基于城市热岛格局的绿地冷岛需求评估——以北京市朝阳区为例

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本站小编 Free考研考试/2021-12-29

史芸婷¹^,², 张彪^,¹^,², 高吉喜³, 佟跃⁴, 邵珊珊⁴

1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101

2.中国科学院大学,北京 100049

3.生态环境部卫星环境应用中心,北京 100094

4.北京北林地景园林规划设计院有限责任公司,北京 100083

Demand of urban green space cool islands based on heat island pattern: A case study of Chaoyang District of Beijing

SHI Yunting¹^,², ZHANG Biao^,¹^,², GAO Jixi³, TONG Yue⁴, SHAO Shanshan⁴

1.Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China

2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

3.Ministry of Ecology and Environment Center for Satellite Application on Ecology and Environment, Beijing 100094, China

4.Beijing Beilin Landscape Planning and Design Institute Co. Ltd. , Beijing 100083, China

通讯作者: 张彪,男,山东郓城人,博士,副研究员,主要从事城市与区域生态学研究。E-mail: zhangbiao@igsnrr.ac.cn

收稿日期:2019-02-25修回日期:2019-06-25网络出版日期:2019-08-25

基金资助:

国家重点研发计划项目.2016YFC0503403

Received:2019-02-25Revised:2019-06-25Online:2019-08-25

摘要
城市绿地具有明显的冷岛效应,开展城市绿地冷岛需求评估可为绿地规划建设提供重要参考依据。本文基于北京市朝阳区的城市热岛空间格局,构建了绿地冷岛需求指数模型,并评估分析了绿地冷岛空间需求与配置要求。结果表明：2017年北京市朝阳区热岛（地表温度≥40℃的区域）面积为6522 hm ²,热岛斑块有619个,且南部斑块数量明显多于北部,斑块面积由西向东显著增大。为消除城市热岛效应,需布局绿地冷岛6154 hm ²。其中,绿地冷岛高需求区面积1054 hm ²,主要位于朝阳区南部的八里庄街道;中需求区面积2021 hm ²,集中在双井、劲松和潘家园街道;低需求区零散分布,面积约3079 hm ²。因此,位于生态空间内的冷岛需求区,绿地配置需要保证一定数量的绿地面积与绿量,并满足绿地斑块结构要求;而位于建设空间内的冷岛需求区,则需要重点提升与利用周边绿地的冷岛效率及辐射效应。
关键词： 城市热岛;冷岛需求;城市绿地;格局;配置;北京市朝阳区

Abstract

Urban green space is often used as an effective measure to mitigate urban heat island (UHI) effect through their cooling effect. Although abundant studies have observed the cool island phenomenon of urban green space, few studies estimated cool island demand in the context of urban heat island. This study built an empirical model of cool island demand on the basis of urban heat island spatial pattern, and estimated the demand level and configuration requirement of green space for UHI mitigation. The results indicate that in 2017, there existed about 6522 hm ² of heat islands with land surface temperature exceeding 40℃ in Chaoyang District. The number of urban heat island patches reached 619, concentrated in the southern part of Chaoyang District. The area of heat islands greatly increased from the western to the eastern part of the city. Approximately 6154 hm ² of cool islands were needed for the mitigation of the urban heat island effect. The area of high demand region for cool islands was 1054 hm ², distributed in Balizhuang of Chaoyang District. The moderate demand region reached 2021 hm ², located in Shuangjing, Jinsong, and Panjiayuan. The remaining 3079 hm ² belonged to the low demand region for cool islands, scattered in the district. In planned ecological land, urban green space cool island demand region should meet the requirement of greening area, community structure, and vegetation configuration, whereas the cool island demand area in the planned construction land should improve and utilize the cooling effect of adjacent green spaces.

Keywords：urban heat island;cool island demand;urban green space;pattern;configuration;Chaoyang District of Beijing

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本文引用格式
史芸婷, 张彪, 高吉喜, 佟跃, 邵珊珊. 基于城市热岛格局的绿地冷岛需求评估——以北京市朝阳区为例. 资源科学[J], 2019, 41(8): 1541-1550 doi:10.18402/resci.2019.08.13
SHI Yunting. Demand of urban green space cool islands based on heat island pattern: A case study of Chaoyang District of Beijing. RESOURCES SCIENCE[J], 2019, 41(8): 1541-1550 doi:10.18402/resci.2019.08.13

1 引言

城市热岛是指城市内因热力集聚而产生的一种城区温度高于郊区温度的现象^[1]。2001—2015年中国31个省会城市中,71%的城市夏季白天热岛现象明显增加,58%的城市夏季夜间热岛明显增加^[2]。城市热岛不仅降低居住环境的舒适度、增大居民健康风险,而且增加城市能源消耗与温室气体排放^[3,4,5,6]。在全球气候变化与快速城镇化影响下,城市热岛风险将进一步加强^[7]。

目前已有大量研究证实城市绿地可缓解热岛现象^[8],该降温作用即为“绿地冷岛”。比如,Imhoff等^[9]利用Landsat TM数据和MODIS影像,发现美国38个城区夏季的林地温度要比裸地平均低8℃,植被覆盖地表温度比裸地低4.3℃。Armson等^[10]在英国曼切斯特（Manchester）的观测表明,城市草地可使地表温度下降2~4℃,而树荫能使环境温度下降5~7℃。Rahman等^[11]则通过两台气象传输器（WXT520）的对比测量发现,德国慕尼黑（Munich）的城市树木可使冠层半径3.5 m范围内的温度降低3.5℃。近年来国内****也大量开展相关研究^{[12,13,14,15]}。如高吉喜等^[16]基于北京市24个典型绿地群落观测,发现城市绿地在夏季白天的降温幅度达0.2~2.0℃。冯悦怡等^[17]利用HOBO气象站监测发现,北京大学校园绿地的夏季降温能力可达1.14~1.96℃。张艳丽等^[18]测算表明,成都市沙河植物走廊的日降温幅度在0.05~0.59℃之间。

除了城市绿地冷岛效果的研究外,城市绿地冷岛效应的影响因子也受到广泛关注。比如,Hamada等^[19]认为,绿地冷岛效应明显受季节影响,日本名古屋（Nagoya）城区绿地的夏季降温效果优于冬季。Amani-Beni等^[20]分析表明,公园绿地的斑块类型与景观指数对其降温功能有着显著影响。苏泳娴等^[21]借助TM遥感影像发现,公园绿地面积、公园内水体面积以及公园长宽比均对公园绿地的降温效果有明显影响。Kong等^[22]则证实,南京中山植物园内小叶片树木的降温效果优于大叶片的树木。而朱春阳等^[23]通过样地观测发现,宽度大于34 m的绿地内部降温效果明显,宽度超过40 m的绿地降温效果极明显且稳定。总体来看,城市绿地的冷岛效应一方面受不同时间（比如季节）太阳辐射、气象等外部环境的影响,另一方面,城市绿地斑块面积、周长、宽度等几何特征以及绿地树种、郁闭度等结构组成也有较大影响^{[23,24,25,26,27,28,29,30]}。

不过,以往研究侧重城市绿地降温功能的测定以及影响因素解析,而对于城市绿地冷岛效应与其空间格局关系的研究较少^[8]。目前虽有部分模型可模拟不同下垫面的温度差异来预测绿地降温效果,比如CTTC、ENVI-met、PLAID、WRF以及SOLWEIG等^{[31,32,33,34,35]},但是这类模型难以直接指导城市尺度绿地空间的格局优化^[13]。为此,本文以北京市朝阳区为例,在识别城市热岛格局基础上,构建绿地冷岛需求指数模型,定量评估绿地冷岛的空间布局需求与配置要求,可为城市绿地的规划建设以及优化管理提供参考依据。

2 研究区概况

朝阳区位于北京市东部,是北京市面积最大的中心城区（图1）。作为北京市主要的城市建成区及人口聚集地,朝阳区热岛效应逐年加剧^[36],与北京市热环境变化呈相同趋势^[37]。北京市地处华北平原西北部,属典型暖温带半湿润大陆性季风气候,夏季高温多雨,≥35℃的高温天气比较常见。在全球气候变暖背景下,1951—2014年北京市的年平均气温以0.35℃/10a的速率升高,高于全球同期的平均升温速率0.18℃/10a,且夏季时长每10年延迟3天^[38]。因此,近年来北京地区的高温热浪风险显著增加,夏季平均热岛强度可达4.5℃,且强热岛天数增加,高温灾害增幅明显^[39]。

图1

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图1朝阳区位置及街道组成

Figure 1Location and community distribution of Chaoyang District of Beijing

朝阳区地域面积4.65万hm²,2017年常住人口约374万人^[40],人口密度达到79人/hm²,其中人口密度超过300人/hm²的街道有潘家园、和平街、六里屯、安贞和团结湖。朝阳区是北京市重要的工业基地,分布有纺织、电子、化工、机械制造、汽车制造等工业用地,也是导致朝阳区热岛效应的主要因素之一^[41]。据戴高菊等^[42]观测分析,20世纪70年代末朝阳区开始出现城市热岛,并于2000年后明显增强。为改善人居环境质量,朝阳区近年积极推动城市绿化建设,优化绿地空间布局。因此,科学识别朝阳区绿地冷岛需求对城市绿地规划建设具有重要参考价值。

3 研究方法与数据来源

3.1 城市热岛格局特征

城市热岛格局通过Landsat8 OLI/TIRS卫星影像的热红外波段数据反演得到。在地表温度反演前,先对原始遥感影像进行几何纠正、投影变换等预处理,然后通过TIRS影像的热红外波段（第10波段）将像元灰度值（DN）转化为相应的辐射亮度,并根据辐射亮度推算对应的亮度温度,最后采用单窗算法（MW算法）反演地表温度^[43],具体计算公式如下：

（1）

L_{λ} = gain \times DN + offset

（2）

T = \frac{K_{1}}{\ln (K_{2} / L_{λ} + 1)}

（3）

T_{s} = \frac{{a (1 - C - D) + [b (1 - C - D) + C + D] T - D T_{a}}}{C}

（4）

C = τε

（5）

D = (1 - τ) [1 + (1 - ε) τ]

式中：L_λ为辐射亮度;gain和offset分别是增益校正系数和矫正偏差量;DN为TIRS影像第10波段灰度值;T为亮度温度（K）;K₁、K₂为常数（K₁=60.776,K₂=1260.56）;T_s为反演的地表温度（℃）;T_a为大气平均作用温度（K）,a、b是回归系数;C、D为中间变量;ε为地表比辐射率,τ为大气透过率。

中国一般将日最高气温≥35℃称为高温天气^[44],气温≥37℃和≥40℃作为极端高温事件等级划分的阈值^[45]。姜会飞等^[46]运用气象统计学方法建立了北京地区气温与地温的线性关系。为此,参考高温天气温度与地表温度的对应关系,将朝阳区地表温度值域划分为5个等级（表1）,以准确识别城市热岛的空间格局特征。其中,高温区、中高温区和次高温区均归为热岛区,并分别对应不同的热岛强度,中温区为过渡区,低温区则为冷岛区。

Table 1
表1
表1朝阳区地表温度等级划分及城市热岛界定
Table 1Classification of land surface temperature and definition of urban heat island in Chaoyang District of Beijing

温度等级	地温范围(T)	属性识别	热岛强度
高温区	45℃≤T≤51℃	热岛区	高强度热岛
中高温区	42℃≤T<45℃		中强度热岛
次高温区	40℃≤T<42℃		低强度热岛
中温区	35℃≤T<40℃	过渡区	-
低温区	26℃≤T<35℃	冷岛区	-

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3.2 绿地冷岛需求模型

城市绿地冷岛需求是指为减缓城市热岛效应而需要建设布局绿地冷岛的程度,主要取决于研究区内热岛斑块状况及其周边绿地配置情况。首先,热岛斑块的地表温度越高、斑块面积越大以及形状越复杂意味着对城市热环境的影响越大^[47,48],因此布局建设绿地冷岛的需求越大。此外,城市绿地对周边一定距离范围的热环境有显著降温效应^[49,50],对不同方位建设用地的降温影响也不同^[51]。因此,热岛斑块周边绿地配置情况也影响到冷岛需求程度,当热岛斑块到最近绿地斑块的距离越大、最近绿地斑块的面积越小以及绿地斑块降温效应越低时,布局建设新的绿地冷岛需求就越大。为此,绿地冷岛需求指标由城市热岛斑块格局状况指标与周边绿地斑块配置指标两部分组成（表2）。

Table 2
表2
表2朝阳区绿地冷岛需求指标体系
Table 2Indicators of green space cool island demand in Chaoyang District of Beijing

指标类别	具体指标/单位	指标权重（β）	需求分值（DIS）
指标类别	具体指标/单位	指标权重（β）	10	8	6	4	2
热岛斑块格局状况	热岛斑块温度(T)/℃	0.50	45≤ T≤51	42≤ T<45	40≤ T<42	35≤ T<40	26≤ T<35
	热岛斑块面积(A)/hm²	0.20	A≥100	50≤ A<100	10≤ A<50	1≤ A<10	A<1
	热岛斑块形状指数(S)	0.10	S≥4	3≤ S<4	2.5≤ S<3	1.85≤ S<2.5	S<1.85
热岛周边最近绿地状况^①	到绿地斑块距离(D)/m	0.08	D≥500	400≤ D<500	300≤ D<400	200≤ D<300	D<200
	绿地斑块面积/热岛面积(CH)	0.05	CH<0.2	0.2≤ CH<0.4	0.4≤ CH<0.6	0.6≤ CH<0.8	CH≥0.8
	绿地斑块所属类型^②	0.05	广场用地	附属绿地	防护绿地	公园绿地	区域绿地
	在绿地斑块的方位	0.02	-	东	北	南	西

注：① 热岛最近绿地斑块是指以热岛斑块为中心、以500 m为半径范围内面积≥1 hm²的绿地斑块。② 绿地斑块所属类型依据城市绿地分类标准（CJJ/T85-2017）确定^[52]。

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本文采用熵权法确定各指标的权重（表2）。首先将各指标数据进行标准化处理,其次求各指标的信息熵,信息熵越小则提供的信息量越多,在评价中的作用越大,因此根据信息熵可计算各指标权重,最后加权求和得到不同热岛区域的绿地冷岛需求值（DV）,标准化后即为绿地冷岛需求指数（DI）,计算公式为：

（6）

DV = \overset{n = 7}{\sum_{i = 1}} β_{i} \times DI S_{i}

（7）

DI = \frac{DV - D V_{\min}}{D V_{\max} - D V_{\min}}

式中：DI为冷岛需求指数（0~1）,DV为冷岛需求值,β为绿地冷岛需求各项指标权重,DIS为绿地冷岛需求各项指标分值,i代表第i项指标。

3.3 数据来源

本文使用Landsat8 OLI/TIRS卫星影像,采集时间为2017年7月10日11点左右,当日天气晴热无云,平均最高温度36℃,平均最低温度23℃,相对湿度35%,且地面干扰较少,图像质量较好。此外,采用北京市绿地资源调查数据^[53],提取朝阳区绿地斑块边界及其类别属性信息。遥感数据处理采用遥感影像处理平台ENVI与地理信息系统平台ArcGIS 10.2,大气透过率（τ）采用同期MODIS影像与比值法反演大气水汽含量^[54],地表比辐射率ε采用NDVI阈值法计算^[55]。地表温度反演结果精度采用朝阳区典型样地温度实测结果^[56]进行验证。验证时首先基于混合像元组分类型,确定各地物对应点温度数据,并归入相应土地覆被类型,然后基于30 m分辨率土地覆被数据,利用面积比例加权计算出各栅格温度,并与反演的地表温度进行线性回归,相关系数达到0.81,满足本文的分析要求。

4 结果与分析

4.1 城市热岛空间格局

基于遥感影像的热红外波段反演表明,2017年夏季高温日朝阳区地表温度值域可达26~51 ℃,并呈现出南高北低、西高东低的空间格局（图2a）。其中属于热岛区的地表面积为6522 hm²,占朝阳区面积的14.35%;冷岛区面积18954 hm²,占朝阳区的41.69%;过渡区面积有19987 hm²,也占到全区的43.96%,说明朝阳区冷岛的比例较高,但集中分布在东部和北部（图2b）。按照热岛强度分级划分,2017年朝阳区高强度热岛有130 hm²,占全区热岛总面积的1.99%;中强度与低强度热岛面积分别为2091 hm²和4301 hm²,分别占到朝阳区热岛面积的32.06%和65.95%,说明朝阳区现状热岛以低强度热岛为主。

从城市热岛的环路分布来看,朝阳区热岛主要分布在四环外,但四环内热岛密度较高（图3）。其中二环—三环间分布有热岛面积582 hm²,虽然不及全区热岛面积的9%,但占到该环路间面积的26.21%;三环—四环间有1152 hm²的热岛,为朝阳区热岛面积的17.67%,占该环路间面积的22.07%;四环—五环内的热岛面积有2190 hm²,占全区热岛面积的33.57%,以及环路内面积的16.52%;此外,五环外分布有2598 hm²的城市热岛,占到朝阳区热岛总面积的39.84%,不过仅为该区域面积的10.48%。可见,朝阳区四环内热岛面积虽然不大,但热岛分布更为密集。从热岛强度的地区分布来看,高强度热岛主要分布在京通快速路以南和五环外的区域;中强度热岛成片分布于京通快速路以南的小红门、十八里店、王四营和黑庄户街道,并零散分布在五环外的东坝、金盏等街道;低强度热岛密集分布在朝阳区中部以及五环内的潘家园、劲松、酒仙桥等街道（图3）。

图2

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图2北京市朝阳区地表温度与热岛划分

Figure 2Land surface temperature and heat island classification in Chaoyang District of Beijing

图3

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图3北京市朝阳区热岛面积环路分布及热岛强度街道分布

Figure 3Heat island area by ring road and heat island intensity by community in Chaoyang District of Beijing

从热岛斑块面积组成来看,朝阳区内有热岛斑块619个（表3）。其中,面积大于100 hm²的特大斑块有9个,其面积占到全区热岛总面积的36.79%;16个大型斑块的面积占到16.51%;斑块面积10~50 hm²的中型斑块有86个,面积占比为29.33%;虽然小型斑块数量较多（298个）,但其面积占比仅为16.25%;而微小斑块有210个,其面积占比最小。

Table 3
表3
表3朝阳区热岛斑块分类
Table 3Classification of heat island patches in Chaoyang District of Beijing

斑块大小	面积(A)/hm²	斑块数量/个	面积占比/%
特大	A≥100	9	36.79
大型	50≤ A<100	16	16.51
中型	10≤ A<50	86	29.33
小型	1≤ A<10	298	16.25
微小	A<1	210	1.12

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从热岛斑块的形状指数来看,小于1.85的热岛斑块有596个,其面积占到朝阳区热岛总面积的55.35%;形状指数为1.85~2.50的热岛斑块有17个,面积比例达到18.71%;形状指数为3.00~4.00以及大于4.00的热岛斑块数分别为3个和1个,其面积分别占到13.14%和10.26%;面积占比最小的为形状指数2.50~3.00的热岛斑块（表4）。可见,朝阳区热岛斑块的形状较为规整,但面积越大的热岛斑块其形状越复杂。

Table 4
表4
表4朝阳区热岛形状指数分类
Table 4Shape index classification of heat island in Chaoyang District of Beijing

形状指数(S)	斑块数量/个	斑块面积/hm2	面积占比/%
S≥4.00	1	664.43	10.26
3.00≤S<4.00	3	851.26	13.14
2.50≤S<3.00	2	164.19	2.54
1.85≤S<2.50	17	1211.74	18.71
S<1.85	596	3584.61	55.35

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4.2 绿地冷岛空间需求

本文采用需求指数反映城市绿地冷岛建设布局的需求程度（0~1）,指数越大说明需要建设绿地冷岛的需求越高。评估结果表明,朝阳区619个热岛斑块的绿地冷岛需求指数介于0.01~0.95之间,需求指数平均值为0.30,说明朝阳区绿地冷岛的整体需求程度不高,但需求指数的区域差异大。为此,以绿地冷岛需求指数的均值与标准差为依据,划分高、中、低3个级别的需求区。其中,低需求区的绿地冷岛需求指数界定为0.01~0.30,绿地需求面积为3079 hm²,占到绿地冷岛总需求面积的50.1%;需求指数为0.30~0.50的热岛划分为中需求区,绿地冷岛需求面积达2021 hm²,占到绿地总需求面积的32.8%;需求指数为0.5~0.96的热岛为高需求区,绿地需求面积为1054 hm²,占朝阳区绿地冷岛需求面积的17.1%（表5）。

Table 5
表5
表5朝阳区绿地冷岛需求指数及空间分布
Table 5Spatial distribution and demand index of urban green space cool islands in Chaoyang District of Beijing

需求等级	需求指数（DI）	需求面积/hm²	空间分布
高需求区	0.50≤ DI ≤0.95	1054	朝阳区南部,集中在小红门、十八里店、垡头、王四营等街道
中需求区	0.30≤ DI <0.50	2021	朝阳区南部,零散分布在东坝、酒仙桥等街道
低需求区	0.01≤ DI <0.30	3079	朝阳区内零散分布,与低强度热岛有较高重合

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从空间分布来看（图4）,绿地冷岛高需求区由高强度及部分中等强度的热岛斑块组成,集中分布于朝阳区南部,部分零散分布在北部四环外区域;绿地冷岛中需求区分布有部分中等强度及低强度热岛斑块,主要位于朝阳区南部及中部京通快速路两侧;低需求区包括小部分中等强度热岛斑块及低强度热岛斑块,斑块面积较小且分散,主要位于朝阳区中西部及东北部。可见,朝阳区北部的绿地冷岛需求程度较低,而南部较高,原因主要是目前在南部分布有较多的大型工业园区及高密度聚居区,热岛现象突出且缺少大规模绿地。综合以上分析,朝阳区绿地冷岛需求面积为6154 hm²。

图4

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图4朝阳区绿地冷岛需求空间分布

Figure 4Spatial distribution of green space cool island demand in Chaoyang District of Beijing

4.3 绿地冷岛配置要求

识别城市绿地冷岛的空间需求并明确不同区域的建设要求对城市绿地规划建设有直接指导参考意义。为此,根据朝阳区城市绿地系统规划将绿地冷岛需求区的土地利用类型划分为规划生态空间与规划建设空间。其中,位于规划生态空间的绿地冷岛需求面积为2337 hm²,包括公园绿地、防护绿地与区域绿地。另外有3816 hm²的绿地冷岛需求区位于规划建设空间内,包括产业用地、居住用地和公共服务设施用地（表6）。参考前人的研究结果,位于生态空间内的绿地冷岛需求区,其公园绿地宜布局乔灌草或乔草型群落,且三维绿量密度和郁闭度需高于5 m³/m²和0.6,同时宜集中布局形状复杂的绿地斑块;新建防护绿地则应以乔灌草群落为主,绿量密度宜高于5 m³/m²,林分郁闭度0.6~0.85之间^[14],可集中布置多个不规则小型条状绿地;区域绿地则宜构建丰富多样的绿地配置模式^[53],但需适度布局水体^[1],以保证城市生态环境的稳定性。位于建设空间内的绿地冷岛区,产业用地内绿地需注重配置复杂绿地结构,同时利用周边绿地斑块的辐射效应;在满足居住要求的前提下,居住用地内的绿地应保障绿地斑块形状复杂化,并推广屋顶绿化及立体绿化,以综合提升绿地降温功能;公共服务设施用地内的绿地应以乔草型、灌草型为主,尽量减少大面积草坪,并提高可渗透地面比例,增强绿地斑块降温能力。

Table 6
表6
表6不同冷岛需求区的绿地配置要求
Table 6Configuration requirements of green space in different areas of cool island demand

绿地需求区地类	地类组成	面积/hm²	朝阳区冷岛需求区绿地配置要求
规划生态空间	公园绿地	212	以乔灌草或乔草型群落为主,三维绿量密度应≥5 m³/m²,群落郁闭度≥ 0.6,绿地斑块形状复杂且集中布局
	防护绿地	224	以乔灌草型常绿植被为主,建议三维绿量密度≥5 m³/m²,乔木林郁闭度0.6~0.85,可集中布局多个不规则小型条状绿地
	区域绿地	1902	可建设多种绿地群落,构建层次错落、结构复杂绿地,水体面积不宜超过50 hm2,绿量密度和郁闭度分别不低于5 m³/m²与0.6
规划建设空间	产业用地	901	绿地率不低于20%,建设丰富多样的植被群落,适度保障绿地绿量密度及郁闭度
	居住用地	1186	绿地率不低于30%,以乔灌草型绿地为主,绿地斑块形状应复杂化,并增加屋顶绿化及立体绿化
	公服用地	1729	绿地率不低于30%,以乔草型、灌草型为主,不宜建设大面积草坪,尽可能复杂化绿地斑块形状,并提高透水性地面比例

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5 讨论与结论

5.1 讨论

随着全球气候变化与快速城镇化,科学布局并发挥绿地冷岛效应对城市绿地的规划设计具有重要指导意义^[47]。本文基于Landsat8 OLI/TIRS卫星影像,发现2017年朝阳区分布有城市热岛6522 hm²,且热岛数量南部多于北部、热岛面积东部大于西部的特征,这与戴高菊等^[42]认为朝阳区热岛向东向南扩展的研究结论一致。同时,本文基于城市热岛强度、空间分布以及绿地与热岛的相对关系,构建了绿地冷岛需求指数模型,以综合判断绿地冷岛需求程度,定量化识别绿地需求区域及其配置要求,并直观指导城市绿地格局优化,保障城市生态环境安全^[57]。不过,需要说明的是,本文提出的绿地冷岛需求指数模型还处于初步发展阶段,绿地冷岛需求指标和评估方法需要进一步完善;同时对冷岛需求指标赋值的做法存在一定程度的主观性,部分绿地配置参数仅给出了定性要求。因此,基于城市热岛格局的绿地冷岛需求评估技术及其绿地配置要求还有待深入研究。

5.2 结论

本文结合遥感数据和GIS方法,构建了绿地冷岛需求模型,分析了北京市朝阳区绿地冷岛的空间需求,为朝阳区后续的城市绿地规划提供了参考。本文研究表明,2017年夏季朝阳区热岛面积达到6522 hm²,约占朝阳区面积的14%,且热岛数量南部多于北部,面积东部大于西部,热岛主要分布在四环外,但四环内热岛密度较高。从热岛强度来看,高中低强度的热岛面积依次增多,高强度及中强度热岛主要分布在京通快速路以南,低强度热岛集中于朝阳区中部及五环内。从斑块组成来看,面积大于100 hm²的特大热岛斑块为9个,面积占比最高,其次占比较高的为中型斑块,大型和小型斑块面积占比相同。从形状指数来看,小于1.85的热岛斑块面积占比为55.35%,朝阳区热岛斑块的形状较为规整,但面积越大的热岛斑块其形状越复杂。

为消除朝阳区热岛效应,需建设绿地冷岛6154 hm²,其中有1054 hm²的热岛区亟需布局绿地冷岛,占比17.1%,主要位于朝阳区南部的工业园区及高密度聚居区;有2021 hm²的热岛区也需布局绿地冷岛,面积占比32.8%,位于朝阳区的劲松、双井和潘家园街道;有3079 hm²的热岛区布局绿地冷岛的需求较低,面积占比50.1%,这些区域零散分布,且与低强度热岛的重合度较高。

为指导城市绿地规划建设,对绿地冷岛的空间需求进行识别。其中,位于生态空间内的绿地冷岛需求区,需要复杂化植被群落结构,确保绿地较高的三维绿量、郁闭度、斑块形状指数与可渗透地表面积等,以提高新建绿地的降温功能;位于建设空间内的绿地冷岛需求区,应以提高现状绿地降温能力与周边绿地斑块的辐射效应为主,并在确保满足绿地建设要求前提下,通过优化群落结构、增加屋顶绿化及立体绿化、调整水体和绿地面积比例等手段综合提高绿地降温功能。

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