城市绿色空间的冷岛效应与土地存量调控研究进展*

陈燕红 蔡芫镔

(1.福州大学至诚学院，福建 福州 350002；2.福州大学环境与资源学院，福建 福州 350116)

目前，中国的城镇化水平已经达到了前所未有的高度。据测算，中国的城镇化率将从2015年的56.10%上升到2030年的70%。城镇化在改变下垫面性质的同时，也带来一系列的热环境问题。如何解决城市热环境问题已引起国内外许多学者的关注，并逐步成为当前的研究热点之一[1]。

城市绿色空间作为“山水林田湖草”的典型代表，是“生态文明”和“美丽中国”建设的绿色载体，它在缓解城市高温热浪方面扮演着极其重要的角色，既表征了城市持续发展水平，又能有效规避城市无序发展，提高城市生态环境质量。城镇化的进程也给城市绿色空间带来了前所未有的影响与胁迫，使其成为一种稀缺环境资源，导致城市生态环境趋向恶化，严重制约了区域的可持续发展。只有通过对城市绿色空间存量进行定量分析，合理规划，才能有效发挥城市绿色空间的生态服务功能[2]。因此，在十分有限的区域内合理规划与优化城市绿色空间，对其存量进行有效调控，从而较好地缓解城市热环境问题，建设可持续发展的生态宜居城市，具有十分重要的现实意义[3]。

本文从城市绿色空间内涵与信息提取、冷岛效应分析和土地存量调控研究三个方面，对城市绿色空间的冷岛效应与土地存量调控研究展开综述。

1 城市绿色空间内涵与提取研究进展

1.1 城市绿色空间的内涵

城市绿色空间属于自然或半自然条件下的土地利用/覆盖类型，是城市环境的基本组成要素之一，在保护城市生态环境方面发挥了重要作用。国内外学者对城市绿色空间的内涵理论研究从城市开放空间到开放绿色空间，最后才到城市绿色空间。但其准确的概念一直未明确，不同领域的研究学者对绿色空间的认识和定义也不尽相同。建筑规划学者认为城市绿色空间是城市空间的组成部分，其内涵等同于城市开放空间和城市开放绿色空间[4]。景观建筑学者则将建设用地之外覆盖植被的，能够为周边居民提供休闲娱乐，并能为维持生物多样性和维护物种平衡提供生境的地方视为绿色空间，它既属于城市地域空间，又具备多种社会性服务功能[5]。生态学领域学者则认同城市绿色空间是城市复合生态系统的重要组成部分，在提供各种生态服务功能的同时，还对城市地表热环境具有一定的缓解作用，是城市绿色空间关键的资源载体之一，具体涵盖城市中的绿色廊道、园林、滨水绿地、森林、农业以及立体式的空间绿化等绿色空间网络[3]。而地理学者则主要从地理空间分布的视角分析城市绿色空间的特征及其社会、经济和生态功能，认为城市中的农林、园林等绿地和河流、湿地等用地类型均属于城市绿色空间范畴。

1.2 城市绿色空间的提取

当前，关于绿色空间信息提取技术方面，遥感技术因其宏观、实时、快速等优势被广泛应用。从国外研究来看，众多学者运用遥感手段提取城市绿色空间，并获得了较好的结果。提取方法上，可划分为植被指数、主成分分析、分类后对比、影像差值/比值、多时相复合和变换向量分析等方法。应用案例上，大部分体现对大中城市绿色空间的监测与提取[6]。国内相关研究起步较晚，主要针对大中城市绿色空间信息的提取。主要集中在以南京、上海、广州和福州为案例，从宏观和微观相结合的角度，将遥感技术应用于城市绿色空间。技术上则有卷积神经网络、遥感结合地面调查等，为城市绿色空间的调查提供了切实可行的新技术。

2 城市绿色空间冷岛效应研究进展

2.1 城市绿色空间的冷岛效应差异

众所周知，城市绿色空间对城市热岛具有显著的缓解作用。当前研究普遍聚焦于不同的城市绿色空间类型(如绿地、草地和水体等)所产生的冷岛效应及其影响等方面[5,7,8]。

从国外研究来看，Nichol通过对比不同绿色空间类型的地表温度发现，绿地相较于其他用地类型具有最低的地表温度，且与周边不透水面的温差高达1.5～2℃[9]。Decletbarreto等模拟不同情景发现，有冠层的植被对周围的降温和潜在降温效果不同，最高温差分别达到1.9 ℃和8.4 ℃[10]。Gioia等对比了植被、斑块对地表温度的影响发现，绿地面积与冷岛效果成正比，与周边温差可达1.5～2.8 ℃[11]。Amani-Beni等通过分析林地和水体的冷岛效应发现，二者能起到降温作用的不透水面积比分别为6.51%和12.82%；且绿化率和冷岛的距离对地表温度均呈正效应[12]。

从国内研究来看，佟华等分析发现楔形绿地具有较好的降温作用，且与地表风速和绿地间距密切相关[13]。雷江丽等结合遥感影像反演地温和实测地温的方法，对比绿地斑块的特征与冷岛效应的关系，发现形状指数的相关关系显著高于周长和面积[14]。Sun和Chen分别以北京的水体为研究对象，分析发现水体的冷岛强度最高可达5.84℃，其降温最远距离可达水体2500m[15]。湿地的冷岛效应方面，有学者开展了湿地的小气候调节功能研究，试图为缓解热岛效应提供科学依据。从全球尺度来看，虽然湿地的小气候调节效应功能具有一定的局地性，但已有研究发现大面积的湿地分布，将对全球气候的变化起到较为显著的作用[16]。

2.2 城市绿色空间冷岛效应的影响因素

当前，城市绿色空间冷岛效应的影响因素研究主要从绿色空间的内部因素与外围环境影响两方面展开。

从国外研究来看，城市绿色空间冷岛效应的影响因素研究已获得较多的成果，体现在绿地面积、植物群落结构以及景观格局的影响[7,10,17]。Decletbarreto等研究发现，植被覆盖以及不同的空间位置对其冷岛效应均具有一定的影响[10]。Gioia等发现，影响地表温度大小的因素主要为植被种类和斑块面积[11]。Tran等肯定了城市下垫面的景观组成与变化会影响地温[18]。Amani-Beni等探讨北京奥林匹克森林公园的冷岛效应发现，绿化率、绿色空间的面积占比以及与冷点的距离均是影响降温能力的重要因素[12]。Muhammad等研究发现，景观格局的组成比分布在决定区域地表温度上更为重要[19]。

从国内研究来看，多数研究集中在对公园绿地和水体的景观格局指数和景观配置方面。余兆武等从公园绿地的角度出发，指出绿地的面积、类型和配置等景观格局指数均能对绿地的冷岛产生正效应[20]。Sun等人研究发现，水体的降温强度与水体面积呈正相关[21]。余兆武综合分析了蓝绿空间冷岛效应的影响因素，关注点亦为形状、面积占比和距离等景观指数[20]。仇宽彪等明确了公园水体面积占比对地温呈负相关作用，与不透水面积占比呈幂指数关系，而植被面积占比则表现出不显著关系。

从国内外城市绿色空间的冷岛效应研究进展可以看出，当前的研究重点主要集中在对城市绿色空间类型的变化及其所带来的环境影响，未厘清绿色空间本身的演化特征及其对地表温度变化产生的影响特性，从而无法获得相应的演化阈值及驱动机制。

3 城市土地存量调控研究进展

当前，普遍认为城市土地空间的存量调控是通过更新局部空间来优化整体土地空间结构功能，即如何使已有“色块”变得更为合理[22-23]。

从国外研究来看，发达国家的成果较多。美国城市土地空间的存量调控始于1986年，先后出台了《超级基金修订与再授权法》等一系列新法律，并推出资金和税收优惠政策，推动棕地开发，成为土地存量规划调控的成功范例。而英国城市土地空间的存量规划始于变革，即中上层阶级先向工薪阶层社区迁入，后再从中心城区迁出[24]。日本1919年颁布的《城市规划法》首次在法律层面上给予土地重划的地位[25]。同时，国外学者还关注于城市下垫面土地利用/覆盖变化及其优化调控研究，以期实现可持续发展。例如，有学者通过比对25年时间尺度的航拍照片，发现了样地内城镇化扩展与绿色空间数量之间的关系，填补了该地区可持续性城市发展进程信息的空白[26]；也有学者通过构建集约化空间，探讨可持续发展的城市土地规划调控的新模式[27-28]。

从国内研究来看，由于国情、文化和社会背景与西方国家存在差异，不能照抄国外模式，而要积极探索符合我国国情的实践新模式[29]，目前已经取得了较多成果。具体表现在：从城市土地存量空间的影响和互促等角度，探究了城市化与土地规划调控的关系[30]；从综合全面的视角，讨论了城市化和土地空间存量状态的评价指标与测度方法[31-34]；从构建土地存量指标体系角度，科学评估了中国各省城市化与土地存量状态的协调程度[35]；从中国存量土地再开发的历史和现状出发，提出土地从增量扩张向存量调控的策略，以期为中国城市土地空间存量规划设计与调控提供借鉴[36]。

综上可知，城市绿色空间存量调控是土地存量调控中一个新的研究方向。然而，当前对城市绿色空间存量的基础研究及其状态的评估缺乏相应的标准与借鉴，亟待后续结合实际深入探讨。

4 现有研究存在的不足与展望

城市绿色空间的冷岛效应与土地存量调控研究不仅扩展了城市绿色空间动态演化的研究内容，有效指导城市绿色空间存量调控建设，还能为同类研究和规划实践提供借鉴。但现有研究仍存在以下不足。

在城市绿色空间的信息提取方面，遥感影像是获取长时间土地利用/覆盖变化，预测未来动态变化的重要技术手段。而我国对城市绿色空间的研究大多集中于某一具体的绿色空间类型，较少从城市复合生态系统中绿色空间的类型、演化方式、演化过程等方面全局探讨其对城市小气候的影响，较难形成全面、完整的体系。

在城市绿色空间的冷岛效应方面，城市的水体、绿地、湿地等绿色空间均对城市热岛效应具有一定的缓解和改善作用。然而，现有研究大多数围绕定性评价城市下垫面不同土地利用/覆盖类型的降温作用，而针对不同城市绿色空间类型及其复杂的综合演化所引起的冷岛效应差异的定量研究则较少。

在城市绿色空间冷岛效应的影响因素方面，城市绿色空间景观格局指数与冷岛效应之间存在一定关系。通过对城市复杂生态系统中的绿色空间景观类型研究，能够进一步表征城市地表热环境的变化，更有效地应对日益严重的城市热岛效应。当前，对城市某一特定景观类型冷岛效应的相关研究，国内外尚处初探阶段，仍需进行大量的分析与实证。

在城市土地存量调控研究方面，现有研究不仅深化了城市化发展过程中土地利用与存量调控的内涵与认识，还为未来研究提供了较好的基础。但是，城市化进程中受影响的城市绿色空间与城市复合生态系统之间的复杂性和空间配置关系，以及如何从城市绿色空间可持续发展角度构建土地规划调控的指标体系，还需要作进一步研究。

今后，随着科研手段和方法的不断进步，基于多学科、多尺度、多角度系统研究城市绿色空间的时空动态演化规律及特征，探究城市绿色空间冷岛效应的特点，分析冷岛效应的影响因素以及定量阈值范围，实证城市绿色空间存量调控，将是未来城市绿色空间研究的主要趋势。