以太原市為例談公園斑塊特征的降溫效應(yīng)

王 斐 　 李 鑫

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，山西 太谷　030801)

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以太原市為例談公園斑塊特征的降溫效應(yīng)

王 斐 李 鑫

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，山西 太谷030801)

通過提取太原市12個(gè)公園的基本數(shù)據(jù)，分析了公園特征與內(nèi)部溫度的關(guān)系，探討了公園綠地的降溫能力和最大降溫范圍，得出了一些結(jié)論，為類似問題的研究奠定了基礎(chǔ)。

公園，降溫效應(yīng)，平均溫度，綠地

0　引言

公園綠地是城市綠地系統(tǒng)中重要的組成部分，研究表明公園綠地能夠產(chǎn)生冷島效應(yīng)，即公園中的溫度低于周圍的溫度。公園的斑塊特征影響著公園的冷效應(yīng)。研究表明公園的面積、周長(zhǎng)、形狀指數(shù)等影響著溫度的變化。但是受周圍地表、當(dāng)?shù)貧夂虻挠绊?，不同地區(qū)、不同氣候區(qū)都有不一樣的表現(xiàn)。我們有必要對(duì)不同的地區(qū)進(jìn)行研究驗(yàn)證。

1　數(shù)據(jù)源及數(shù)據(jù)處理

1.1數(shù)據(jù)源

本研究選取能滿足本實(shí)驗(yàn)要求的2014年Landsat8影像數(shù)據(jù)和太原市的矢量邊框、綠地植被信息。

1.2數(shù)據(jù)處理方法

遙感影像數(shù)據(jù)主要用于研究地表溫度反演和地表類型的提取。利用ENVI軟件對(duì)遙感影像進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，主要有幾何校正與配準(zhǔn)君、大氣校正、研究區(qū)域影像數(shù)據(jù)提取。

1.3研究區(qū)域數(shù)據(jù)提取

結(jié)合谷歌衛(wèi)星和遙感影像，提取12個(gè)公園綠地的矢量數(shù)據(jù)圖層，并將其與本文得到的2014年地表溫度反演數(shù)據(jù)在GIS中進(jìn)行疊加分析，統(tǒng)計(jì)公園內(nèi)部的溫度平均值、面積、周長(zhǎng)和邊界復(fù)雜性。

2　公園特征與內(nèi)部溫度的關(guān)系

統(tǒng)計(jì)各個(gè)公園的內(nèi)部平均溫度發(fā)現(xiàn)，公園的面積增加，公園內(nèi)部的平均溫度降低。二者的相關(guān)系數(shù)為-0.862 4，為0.743 8，在0.001置信水平上是顯著的。對(duì)公園面積與公園內(nèi)部的平均溫度進(jìn)行對(duì)數(shù)擬合。

衡量邊界形態(tài)的主要指標(biāo)有邊界的寬度、長(zhǎng)度、連續(xù)性和曲折性。利用周長(zhǎng)作為公園的邊界指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)公園周長(zhǎng)與內(nèi)部平均溫度相互關(guān)系，發(fā)現(xiàn)公園內(nèi)部的平均溫度與周長(zhǎng)呈負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為-0.765 4，為0.585 6，在0.001置信水平上是顯著的。利用指數(shù)模型擬合。公園內(nèi)部的溫度與公園的周長(zhǎng)有關(guān)系，公園周長(zhǎng)增加，內(nèi)部溫度降低。

通電差錯(cuò)主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：在進(jìn)行保護(hù)試驗(yàn)時(shí)，相關(guān)工作人員應(yīng)該對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)的檢查，退出相關(guān)的功能和出口壓板；在保護(hù)傳動(dòng)的過程中，應(yīng)該將外部回路斷開，以免出現(xiàn)反充電現(xiàn)象。比如低壓解列裝置，加電流過程中需要將裝置設(shè)置為短接狀態(tài)，以免造成所接回路產(chǎn)生過負(fù)荷解列以及零序解列，造成裝置誤動(dòng)[1]。

Wiens等研究表明斑塊形狀可以利用周長(zhǎng)與面積比作為主要指標(biāo)，形狀越復(fù)雜，周長(zhǎng)面積比就越大。剔除后的10個(gè)公園綠地中，迎澤公園的形狀指數(shù)為0.007 3，最小，地表溫度為27.33。龍?zhí)豆珗@、學(xué)府公園、星河灣公園形狀指數(shù)也較小，對(duì)應(yīng)的內(nèi)部溫度與其他公園相比溫度也低。西海子公園、飲馬河公園的形狀指數(shù)較大，對(duì)應(yīng)的溫度值較高。兩者之間的相關(guān)系數(shù)為0.882 1，為0.778 1，通過T檢驗(yàn)和F檢驗(yàn)，在0.001的置信水平上是顯著的。

3　公園特征的降溫效應(yīng)

3.1公園綠地降溫能力分析

為分析城市公園的降溫作用，用GIS緩沖區(qū)分析工具就研究的公園進(jìn)行分析。選擇緩沖區(qū)距離180 m，分為30 m的間隔共6條緩沖帶。為了得到121個(gè)公園綠地外部180 m范圍內(nèi)所有的緩沖環(huán)，將12個(gè)公園矢量圖和緩沖矢量圖進(jìn)行疊加分析，有部分緩沖區(qū)延伸到水里，刪除這些范圍的緩沖區(qū)，最后得到10個(gè)主要公園的緩沖區(qū)。最后疊置10個(gè)公園的緩沖區(qū)和地表溫度柵格數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)各個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)的平均溫度值，并計(jì)算公園內(nèi)部平均溫度與緩沖區(qū)內(nèi)平均溫度的差值。用緩沖區(qū)內(nèi)平均溫度和公園內(nèi)部平均溫度的差值來(lái)定量研究公園綠地對(duì)局部環(huán)境的冷源效應(yīng)。

不同的公園內(nèi)部地表溫度存在差異，但10個(gè)公園內(nèi)部的平均溫度低于緩沖區(qū)內(nèi)的溫度值。10個(gè)公園綠地緩沖區(qū)的地面溫度平均值均低于建成區(qū)的平均溫度，由此可見公園綠地和緩沖區(qū)內(nèi)的范圍共同構(gòu)成相對(duì)低溫的城市環(huán)境，更好的緩解了城市熱島效應(yīng)。

公園綠地外部的緩沖區(qū)內(nèi)，降溫最明顯的是迎澤公園，溫差達(dá)4.54 ℃。降溫效果最差的是星河灣公園，溫差為1.03 ℃。剩余幾個(gè)公園溫差都在2 ℃。

為量化分析公園綠地對(duì)周邊地區(qū)的降溫作用，對(duì)10個(gè)公園綠地的面積，周長(zhǎng)及形狀指數(shù)和平均溫差建立模型，進(jìn)行定量的回歸分析。

10個(gè)公園綠地面積、周長(zhǎng)與平均溫差呈明顯的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.562 2,0.673 2，公園綠地的復(fù)雜性與平均溫差呈負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為-0.413 5，在0.01水平上是顯著的?？梢?，公園的面積越大，周長(zhǎng)越長(zhǎng)，斑塊形狀越簡(jiǎn)單，對(duì)局部地區(qū)熱環(huán)境的緩解能力也就越大。

在GIS中將緩沖區(qū)矢量圖與地表溫度相疊加、裁剪，利用柵格計(jì)算器功能計(jì)算公園各緩沖環(huán)的地表平均溫度，把公園的距離L作為自變量，不同緩沖環(huán)內(nèi)地表溫度平均值與公園內(nèi)部平均溫度值差值T作為因變量進(jìn)行對(duì)數(shù)多項(xiàng)式擬合。隨著公園距離的增加，各個(gè)緩沖環(huán)內(nèi)地表平均溫度均隨之上升，當(dāng)上升到一定值后，又趨于平緩,這說明了公園綠地的冷源效應(yīng)。每個(gè)公園拐點(diǎn)不同，說明公園不同降溫距離也不同。

4　討論

4.1公園特征與內(nèi)部溫度

公園面積、周長(zhǎng)、形狀指數(shù)與內(nèi)部溫度關(guān)系的研究與馮悅怡等(2014)的研究基本一致[1]。

公園能夠降低溫度主要是由于公園中水體和植物的蒸騰作用，從而形成氣壓差使周圍溫度降低。研究表明，隨著公園面積的增加，內(nèi)部溫度會(huì)相應(yīng)的降低。但漪汾公園面積比南海子公園面積大很多，而內(nèi)部溫度相差不大。森林公園面積比迎澤公園的面積大很多，內(nèi)部溫度也相差不大。飲馬河公園的邊長(zhǎng)比南海子公園的小，溫度卻低。這說明公園內(nèi)部植物不同的配置也影響著溫度。面積擴(kuò)大，周長(zhǎng)也在增大，但形狀指數(shù)不得而知。三個(gè)變量可能存在互相作用的影響，我們應(yīng)對(duì)三個(gè)變量之間進(jìn)行偏相關(guān)分析，從而更準(zhǔn)確的反映它們與內(nèi)部溫度之間的關(guān)系。

公園中不同的配置可能對(duì)溫度的影響不同，星河灣公園的硬質(zhì)鋪裝少，所以降溫的強(qiáng)度也不大。然而，森林公園的面積與綠化面積也不算小，可是降溫不怎么變化，這表明當(dāng)綠化到達(dá)一定程度后，溫度就不會(huì)再變化。吳志能等(2014)對(duì)重慶市綠地夏季熱島效應(yīng)的研究表明不同公園，不同的綠地配置形式對(duì)溫度的影響不同。綠地的配置隨著郁閉度的增大而對(duì)溫度的影響程度增大[3]。陳朱(2011)對(duì)上海15個(gè)公園的研究表明在秋季公園中不同群落類型對(duì)溫度的影響也不同，其中喬灌草效果最好[4]。這表明我們應(yīng)該注意公園中不同的植物群落配置。公園中水體對(duì)溫度的影響也起著重要作用。馮悅怡等的研究表明水體的面積與溫度有顯著的相關(guān)性[1]。

公園中隨著時(shí)間的變化，降溫的效應(yīng)也不同。本文只研究了瞬時(shí)的溫度變化。隨著季節(jié)、晝夜的變化，影響溫度的程度也不同。

4.2公園特征的降溫效應(yīng)

面積越大，周長(zhǎng)越長(zhǎng)，斑塊形狀越簡(jiǎn)單，對(duì)應(yīng)的周圍局部地區(qū)熱環(huán)境的緩解能力也就越大。

以上研究表明，不同的公園綠地降溫差值也不一樣。溫度差值在4 ℃的公園是迎澤公園和龍?zhí)豆珗@，降溫效果最差的是星河灣公園只有1.03 ℃,該公園植物、水體比例挺高，鋪裝面積不大，對(duì)外部的降溫效果不好。迎澤公園的降溫大，鋪裝面積也很高，說明公園內(nèi)不同的景觀配置也影響著公園的降溫效應(yīng)。

公園景觀如何配置，對(duì)我們公園規(guī)劃具有重要的作用，這也是我們以后應(yīng)該研究的內(nèi)容。

公園的降溫距離從58.87 m到153.68 m,學(xué)府公園的降溫距離最遠(yuǎn)為153.68 m，最近的是星河灣公園58.87 m。各個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)溫差不一樣，星河灣公園每個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)的溫差都很小，而迎澤公園每個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)的溫差都大。這有可能與每個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)的地物狀況也有影響。KieronJ.Doick的研究表明公園的下風(fēng)向溫度低，說明風(fēng)向也是影響降溫效果的因素之一[5]。

4.3本研究的不足

本研究利用的是地表反演溫度，沒有結(jié)合空氣溫度以及人們的舒適度，并且公園緩沖區(qū)內(nèi)有可能受別的因素的影響。面積、周長(zhǎng)、形狀指數(shù)之間可能也存在互相影響，我們應(yīng)該進(jìn)行偏相關(guān)分析，消除互相影響的干擾。在未來(lái)的研究中應(yīng)該利用模擬軟件來(lái)驗(yàn)證研究的正確性。

[1]馮悅怡，胡潭高，張力小.城市公園景觀空間結(jié)構(gòu)對(duì)其熱環(huán)境效應(yīng)的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2014(12):3179-3187.

[2]藺銀鼎，梁鋒.城市灌木群落小氣候效應(yīng)的時(shí)空分布[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2007(3):313-317.

[3]吳志能.重慶市公園綠地夏季的熱島調(diào)控效應(yīng)[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2014(22):238-245.

[4]陳朱.面積與植物群落結(jié)構(gòu)對(duì)城市公園氣溫的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志,2011(11):2590-2596.

[5]Doick,K.J.,A.Peace， T.R.Hutchings.The role of one large greenspace in mitigating London’s nocturnal urban heat island[J].Science of The Total Environment,2014(493):662-671.

Discussion on the temperature effect of garden patch characteristics with Taiyuan city as an example

Wang FeiLi Xin

(ShanxiUniversityofAgriculture,Taigu030801,China)

Through extracting basis data of 12 parks in Taiyuan city, the paper analyzes the relationship between garden characteristics and internal temperature, explores garden green land cooling capability and maximum cooling scope, and finally draws some conclusions, which has laid a foundation for studying similar issues.

garden, cooling effect, average temperature, green land

1009-6825(2016)23-0203-02

2016-06-09

王斐(1989- )，男，在讀碩士

TU986.5

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