城市公园绿地对周边温度场的影响——以芜湖市神山森林公园为例

伍卉 闻治江

摘要 选取芜湖市神山森林公园绿地作为研究对象，基于芜湖市2017年Landsat8遥感数据源反演出研究区的地表亮温分布情况。结果表明：在公园周边环境一定的范围内，温差（ΔT）随着距离（L）的增大而相应的增加（减少），增速由大变小，最后趋于平缓或无规律，可用3次多项式拟合模型来反映变化规律。神山森林公园对周边温度场平均辐射的最大范围为526.05 m，公园边界与周边环境的平均最大温差（ΔTmax）为2.4 ℃。公园对周边温度场辐射影响范围从高到低依次为南、北、西、东，对周边温度场辐射影响温差（ΔT）由高到低依次为南、北（西）、东;神山公园内部的场强、周边环境的用地类型以及风向的差异导致了公园对4个方向上最大辐射范围的差异。

关键词 遥感;神山公园绿地;温度场;辐射影响范围

中图分类号 TU-986  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2021）11-0109-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.11.030

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research on the Influence of Urban Park Green Space on Surrounding Temperature Field—Taking Shenshan Forest Park in Wuhu City as an Example

WU Hui， WEN Zhi-jiang

（School of Landscape and Horticulture，Wuhu Institute of Technology，Wuhu，Anhui 241002）

Abstract Taking the green space of Shenshan Forest Park in Wuhu City as the research object， and the surface brightness temperature distribution of the study area was inverted based on the Landsat8 remote sensing data source in Wuhu City of 2017. The study showed that within a certain range of the surrounding environment of the park， the temperature difference ΔT increases （decreases） correspondingly with the increase of the distance L， with the growth rate changing from large to small， and finally tends to be flat or irregular. A cubic polynomial fitting model can be used to reflect the law of change. The maximum average radiation range of Shenshan Forest Park to the surrounding temperature field was 526.05 m， and the average maximum temperature difference between the park boundary and the surrounding environment was 2.4 ℃. The radiation influence of the park on the surrounding temperature field ranges from high to low in the order of south>north>west>east， and the order of the temperature difference ΔT to the surrounding temperature field radiation was south>north （west）>east; the factors that lead to the difference in the maximum radiation range of the park in the four directions were the field strength inside the Shenshan Park， the land type of the surrounding environment， and the difference in wind direction.

Key words Remote sensing;Shenshan Park Green Space;Temperature field;Radiation influence range

城市“熱岛效应”是一种城市地表温度明显高于城郊的现象[1]。近年来，国内外学者对热岛效应的形成机制、表现特征、动态演变、景观格局以及缓解热岛效应对策等方面展开了大量研究，同时，对城市绿地对热岛效应的缓解作用研究愈加重视。城市绿地通过植被的光合作用、蒸腾作用来降低地表温度，是缓解城市热岛效应的有效途径之一[2-3]。学者对绿地结构、绿地面积、植被覆盖、绿地形状缓解热岛效应进行了大量研究;Declet-barreto等[4]运用ENVI-Met系统对亚利桑那州凤凰城公园冷岛效应进行研究，结果表明，有冠层的植被下面或周围降温0.9～1.9 ℃，潜在降温幅度为0.8～8.4 ℃。梁娟等[5]分别研究了绿地空间结构因子对绿地生态效应的影响，探索了城市绿地生态效应以绿地为中心向周边扩散的规律。佟华等[6]对北京市楔形绿地和夏季城市热岛的关系进行规划研究，结果表明，建造大型的楔形绿地可使绿地及其绿地周围约1 km范围内的温度降低。苏泳娴等[7]对广州市城区公园周边温度分布规律进行了定量研究。尤倩等[8]对山区城市绿地在不同月份的降温作用做了对比研究，结果表明公园周边的水体、植被、高层建筑物有降低地表温度的作用。

绿地植被的生命活动主要是蒸腾作用释放出大量水气，在此过程中带走热量。相对于周围小环境来说，绿地就像是一个冷源，冷源的温度场产生的相对低温空气流向周边非绿地空间梯度渗透，其致冷作用导致周边温度下降。因此，绿地周边必然存在一个受绿地影响的区域，其影响强度会随着与绿地距离的变化而变化[9-11]。笔者基于Landsat遥感影像，在反演地表温度的基础上，选取芜湖市神山森林公园绿地为研究对象，分析其对周边温度场温度分布的影响。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

芜湖市位于安徽省东南部，长江下游，中心地理坐标为118°21′E、31°20′N，属亚热带湿润季风气候，雨量充沛，光照充足，冬冷夏热，四季分明，年平均气温15～16 ℃，降雨主要集中在春季、梅雨季节和初冬。芜湖市存在着较明显的热岛效应，城市绿地的建设是城市规划建设的重中之重。芜湖市公园绿地的建设结合地方文化注入地方元素，中心城区形成“七绿带、二绿圈、多绿道、多绿岛”的绿地结构布局。

芜湖神山森林公园为城中之山，面积3 261.63 m2，堪称芜湖的“城市绿肺”。主要由芜湖烈士陵园、神山公园和雕塑公园三大部分组成。2011年对公园进行了改造，分别扩大面积和景观，构建了更为完善的生态系统、优美的园林景观、完善的服务设施，是人们日常休闲、探寻名人古迹、瞻仰烈士的胜地。作为芜湖市绿地系统中一块重要的“冷源”，对周边环境有冷辐射作用，可起到缓解热岛效应的作用，在降温效应方面有较高的研究价值。该研究选取以神山森林公园1 000 m服务半径范围内周边环境为研究区域（图1）。

1.2 研究方法

1.2.1 数据来源与处理。

数据源为芜湖市2017年10月Landsat8号卫星的OLI_TIRS影像、芜湖市行政区界矢量图（shp）和芜湖市Googlearth高清影像;影像在获取时天空云量较少，影像质量较高，有利于反演的地表温度正确表达城市热环境状况。数据源处理的软件平台是ArcGIS 10.2。对遥感数据源进行辐射定标、几何校正以及剪裁等预处理。Landsat8的热红外波段为第10和第11波段组成，研究表明第10波段对地表亮温的反演结果优于第11波段，因此该研究采用第10波段來反演亮度温度。

1.2.2 亮度温度的反演。

亮度温度是利用热红外波段反演城市下垫面的辐射温度，笔者采用单窗算法来反演亮度温度[12]。计算公式如下：

Lλ=gain×DN+bias（1）

式中，Lλ为热辐射亮度，DN为像元灰度值，gain为增益值，bias为偏移值，通过影像头文件获取。

TB=K2/ln（K1/Lλ+1） （2）

式中，TB为地表亮度温度;K1，K2为亮度反演常数;gain=0.000 334 2 mW/（cm2·sr·μm），bias=0.1 mW/（cm2·sr·μm），K1=774.89 mW/（cm2·sr·μm），K2=1 321.08 K。

对反演的亮度温度与观测的气温数据进行回归分析，结果表明，二者之间具有很好的相关性，因此，该研究反演的亮度温度可以用来表征城市热岛效应。将上述公式在ArcGIS软件中的栅格计算器中计算，并对其进行重分类生成研究区的温度场分布图（图2），其中将温度等级划分为低温区（<26 ℃）、中温区（26～28 ℃）、高温区（>28 ℃）。

1.2.3 公园周边环境温度变化趋势线的建立。

将神山森林公园看作一个“冷源”，“冷源”周边环境的温度都高于其内部温度，冷源的温度场向外部辐射强度作用会导致周边环境温度降低。该研究自神山森林公园边界向外延伸提取16条剖线（分别为东、南、西、北方向各4条），剖线提取避开周边环境为大面积水体和绿地的地块。剖线信息的提取在ArcGIS的三维分析模块中进行。16条剖线信息包含294个温度点，以公园周边环境温度点与公园边界处温度点的温差（ΔT）为因变量，以公园周边环境温度点至公园边界处温度点的距离（L）为自变量，进行拟合分析。

2 结果与分析

2.1 神山森林公园对周边温度场的辐射影响范围测算

从16条剖线建立的拟合3次多项式中（表1）可以看出，R2均大于0.722 0，拟合效果较好。选取了东、南、西、北4个走向中具有代表性的4条剖线建立拟合曲线（图3），发现在公园周边环境一定的范围内，温差（ΔT）随着距离（L）的增加而相应的增加或减少，增速由大变小，最后趋于平缓或无规律，则存在一个临界值，当L超出临界值时，温差变化无明显规律，此时的ΔT达到最大ΔTmax，对应的L值为公园绿地对周边环境温度影响的最大范围Lmax。

ΔT（L）=aL3+ bL2+ cL+d 0≤L≤Lmax（3）

式中，a，b，c，d分别是3次多项式中的拟合系数。对公式中的3次多项式进行求导，得出Lmax的计算公式。

Lmax=（-b±b2-3ac）/3a（4）

针对公园东、南、西、北4个方向对应的拟合多项式方程，用公式（4）求得每个方向的平均辐射最大影响范围Lmax。

神山森林公园内部温度场的场强不均，会导致向周边环境辐射影响的范围以及降温效果有所差异。根据计算分析得出（表2），神山森林公园东方向的辐射平均最大范围为439.37 m，平均最大温差ΔTmax为1.6 ℃;南方向的辐射平均最大范围为602.28 m，平均最大温差ΔTmax为2.9 ℃，西方向的辐射平均最大范围为506.41 m，平均最大温差ΔTmax为2.4 ℃，北方向上辐射平均最大范围为556.14 m，平均最大温差ΔTmax为2.4 ℃。公园对周边温度场平均辐射的最大范围为526.05 m。根据表2公园4个方向辐射最大影响范围Lmax计算值与真实值的比较，计算得出平均误差为40.31 m，精度达到76.6%。

2.2 神山森林公园对周边温度场的影响范围差异

神山森林公园绿地对周边温度场辐射影响从高到低依次为南、北、西、东;对周边温度场辐射影响温差ΔT从高到低依次为南、北（西）、东，南方向的辐射平均最大距离为602.28 m，东方向的辐射平均最大距离为439.37 m，差值为162.91 m。造成辐射范围差异的原因主要考虑风向和周边环境的用地类型。由于芜湖市全年主导风向为东北风，秋季以偏东风为多，因此西南方向受神山公园绿地的影响较大，而公园绿地东边用地为中央公园景观带，整体环境温度较低，辐射影响温差ΔT为负值，且神山绿地的辐射强度被中央公园带抵消了一部分，因此神山公园绿地对东边的辐射影响程度最小;而南边的周边用地类型中一部分包含有安徽工程大学高校绿地、有水体景观部分，从拟合曲线（图3）可以看出，温差ΔT有一部分为负值，但是由于风向，公园绿地对南边的影响程度也较大。公园的西边和北边多半为建设用地，因此公园对这2个方向的辐射影响范围差别不大。

3 结论与讨论

（1）该研究基于对研究区地表亮温反演的基础上，以神

山森林公园周边环境温度点与公园边界处温度点的温差（ΔT）为因变量，以公园周边环境温度点至公园边界处温度点的距离（L）为自变量，建立拟合趋势线方程，推导出公园温度场对周边环境温度场辐射的最大范围（Lmax）的计算公式，其计算值基本满足精度要求。

（2）城市公园绿地作为城市中的一块“冷源”，对周边环境温度场起到了辐射降温的作用，神山森林公园对周边温度场的平均辐射最大范围为526.05 m，公园边界与周边环境的平均最大温差（ΔTmax）为2.4 ℃。

（3）神山森林公园绿地对周边温度场辐射影响范围从高到低依次为南、北、西、东，对周边温度场辐射影响温差ΔT由高到低依次为南、北（西）、东;神山公园内部的场强、周边环境的用地类型以及风向的差异导致公园对4个方向辐射范围的差异。其中，公园东边环境的整体温度偏低，热环境状况较好，归结于神山森林公园与东部的中央公园景观带形成了绿色廊道，有效缓解了热岛效应。因此，如何将独立的公园绿地斑块串联组成一个有机绿地廊道系统，使绿地的降温辐射覆盖整个建成区，有效改善城市的热岛效应，是今后需要深入研究并量化的方向。

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