳播更頻繁,加上小公園的綠化面積有限,公園內(nèi)部不透水面比例更大,地面反照率更高,使得小面積綠地更易受到外界熱環(huán)境的影響。城市綠地內(nèi)的水體通過蒸發(fā)對(duì)周圍環(huán)境有潛在降溫作用[17, 20],不過水體降溫作用可能小于綠地[9, 45]。Cao等[15]通過高分辨率遙感數(shù)據(jù)證實(shí)當(dāng)公園內(nèi)水面比例太小時(shí)水體冷卻效果不明顯。此外,不透水面具有較高的反射率,其面積的增加不僅意味著綠地內(nèi)植被和水體比例的減少,而且吸收大量熱量而減弱了綠地降溫效應(yīng)。

不過該研究中綠地降溫率回歸模型僅基于18個(gè)觀測(cè)樣地結(jié)果,樣本數(shù)量較少影響定量評(píng)估區(qū)域綠地夏季降溫功能的準(zhǔn)確性,未來研究需要增加更多樣地觀測(cè)結(jié)果驗(yàn)證。同時(shí),該研究?jī)H考慮了距離觀測(cè)樣地中心10—200 m周邊的覆被格局因子,可能在某個(gè)范圍內(nèi)覆被格局因子存在更明顯的影響。如Petralli等[49]研究比較了9個(gè)不同緩沖區(qū)大小(半徑：10—500 m)與景觀格局指標(biāo)的線性回歸模型的回歸系數(shù),發(fā)現(xiàn)以夏季白天最低氣溫為自變量時(shí),回歸系數(shù)和顯著性隨著距離增加而增加,以夏季白天最高氣溫為自變量時(shí),回歸系數(shù)和顯著性在50 m緩沖區(qū)內(nèi)達(dá)到最大。

4.2 結(jié)論

本研究基于18個(gè)典型綠地樣地,實(shí)測(cè)了其夏季降溫功能及其差異,分析了綠地周圍覆被格局對(duì)降溫效應(yīng)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)上海市綠地氣溫明顯比周圍建設(shè)用地的氣溫低,降溫幅度范圍為1.17—5.60℃,均降溫幅度為2.51℃；綠地降溫效應(yīng)與環(huán)境溫度、觀測(cè)點(diǎn)喬木葉面積指數(shù)、綠地斑塊面積、植株密度、水面比例、不透水面比例和對(duì)照點(diǎn)硬化地面比例有顯著正相關(guān)關(guān)系,預(yù)測(cè)外界環(huán)境溫度低于26℃時(shí), 城市綠地降溫作用不明顯；考慮到半徑在10—200 m之間的緩沖區(qū),綠地內(nèi)植被密度增加5%、葉面積指數(shù)增加1或者水面比例上升20%可分別使綠地降溫率上升1.73%、1.66%和1.18%,因此改變城市綠地內(nèi)喬木栽植數(shù)量、綠地斑塊面積、葉面積指數(shù)、不透水面比例以及水體配置可有效調(diào)控上海夏季綠地降溫效應(yīng)。