舒柳, 李巖林, 黃柳菁

福建農(nóng)林大學藝術(shù)學院園林學院（合署），福建 福州，530002

隨著城市化的快速發(fā)展和氣候變化的加劇，城市熱島效應逐年加強，給生態(tài)環(huán)境和人類的生存環(huán)境帶來了重大影響。面對危機，人們在探求一條人類與自然協(xié)調(diào)發(fā)展的道路。通過實踐證明，綠地是解決城市熱島效應問題、改善城市生態(tài)環(huán)境的有效措施之一，而喬木是綠地中實現(xiàn)降溫增濕等效應的主要因素[1]。微氣候是指靠近地面邊界層部分，溫濕度受地面植被、土壤、海拔和地形等影響的氣候尺度，與人類生活密切相關(guān)[2,3]。喬木由于其冠幅、冠型、葉片大小、葉面積大小等性狀的作用，使得其在降溫增濕方面有良好的效應，有越來越多的證據(jù)表明樹木遮蔭在局部范圍內(nèi)具有降溫的功效[4-6]，關(guān)于喬木與微氣候效應相互關(guān)系的研究日益增多，涉及領(lǐng)域繁多，但目前還沒有明確的方向性。

本文利用CiteSpace文獻計量軟件對1990—2020年間關(guān)于喬木與微氣候相互關(guān)系的相關(guān)文獻進行整合分析，從發(fā)文數(shù)量、知識基礎(chǔ)、熱點和發(fā)展趨勢總結(jié)討論，在喬木與微氣候相互關(guān)系的整體發(fā)展脈絡(luò)中梳理出其發(fā)展階段、研究的主要力量分布、具體在哪些領(lǐng)域發(fā)展、現(xiàn)今有怎樣的發(fā)展趨勢和熱點。為氣候變化下生態(tài)環(huán)境和城市人居環(huán)境的優(yōu)化提供思路和理論依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)和方法

Web of science核心集合數(shù)據(jù)庫研究領(lǐng)域涵蓋廣泛，收錄了大量權(quán)威學術(shù)期刊，是獲取全球?qū)W術(shù)信息的重要數(shù)據(jù)庫[7]。本研究以Web of Science Core Collection 文獻庫為基礎(chǔ)進行文獻檢索，通過編寫檢索式來限定檢索范圍，編制檢索式為TS=“Microclimat*”and TS=“Tree*”，選擇類型為“Article”，通過手動篩選與研究相關(guān)度較高的文獻，最終共得到1990年至2020年樣本文獻1 464篇，檢索時間為2021年10月12日。

CiteSpaceⅢ信息可視化軟件是一款基于分析和可視共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的Java應用程序，它以Web of Science導出的純文本數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，可用于探討科學文獻可視化的模式和發(fā)展趨勢[8]。本文基于CiteSpace 5.3.R11版本軟件和Excel軟件，通過對篩選文獻進行除重，最終得到1 232篇樣本文獻，通過選擇不同節(jié)點類型繪制知識圖譜，對期刊的國家分布、機構(gòu)分布、作者分布、共被引關(guān)系、關(guān)鍵詞詞頻和共現(xiàn)情況等進行分析。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 文獻時間分布

文獻發(fā)文量通?？梢苑从衬骋恢黝}研究規(guī)模，根據(jù)對樣本文獻的發(fā)文量統(tǒng)計可知（見圖1），在喬木與微氣候相互關(guān)系的研究中，整體呈波動上升趨勢，大致可分為三個階段：第一階段為緩慢發(fā)展期（1990—1999），文獻年平均量較少，從1990年至1999年處于萌芽生長期開始探討微氣候—植被—溫度之間的關(guān)系；第二階段為探索期（2000—2010），對于微氣候研究的發(fā)展日益成熟，該領(lǐng)域呈現(xiàn)出由宏觀向微觀過渡的研究趨勢，但仍處于探索階段；第三階段為高速增長期（2011—2020），文獻年均發(fā)文量迅猛增長，近四年甚至已經(jīng)突破百位數(shù)，表明喬木與微氣候之間有較大的關(guān)聯(lián)，在微氣候—植被—溫度的關(guān)系上也有了較為成熟的科學理論依據(jù)。

圖 1 1990—2020年喬木與微氣候相互關(guān)系年度發(fā)文量Fig. 1 Annual number of papers on the relationship between trees and microclimate from 1990

2.2 主要研究力量分析

通過分析不同國家、機構(gòu)、作者的發(fā)文情況（見圖2、圖3和圖4），從發(fā)文國家和機構(gòu)來看：中國在該領(lǐng)域的研究較美國晚，但發(fā)文數(shù)量和文獻影響力也在逐年增長，是該研究領(lǐng)域的中堅力量；美國在發(fā)文量和機構(gòu)中占據(jù)重要的地位，研究開始早，處于喬木與微氣候相互關(guān)系研究的主導地位，在該領(lǐng)域有深遠的影響，處在喬木對微氣候影響的研究橋梁路徑上，具有很強的信息控制力。從作者網(wǎng)絡(luò)來看，在喬木與微氣候相互關(guān)系的研究中，各作者間的交流合作較多，形成了明顯的合作團體，但多半是各國家國內(nèi)學者之間的合作，各自研究主題也不盡相同。

2.3 喬木與微氣候相互關(guān)系的研究主題和熱點趨勢

在CiteSpace中通過對樣本文獻進行共被引分析，參數(shù)設(shè)置為：Note Types：Keyword；Links Strength：Cosine；Selection Criteria：Top50%，其它默認設(shè)置。最后點擊“GO！”運行軟件后，得到文獻共被引網(wǎng)絡(luò)圖譜，共形成了6個有效聚類，其節(jié)點數(shù)為324，連線數(shù)為2 436，網(wǎng)絡(luò)密度為0.0466。而模塊化程度值為0.4121，網(wǎng)絡(luò)輪廓值為0.5283，當模塊值Q＞0.3時，表示網(wǎng)絡(luò)劃分聚類結(jié)構(gòu)顯著；當平均輪廓值＞0.5時，聚類合理，當＞0.7時，聚類高效可信[9]。這表明整個文獻共被引網(wǎng)絡(luò)聚類效果良好。

2.3.1 時間線圖分析

時間線視圖側(cè)重于表達聚類之間的關(guān)系和某個聚類里文獻的歷史跨度，是將同一聚類排布在同一水平線附近，可以直接高效的展示聚類之間的關(guān)系，時間線視圖分析是對研究歷程興衰過往、現(xiàn)有熱點的最直觀表現(xiàn)[10]。參考整體時間線圖譜（見圖5）和表1關(guān)鍵詞聚類信息，我們能了解到：

圖 2 國家合作共現(xiàn)圖譜Fig. 2 Co-occurrence map of national cooperation

圖 3 機構(gòu)合作共現(xiàn)圖譜Fig. 3 Co-occurrence map of institutional cooperation

圖 4 作者合作共現(xiàn)圖譜Fig. 4 Co-occurrence map of authors cooperation

（一）從整體形態(tài)上看該領(lǐng)域形成了“micro

climate”“vegetation”“growth”、“temperature”“tree”“climate change”等幾個主要的研究主題，其他主題研究隨著時間的推移應運而生，但這幾個主要的研究主題還是有很強的聯(lián)系；從時間上分為兩個階段，以2010年作為分界點，1990—2010年，研究主題的特點是廣而泛，每一個聚類都有涉及，且已經(jīng)形成了一些經(jīng)典的主題，例如“microclimate”“vegetation”以及“growth”，并且這些主題一直在被研究和探討。2011—2020年，研究主題的特點是精而新，聚類集中而且出現(xiàn)了很多新的研究主題，例如“shade tree”“urban”“l(fā)and use”“urban heat island”等。

在六個聚類中，產(chǎn)生過較大影響的聚類是聚類#0、聚類#2和聚類#5，持續(xù)對現(xiàn)今產(chǎn)生影響的是聚類#0。

（三）在六個聚類中，研究起步較晚但在近些年都有一些新突破，關(guān)注度得到提升的是聚類#3和聚類#4，但近些年最受關(guān)注和最值得關(guān)注的是聚類#1，節(jié)點數(shù)量大且多，文獻突現(xiàn)性高。反之，聚類#6近年來的影響力一直較低。

2.3.2 研究主題和熱點趨勢分析

關(guān)鍵詞是文獻重要內(nèi)容的高度概括，關(guān)鍵詞的突現(xiàn)性也反映了某些迅速增長的主題，通過進一步分析關(guān)鍵詞頻次以及突現(xiàn)性較高的關(guān)鍵詞，參考表1、表2和圖5，并深入閱讀與其相關(guān)的重要文獻，總結(jié)出喬木與微氣候相互關(guān)系的研究熱點和趨勢主要集中在以下幾方面：

圖 5 關(guān)鍵詞共現(xiàn)聚類時間線視圖Fig. 5 Timeline view of co-occurrence network of keywords

表 1 關(guān)鍵詞共現(xiàn)聚類信息表Tab. 1 Information table of co-occurrence network of keywords

表 2 關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)主要信息表Tab. 2 Information table of co-occurrence network of keywords

（一）從研究階段分析：

（1）緩慢發(fā)展期（1990—1999）：本階段出現(xiàn)頻次最高的幾個關(guān)鍵詞為“microclimate（微氣候）”“vegetation（植被）”“temperature（溫度）”等，隨著全球氣候變暖的影響，以及城市工業(yè)化進程的推進，研究者們開始探索微氣候—植被—溫度之間的關(guān)系和影響。出現(xiàn)了“photosynthesis（光合作用）”“growth（生長）”“environment（環(huán)境）”“forest（森林）”等一系列突現(xiàn)詞，該階段在喬木與微氣候的相互關(guān)系的研究中，主要探討了喬木對微氣候的影響，研究對象集中在宏觀層面的森林和生態(tài)方面，也有部分涉及在熱帶農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)上。

（2）探索期（2000—2010）：該階段出現(xiàn)頻次最高的幾個關(guān)鍵詞是“climate change（氣候變化）”“climate（氣候）”“impact（影響）”“city（城市）”等，在經(jīng)歷了對于微氣候—植被—溫度之間關(guān)系的初步探索之后，隨著城市熱島效應的加劇，以及森林破碎化程度升高，由森林轉(zhuǎn)向與人類更為靠近的城市熱環(huán)境的探索，但重心還是在林業(yè)方面。出現(xiàn)了“ecosystem（生態(tài)系統(tǒng)）”“seedling（苗）”“gradient（梯度）”“city（城市）”等突現(xiàn)詞，對于森林邊緣環(huán)境、林下微氣候的研究呈現(xiàn)精細化的研究。

（3）高速增長期（2011—2020）：該階段出現(xiàn)頻次最高的幾個關(guān)鍵詞是“urban heat island（城市熱島）”“envi-met（envi-met模型）”“mitigation（緩和）”等，研究重心轉(zhuǎn)移到城市規(guī)劃設(shè)計上以及更加關(guān)注人在熱環(huán)境下的感受，出現(xiàn)了“shade tree（遮蔭樹）”“comfort（舒適）”“health（健康）”“ecosystem service（生態(tài)系統(tǒng)服務）”等突現(xiàn)詞。對于喬木與微氣候的相互關(guān)系研究主要體現(xiàn)在不同對象上的變化，有宏觀層面的城市與鄉(xiāng)村、城市公園、城市公共空間等，也有微觀層面的居住區(qū)、校園綠地、街旁綠地等。

（二）從研究內(nèi)容上分析：

（1）喬木對微氣候的影響：主要集中在林業(yè)、農(nóng)業(yè)、風景園林幾個領(lǐng)域。在林業(yè)上，從不同海拔高度、林下小氣候、葉片微氣候等方面進行研究。Vera, NE[11]對新熱帶雨林不同開放度樣地的8種冠層樹種幼樹葉片氣體交換特征、林下小氣候和樹冠輻射特征進行了研究，他最早提出了林下微氣候的說法，為小氣候條件的異質(zhì)性在對葉棲生物找到合適的小生境方面提供幫助；Pincebourde, Sylvain[12]解釋了樹葉微氣候的形成過程；Bader, Maaike Y[13]通過研究不同海拔的林地植被生長狀況，介紹了一種研究高山植被和樹冠小氣候?qū)淠旧L影響的實驗方法。在農(nóng)業(yè)上，主要從防風林對作物的影響、遮蔭樹對農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的影響等。Tamang, Bijay[14]證明了單行樹防風林可以減少風和改變小氣候，以提高作物產(chǎn)量；Lott, J E[15]研究了分散的樹木對小氣候條件、氣體交換和玉米生產(chǎn)力的影響。在風景園林方面，從城市規(guī)劃、校園綠地、公園綠地、住宅綠地、城市公共空間綠地、街道綠地等方面進行研究。例如Alexander, Cici[16]為了了解導致城市熱島效應的產(chǎn)生的因素，以植被指數(shù)歸一化差分指數(shù)（NDVI）為模型，利用 Landsat 8的前7個波段的所有組合計算了光譜指數(shù)，并分析了它們與地表溫度（LST）的關(guān)系，證明了樹木和建筑物的覆蓋面積有助于調(diào)節(jié)城市地表溫度的潛力；Li, Huawei[17]通過對某校園綠地中16個地點的氣象參數(shù)進行測量，證明了樹木的降溫增濕效應也與光合有效輻射和葉片角度有關(guān)；Antoniadis, D[18]在街道中研究街道峽谷效應下不同樹木種植密度對空氣質(zhì)量的影響；Petralli,Martina[19]采用通用熱氣候指數(shù)（UTCI）對佛羅倫薩市不同綠地環(huán)境下的人體熱舒適性進行評價。

（2）微氣候?qū)棠镜挠绊懀褐饕w現(xiàn)在林業(yè)和風景園林方面。在林業(yè)上，研究主要集中在海拔高度對樹木生長模式和適應能力的表現(xiàn)、微氣候的改良對苗木生長狀況的影響以及氣候物理條件（土壤條件、臭氧環(huán)境）對樹木生長的影響。例如Cheung,Pui Kwan[20]調(diào)查了季節(jié)和氣象因素對副熱帶濕潤氣候樹木降溫幅度的影響；Bresson, Caroline C[21]研究了高海拔地區(qū)樹種的光合能力，表明樹種是通過適應遺傳進化的方式來應對極端環(huán)境條件的。在風景園林方面，主要集中在基于不同的氣象因子對不同樹木種類、樹木排列方式等的實驗研究，例如Rahman, Mohammad A[22]通過對比兩個街道峽谷區(qū)，發(fā)現(xiàn)峽谷區(qū)氣象因子變量都與這兩個地點生長的樹木的樹干通量密度有很強的相關(guān)性等。

3 結(jié)論與討論

（一）國際上對于喬木與微氣候相互關(guān)系的研究中，研究趨勢一直處于上升狀態(tài)，并且呈現(xiàn)精細化的主題研究勢態(tài)。2011—2020：文獻年均發(fā)文量迅猛增長，近四年甚至已經(jīng)突破百位數(shù)，表明喬木與微氣候之間有較大的關(guān)聯(lián)。

（二）研究力量上，就發(fā)文國家和機構(gòu)來看，中國的發(fā)文數(shù)量和文獻影響力在逐年增長，是該研究領(lǐng)域的中堅力量；美國居于第一位，表明美國研究開始早，處于喬木與微氣候相互關(guān)系研究的主導地位，在該領(lǐng)域有深遠的影響；就發(fā)文作者網(wǎng)絡(luò)來看，各作者間的交流合作較多，形成了明顯的合作團體，多半是各國國內(nèi)學者之間的合作，各自研究主題也不盡相同，可以多加強該研究領(lǐng)域同主題或同方向的國際間的交流合作。這些研究力量奠定了喬木與微氣候相互關(guān)系研究的理論基礎(chǔ)。

（三）1990—2020年在喬木與微氣候相互關(guān)系的研究中，經(jīng)歷了緩慢發(fā)展期—探索期—高速增長期三個階段。第一階段為緩慢發(fā)展期（1990—1999）：處于萌芽生長期開始探討微氣候—植被—溫度之間的關(guān)系，喬木與微氣候的出現(xiàn)形式常常以某些特定的植物群落例如鐵杉、白樺等。多以樹木群落作為研究對象，著眼于整個林區(qū)和某些特定氣候帶和區(qū)域，甚至整個生態(tài)環(huán)境；第二階段為探索期（2000—2010）：基于氣候變化的大環(huán)境，喬木與微氣候相互關(guān)系的研究發(fā)展日益成熟，該領(lǐng)域在喬木上的表現(xiàn)方式多以冠層、葉片微環(huán)境等作為研究對象，呈現(xiàn)出精細化的研究趨勢，更加關(guān)注在大環(huán)境下林下微氣候的變化；第三階段為高速增長期（2011—2020）：隨著文獻數(shù)量猛增，研究的領(lǐng)域涉及的專業(yè)更為豐富，并且形成的新熱點主要圍繞在人類居住環(huán)境上，更加關(guān)注人在通過喬木的生理效應調(diào)節(jié)后的感受。在這一階段，喬木出現(xiàn)的形式更加具象，例如喬木的種類、種植排列方式、排列方式與街道（建筑）布局形式的最優(yōu)化、以及喬木單體的性狀對微氣候的影響，整體上有了較為成熟的科學理論依據(jù)。

（四）總的來說，在喬木與微氣候相互關(guān)系的研究中，整體研究方向由生態(tài)環(huán)境的大格局向城市人居環(huán)境發(fā)展；國外的研究對象更趨向于宏觀生態(tài)方面，國內(nèi)的研究對象更趨向于微觀城市環(huán)境方面；國外的機構(gòu)作者學術(shù)交流更為緊密，國內(nèi)的機構(gòu)呈一家獨大之勢。基于這些現(xiàn)狀，我們應該加強國際間的交流學習與合作，以及多學科的交叉學習，為現(xiàn)今氣候變化問題提供更科學的理論依據(jù)，為建設(shè)更適宜的人居環(huán)境提供策略。