基于GIS 的城市綠地景觀格局與熱環(huán)境效應(yīng)分析
——以咸寧市中心城區(qū)為例

楊貝

（長江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢430100）

1 概述

城市化進(jìn)程對(duì)景觀格局的改造、城市下墊面不透水面面積的不斷擴(kuò)大及廢氣廢液等人為熱排放大量增加導(dǎo)致城市熱島效應(yīng)的加劇[1-2]。熱島效應(yīng)不僅影響城市正常氣候，還會(huì)威脅人們的健康[3]，因此分析其時(shí)空變化規(guī)律并提出有效解決方案是亟待解決的問題。

影響熱環(huán)境的因素眾多，景觀格局是城市熱環(huán)境形成的最核心因素[4]。有學(xué)者提出城市綠地演變空間分析的理論及其方法[5]，但大部分的研究只強(qiáng)調(diào)景觀之間總體的轉(zhuǎn)變率，對(duì)城市城郊區(qū)域綠色空間景觀格局演變的研究較少。劉艷紅等人利用流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)建立模型得出，城市綠地楔形布局氣流聯(lián)通性好，降溫效應(yīng)最強(qiáng),但并未分析最優(yōu)化的建設(shè)面積。本文采用陸地衛(wèi)星Landsat 系列的影像，能準(zhǔn)確同步地獲得城市地表溫度場，并具有較高時(shí)空分辨率, 成為目前國內(nèi)外研究人員開展城市熱環(huán)境變化研究的主要技術(shù)手段。

2 研究區(qū)域與方法

本文選取咸寧市咸安區(qū)為研究對(duì)象，位于湖北省東南部。據(jù)氣象站數(shù)據(jù)1960 年到2019 年咸寧市年平均氣溫和高溫日數(shù)均呈現(xiàn)明顯上升態(tài)勢且上升幅度較大，究其原因，除正常氣候變化外，主要是熱島效應(yīng)的影響，且影響范圍逐年擴(kuò)大，直接影響人們的生產(chǎn)活動(dòng)、生存環(huán)境與生活質(zhì)量。

3 結(jié)果與分析

3.1 城市地表溫度空間分布總體特征

本研究總體上將咸寧市中心城區(qū)的綠地劃分為天然綠地、人工綠地、半人工綠地以及水域綠地，通過計(jì)算得到這四種類型的綠地的面積以及平均溫度。由計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)可知天然綠地平均溫度最低為26.21℃，主要是面積很大，植被覆蓋率高。水域綠地相較天然綠地總體綠地覆蓋面積僅有0.0614km2，但其平均溫度與天然綠地相差不大，可以看出水域降溫效果顯著，為了研究綠地對(duì)溫度的影響且排除水域的干擾，后面就直接選取城區(qū)的人工型綠地和半人工型綠地進(jìn)行研究。

對(duì)于整個(gè)研究區(qū)而言，咸寧市中心城區(qū)的地表溫度范圍在24.00～36.00℃之間。高溫主要分布在中部植被覆蓋較少的工業(yè)及城鎮(zhèn)居民區(qū)域，而低溫則主要分布在郊區(qū)的天然綠地以及城市中的園林區(qū)，市區(qū)植被覆蓋度平均值比郊區(qū)少了0.11，而市區(qū)的平均溫度比郊區(qū)高出5℃，具有明顯的城市熱島效應(yīng)，因此在城市化進(jìn)程中，加大市區(qū)綠地建設(shè)尤為重要。

3.2 城市居民區(qū)綠地斑塊及緩沖區(qū)內(nèi)溫度分析

為了更進(jìn)一步研究城市中心綠地分布格局對(duì)城市溫度的影響，以便探究出如何對(duì)城市中綠地建設(shè)作出布局規(guī)劃才更有降溫效果，本論文選取26 個(gè)城市中人工型和半人工型綠地進(jìn)行斑塊的深入研究，按照斑塊面積大小將26 個(gè)斑塊劃分為五類，對(duì)這五類綠地斑塊計(jì)算其平均溫度，從計(jì)算結(jié)果可知面積在50平方千米的綠地斑塊數(shù)量最多，達(dá)到9 個(gè)，其總面積占比其平均溫度最高有31.69℃，面積占比最高，可是其溫度卻也是最高的，這就說明即使城市中有眾多小型的綠地斑塊，但是其在分布上并不合理，導(dǎo)致了城市化建設(shè)中雖然考慮到綠化問題，但是仍然沒考慮到綠地的合理布局而浪費(fèi)了城市中的土地資源卻達(dá)不到降溫效果。

我們將26 個(gè)綠地斑塊進(jìn)行每間隔50 米的緩沖區(qū)分析如圖1 所示，從綠地斑塊的緩沖區(qū)內(nèi)的溫度變化得到50-100m 以內(nèi)的緩沖區(qū)溫度與50m 以內(nèi)的緩沖區(qū)溫度平均差值0.41℃,100m-150m 以內(nèi)與50-100m 以內(nèi)為0.26℃,150-200m 以內(nèi)與100-150m 以內(nèi)為0.18℃。在50m 和50m-100m 的緩沖區(qū)范圍內(nèi)溫度差僅有3 個(gè)緩沖區(qū)平均溫度小于0℃，其中淦河公園有可能受到水的影響較強(qiáng)，所以在進(jìn)行緩沖區(qū)分析時(shí)排除此塊綠地的干擾，在其他的緩沖區(qū)中隨著距離的增加遠(yuǎn)離綠地斑塊的區(qū)域溫度明顯升高，平均每距離綠地斑塊50m 平均會(huì)升溫0.2℃，綠地對(duì)于周圍的區(qū)域的溫度起到了一定的調(diào)節(jié)作用，面積在0.2km2以上的綠地斑塊，對(duì)周邊100 m 范圍內(nèi)的建筑物具有明顯降溫效應(yīng)，降溫幅度在0.43-0.76℃之間，平均降溫幅度為0.72℃。所以在規(guī)劃城區(qū)綠地時(shí)盡量將其面積達(dá)到0.2km2以上效果最理想。

圖1 城區(qū)中心綠地斑塊及其緩沖區(qū)

3.3 研究區(qū)溫度影響因子相關(guān)性分析

通過對(duì)26 個(gè)城市綠地斑塊各指數(shù)相關(guān)性進(jìn)行分析可知，城市綠地對(duì)周邊降溫幅度受綠地斑塊的面積、周長、形狀指數(shù)以及植被覆蓋度的綜合作用，其中綠地面積和周長的影響較顯著，溫度與面積和周長呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系，其相關(guān)指數(shù)分別為0.899 和0.741。斑塊的形狀指數(shù)與溫度也存在一定的相關(guān)性，植被指數(shù)與溫度呈負(fù)相關(guān)。

4 結(jié)論

基于上文分析，城市綠地與城市熱島效應(yīng)的關(guān)系得出以下主要的結(jié)論：

4.1 城市熱島效應(yīng)受多種因素的共同作用，其中綠地景觀格局對(duì)降溫作用顯著。平均溫度郊區(qū)較城區(qū)低5℃。

4.2 綠地斑塊面積與地表平均溫度有顯著相關(guān)性，所以綠地斑塊面積在0.2km2以上能夠一定程度上使降溫效果達(dá)到最大化和最優(yōu)化，從而避免資源浪費(fèi)。

4.3 歸一化植被指數(shù)分析結(jié)果顯示，在城市綠地規(guī)劃中，考慮綠地斑塊的建設(shè)形狀，同時(shí)也要提高植被覆蓋度，這樣有利于降低溫度，達(dá)到充分利用好城市中的每一寸土地資源，構(gòu)建最舒適最美好的城市生態(tài)環(huán)境。