基于遙感數(shù)據(jù)的銀川市城市公園對(duì)城市熱環(huán)境降溫效應(yīng)分析

張曉東, 趙銀鑫, 馬風(fēng)華, 劉乃靜, 張 勇, 褚小東, 吳文忠

(寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院, 寧夏 銀川 750021)

快速的城市化進(jìn)程雖然極大地提高了人類生活質(zhì)量，但在該過程中城市景觀類型和格局改變劇烈，不透水面面積大幅增加，對(duì)區(qū)域生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)和氣候變化造成了很大影響，導(dǎo)致了城市熱島、大氣污染和生態(tài)失衡等諸多城市化環(huán)境問題[1-3]。其中，城市熱環(huán)境問題不僅影響人體舒適度，而且對(duì)城市的可持續(xù)發(fā)展提出了挑戰(zhàn)，已成為城市生態(tài)環(huán)境問題的重要內(nèi)容之一[4]。

城市公園作為城市重要的綠色景觀，不僅是居民休憩娛樂的場所，而且在改善城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、調(diào)節(jié)城市微氣候、凈化空氣、緩解城市熱島效應(yīng)等方面發(fā)揮著重要作用[5]。研究表明[6-8]城市公園中的綠地和水體景觀具有降溫增濕和調(diào)節(jié)局部小氣候的生態(tài)功能，能有效降低地表溫度，是緩解城市熱島效應(yīng)的重要途徑之一。

近年來，學(xué)者們對(duì)城市公園的熱環(huán)境效應(yīng)開展了大量的研究工作，主要利用遙感技術(shù)并引入景觀生態(tài)學(xué)方法定量分析公園的景觀結(jié)構(gòu)、空間分布特征、綠地垂直結(jié)構(gòu)以及綠地和水體比例等因子對(duì)其降溫效果的影響，而公園降溫范圍則采用緩沖區(qū)法進(jìn)行定量分析，定量確定公園對(duì)周邊溫度的影響大小和范圍[9-12]。

銀川市作為寧夏回族自治區(qū)首府，處于快速城市化進(jìn)程中，城市熱島效應(yīng)顯著[13-14]，緩解銀川市城市熱島效應(yīng)已成為銀川市城市建設(shè)中亟待解決的問題，而該地區(qū)城市公園景觀的熱環(huán)境效應(yīng)研究未見報(bào)道。因此，本文基于Landsat 8遙感影像反演銀川市城區(qū)地表溫度，選取銀川市城區(qū)17個(gè)公園為研究對(duì)象，擬通過景觀格局分析和緩沖區(qū)分析方法，定量研究銀川城市公園空間景觀結(jié)構(gòu)特征與城市熱環(huán)境效應(yīng)的響應(yīng)關(guān)系，以期為未來銀川市城市公園建設(shè)和城市生態(tài)環(huán)境規(guī)劃提供相關(guān)決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

銀川市作為西北地區(qū)重要的中心城市和中蒙俄、新亞歐大陸橋經(jīng)濟(jì)走廊核心城市，是西北城市化發(fā)展較為迅速的城市之一，氣候?qū)贉貛Т箨懶詺夂?，總輻射? 443.3～6 692.28 MJ/(m2·a)，全年日照總數(shù)2 800～3 000 h，年平均氣溫為8.5 ℃，最熱的7月月平均氣溫約23.9 ℃，月平均最高氣溫29.9 ℃，多年平均降水量約250 mm。近年來快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)使城市不透水面面積持續(xù)增加，熱島影響范圍不斷擴(kuò)大，城市熱島效應(yīng)愈發(fā)顯著。

研究銀川市城區(qū)公園綠地的降溫效應(yīng)，掌握其對(duì)城市熱島效應(yīng)減緩的變化規(guī)律，對(duì)改善城市熱環(huán)境具有重要意義。本文選取銀川市城區(qū)內(nèi)的如意湖公園、閱海公園、寧大湖公園、西夏公園、解放公園、森林公園、鳳凰公園、典農(nóng)河濱水景觀公園、海寶公園、中山公園、寶湖公園、七十二連湖、植物園、麗景湖公園、章子湖公園、三沙源中央公園、鳴翠湖國家濕地公園這17個(gè)公園作為研究對(duì)象。各個(gè)公園的其基本信息見表1。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)源及預(yù)處理

本研究主要使用的遙感數(shù)據(jù)源為2017年9月6日11時(shí)31分06秒的Landsat 8(OLI和TIRS)和2017年6月16日的GF2遙感影像數(shù)據(jù)。其中Landsat 8用于反演地表溫度，軌道號(hào)為129/33，影像質(zhì)量良好，無云和條帶，地面特征清晰；GF2用于城市公園信息提取。以上數(shù)據(jù)在ENVI 5.0中對(duì)其完成了幾何校正、重采樣、圖像裁剪等預(yù)處理，幾何校正均方根誤差(RMSE)控制在0.5像元內(nèi)。此外，選取地理空間數(shù)據(jù)云提供的與Landsat 8數(shù)據(jù)相同日期的MODIS地表溫度8 d合成產(chǎn)品作為地表溫度反演精度驗(yàn)證數(shù)據(jù)。

表1 銀川市城區(qū)內(nèi)17個(gè)公園基本信息

2.2 地表溫度反演

本文采用輻射傳輸方程法分別對(duì)Landsat 8的熱紅外波段進(jìn)行反演。熱紅外波段數(shù)據(jù)經(jīng)輻射定標(biāo)后，可根據(jù)Planck輻射函數(shù)計(jì)算得到地表亮度溫度，然后參考Barsi等[15]對(duì)Landsat 8波段10利用輻射傳輸方程反演地表溫度，主要反演參數(shù)如下：透射率τ10為0.91，大氣向上、向下輻射亮度分別為0.68，1.19 W/(m2·sr·μm)，地表比輻射率采用NDVI閾值法獲取，其計(jì)算公式為：

L10=gain·DN+bias

(1)

(2)

2.3 景觀格局指數(shù)選取與計(jì)算

城市公園景觀的空間結(jié)構(gòu)特征與其空間布局是影響公園“冷島效應(yīng)”的重要因素[11]。本文參考馮悅怡等[1]和阮俊杰[3]的研究成果和方法，結(jié)合銀川市城市公園景觀的特點(diǎn)，采用目視解譯法將研究區(qū)城市公園內(nèi)部土地覆蓋類型劃分為綠地(草地和林地)、水體和不透水面3大類型，從景觀構(gòu)成、斑塊形態(tài)特征和空間布局特征3個(gè)方面選取公園景觀面積、形狀指數(shù)、聚集度等10個(gè)公園景觀特征指標(biāo)(表2)，基于Fragstats 4.2平臺(tái)定量描述公園景觀鑲嵌體空間特征，探討公園結(jié)構(gòu)與其降溫效應(yīng)的關(guān)系，各個(gè)指標(biāo)的意義及具體測定和計(jì)算方法參閱Fragstats 4.2用戶指南及鄔建國[16]的研究。

表2 銀川市城市公園景觀特征指標(biāo)選擇

2.4 緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)分析是在空間地理要素(點(diǎn)、線、面)周圍根據(jù)緩沖半徑建立而形成的具有一定寬度范圍緩沖區(qū)(圓形、平行條帶多邊形或面狀多邊形)，是解決空間實(shí)體的鄰近度問題常用的空間分析工具之一，該方法可分析空間實(shí)體在周圍的影響區(qū)域[17]，廣泛應(yīng)用于交通、資源管理、城市規(guī)劃等領(lǐng)域。從數(shù)學(xué)角度看，緩沖區(qū)是給定空間對(duì)象或集合后獲得的他們的鄰域，鄰域的大小由鄰域的半徑或緩沖區(qū)建立條件來決定。因此，對(duì)于一個(gè)給定的對(duì)象A，它的緩沖區(qū)可以定義為：

P=〔x|d(x,A≤r)〕

(3)

式中：P為緩沖區(qū);A為地理要素;d一般是歐式距離,也可以是其他距離,其中r為鄰域半徑或緩沖半徑區(qū)建立的條件。

2.5 公園對(duì)周邊降溫模型

研究表明，公園對(duì)周邊熱環(huán)境的降溫效應(yīng)到一定范圍之后會(huì)逐漸減緩，地表溫度的變化趨于平穩(wěn)，此時(shí)公園的“冷島”效應(yīng)也逐漸消失[1,18-19]。本文采用蘇泳嫻等[18]的研究模型，利用三次多項(xiàng)式擬合公園邊界點(diǎn)溫差(ΔT)和距離(L)之間的關(guān)系，確定研究區(qū)17個(gè)公園對(duì)周邊熱環(huán)境的降溫范圍和幅度，其模型表達(dá)如下：

(4)

(5)

(6)

式中：a,b,c分別為三次多項(xiàng)式中三次項(xiàng)、二次項(xiàng)和一次項(xiàng)的擬合系數(shù)；Lmax和ΔTmax分別為公園對(duì)周邊影響的最大距離和最大溫差。

3 結(jié)果與分析

3.1 公園熱環(huán)境效應(yīng)的整體空間分布特征

利用公式(1)—(2)反演得到研究區(qū)2017年的地表溫度，采用張曉東等[20]的方法利用MODIS地表溫度產(chǎn)品對(duì)反演的地表溫度進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果顯示，Landsat 8反演得到的地表溫度和MODIS地表溫度產(chǎn)品的相關(guān)系數(shù)為0.73，結(jié)合2017年9月平均氣溫約20.3 ℃，表明反演的地表溫度可以較好的滿足本研究的需求。將城市公園和地表溫度進(jìn)行空間疊置分析并對(duì)公園的溫度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)公園內(nèi)部平均溫度為29.32 ℃，而公園500 m緩沖區(qū)范圍內(nèi)平均溫度約為33.37 ℃，城市公園“冷島”效應(yīng)顯著，且公園內(nèi)部平均溫度在空間上表現(xiàn)出一定的空間分布規(guī)律，即離城市熱島中心近的公園平均溫度明顯高于遠(yuǎn)離城市中心的公園，如章子湖公園和鳴翠湖國家濕地公園距城市中心較遠(yuǎn)，受熱島效應(yīng)影響也隨之減小，公園溫度也相對(duì)較低，尤其是鳴翠湖在17個(gè)公園中溫度最低僅為25.82 ℃。由此可見，空間位置是影響公園熱環(huán)境效應(yīng)的重要因素之一。

3.2 公園斑塊特征及熱環(huán)境效應(yīng)

公園景觀斑塊的空間格局特征直接影響其周邊熱環(huán)境變化程度，是城市公園規(guī)劃和設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，其與生態(tài)學(xué)過程的關(guān)系是景觀生態(tài)學(xué)研究的一個(gè)核心問題[21-22]。為定量研究銀川市城市公園斑塊空間格局對(duì)周圍熱環(huán)境的影響效應(yīng)，本研究以GF2遙感影像為基礎(chǔ)，提取研究區(qū)17個(gè)主要公園信息，引入景觀斑塊面積、周長和周長面積比3個(gè)斑塊特征指標(biāo)，并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。結(jié)果顯示，銀川市主要公園3個(gè)斑塊特征指標(biāo)差異明顯，整體斑塊特征差異較為顯著，其中閱海公園的面積和周長均為最大，解放公園的面積和周長均為最小，從邊界復(fù)雜性來看，解放公園的周長面積比最大，而鳴翠湖國家濕地公園的最小。

將公園景觀斑塊與城市熱環(huán)境進(jìn)行疊加分析，并分別采用多種函數(shù)(線性、對(duì)數(shù)、指數(shù)、乘冪等)對(duì)3個(gè)斑塊特征指標(biāo)與地表溫度進(jìn)行擬合(圖1)。結(jié)果表明，公園景觀內(nèi)部溫度與斑塊面積、周長均呈顯著負(fù)相關(guān)且對(duì)數(shù)函數(shù)擬合效果最好，相關(guān)系數(shù)分別為-0.806 5和-0.647 7；而與斑塊周長面積比呈顯著正相關(guān)且冪函數(shù)擬合效果最好，相關(guān)系數(shù)為0.854 2。具體來看，斑塊面積較大的閱海公園和鳴翠湖國家濕地公園溫度較低，分別為26.21 ℃和25.82 ℃；而面積較小的寧大湖公園、麗景湖公園、西夏公園以及解放公園溫度均高于30 ℃；閱海公園、七十二連湖和典農(nóng)河濱水景觀公園的斑塊周長較大，對(duì)應(yīng)公園溫度分別為26.21 ℃，29.75 ℃和29.02 ℃，而周長較小的西夏公園以及解放公園溫度達(dá)到了32 ℃以上；斑塊周長面積比較小的鳴翠湖國家濕地公園、章子湖公園和閱海公園的內(nèi)部溫度分別為25.82 ℃，27.22 ℃和26.21 ℃，而解放公園和西夏公園的斑塊周長面積比較大，對(duì)應(yīng)溫度分別為32.77 ℃和32.09 ℃。綜上所述，公園景觀的內(nèi)部溫度與斑塊面積和周長呈顯著負(fù)相關(guān)，公其溫度隨公園面積和周長斑塊的增加而降低，且隨著面積和周長的增加，公園內(nèi)部溫度下降趨勢(shì)趨于緩和；而與斑塊周長面積比呈顯著正相關(guān)，其溫度隨著周長面積比的增加而增加。

注：回歸方程均通過1%的顯著性檢驗(yàn)。

3.3 公園景觀特征對(duì)公園內(nèi)部熱環(huán)境的影響

研究表明，公園內(nèi)部景觀構(gòu)成是公園內(nèi)部溫度重要的影響因素。對(duì)17個(gè)公園內(nèi)部的綠地、水體和不透水面地表溫度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，3種地表覆蓋類型的地表平均溫度分別為29.95 ℃，27.53 ℃和31.95 ℃，水體溫度最低而不透水面溫度最高。為進(jìn)一步探討公園景觀構(gòu)成與地表溫度的關(guān)系，將17個(gè)公園內(nèi)部平均溫度與所選的10個(gè)公園景觀特征指標(biāo)進(jìn)行擬合分析(表3)，結(jié)果顯示：公園內(nèi)部平均溫度與綠地面積和水體面積顯著負(fù)相關(guān)且呈對(duì)數(shù)變化關(guān)系(圖2a,2b)，而與不透水面面積比例相關(guān)性并不明顯(圖2c)。此外，統(tǒng)計(jì)17個(gè)公園綠地、水體和不透水面的比例，結(jié)果表明當(dāng)水體面積比例超過50%，不透水面面積比例低于17%時(shí)，公園內(nèi)部平均溫度均低于30 ℃，如閱海公園和鳴翠湖國家濕地公園，說明公園綠地和水體面積越大，不透水面面積越小，對(duì)公園的降溫效果越好。進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)綠地和水體面積相對(duì)較小時(shí)，公園內(nèi)部溫度對(duì)二者的變化較為敏感，但隨著綠地和水體面積不斷增大，公園內(nèi)部溫度下降趨勢(shì)逐漸減緩。

表3 銀川市城市公園空間結(jié)構(gòu)特征與其平均溫度相關(guān)系數(shù)

從斑塊形態(tài)特征來看，公園平均溫度與公園景觀形狀指數(shù)、綠地景觀形狀指數(shù)和不透水面形狀指數(shù)顯著相關(guān)且呈指數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖2d,2e,2g)，與水體景觀形狀指數(shù)相關(guān)性不顯著(圖2f)，表明公園和綠地形狀越復(fù)雜，對(duì)公園的降溫效果越明顯，而水體的形狀則對(duì)公園的熱環(huán)境變化影響并不明顯。因此，增加公園斑塊和綠地斑塊形狀的復(fù)雜程度能夠一定程度上提高公園的降溫效果。景觀空間分布特征表明，水體聚集度指數(shù)與公園溫度呈顯著相關(guān)的指數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖2i)，聚集度指數(shù)越高，水體分布越集中，公園平均溫度越低；而綠地和不透水面聚集度指數(shù)與公園溫度相關(guān)性并不顯著(圖2g和圖2j)。由此可見，公園內(nèi)部擴(kuò)大綠地和水體面積，適當(dāng)增加公園、綠地和不透水面的復(fù)雜度，設(shè)置集中成片的水體有助于降低其溫度。

3.4 公園的降溫影響范圍和幅度

為定量確定公園的降溫影響范圍和幅度，以50 m為緩沖半徑對(duì)17個(gè)公園構(gòu)建緩沖區(qū)，并以緩沖環(huán)離公園的距離(L)為自變量，以緩沖環(huán)內(nèi)溫差(ΔT)為因變量，采用三次多項(xiàng)式對(duì)各個(gè)公園進(jìn)行擬合分析，建立公園降溫影響范圍和幅度模型，利用公式(5)和公式(6)計(jì)算出各公園對(duì)周邊降溫影響的最大溫差距離最大距離(表4，圖3)。研究結(jié)果表明： ①17個(gè)公園的擬合三次多項(xiàng)式擬合程度較高，R2均大于0.8； ②公園周邊溫度在到達(dá)最大影響距離之前，均呈上升趨勢(shì)，隨后溫度逐漸趨于穩(wěn)定，雖然仍在較小范圍內(nèi)波動(dòng)，但該波動(dòng)是由于周邊地表覆蓋類型變化等其他因素導(dǎo)致，整體上依然可以認(rèn)為是近似于代表常數(shù)的水平直線[18-19]； ③所選公園的最大降溫影響距離主要分布在200—300 m范圍，其中典農(nóng)河濱水景觀公園和西夏公園的最大降溫影響距離相對(duì)較小，均小于200 m，而鳳凰公園的最大降溫影響范圍最大，約為385.02 m；從最大溫差來看，章子湖公園最大，約為7.58 ℃，而鳴翠湖國家濕地公園最小，僅為3.38 ℃。整體來看，公園對(duì)內(nèi)部及周邊100 m區(qū)域范圍內(nèi)降溫效果最為明顯。

圖2 銀川市城市公園景觀特征指標(biāo)與公園內(nèi)平均溫度關(guān)系

表4 銀川市城市公園周邊溫差(ΔT)與距離(L)三次多項(xiàng)式擬合結(jié)果

圖3 銀川市城市內(nèi)部分公園ΔT與L曲線擬合特征

3.5 典型公園水域景觀熱環(huán)境效應(yīng)

水域景觀作為城市公園的重要組成部分，因其具有較大的熱慣性和熱容量值、較低的熱傳導(dǎo)和熱輻射率，能有效緩解城市熱島效應(yīng)，不同程度地降低水域周邊地表溫度，是城市熱環(huán)境中的“冷島”[23]。本文選取研究區(qū)內(nèi)面積較大的閱海公園、海寶公園、七十二連湖、鳴翠湖國家濕地公園的4個(gè)面狀水域景觀以及典農(nóng)河濱水景觀公園和唐徠渠2個(gè)線狀水域景觀為研究對(duì)象，對(duì)水域斑塊對(duì)應(yīng)的地表溫度進(jìn)行空間統(tǒng)計(jì)分析，探討不同景觀類型水域?qū)ζ渲車鸁岘h(huán)境緩解程度。

3.5.1 典型面狀水域的熱環(huán)境效應(yīng)分析 由表5可知，面狀水域景觀面積、形態(tài)和空間位置雖然各不相同，但水域平均溫度卻相差不大，說明當(dāng)面狀水域面積達(dá)到一定水平，水體的輻射溫度會(huì)保持相對(duì)穩(wěn)定。對(duì)4個(gè)景觀水域做半徑為500 m的緩沖區(qū)，統(tǒng)計(jì)該區(qū)域內(nèi)的平均溫度，發(fā)現(xiàn)水域的平均溫度均明顯低于對(duì)應(yīng)景觀水域緩沖區(qū)范圍內(nèi)的平均溫度。如市區(qū)的閱海公園，其水體溫度比所在區(qū)域500 m范圍內(nèi)的平均溫度低了約6.31 ℃，而鳴翠湖國家濕地公園雖地處郊區(qū)，其水體也比其所在緩沖區(qū)區(qū)域低2.95 ℃。

表5 銀川市城市典型公園水域斑塊特征與對(duì)應(yīng)溫度

為進(jìn)一步研究面狀水域景觀隨水體距離增加周圍熱環(huán)境的變化情況，以50 m為半徑利用緩沖區(qū)分析法構(gòu)建水體外圍6個(gè)緩沖區(qū)，并基于GF2數(shù)據(jù)目視解譯緩沖區(qū)內(nèi)的綠地、水體和不透水面3類土地覆蓋狀況，統(tǒng)計(jì)6個(gè)緩沖環(huán)內(nèi)不透水面面積比例(圖4，表6)。結(jié)果顯示，隨著緩沖區(qū)半徑的增加，各個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)不透水面面積比例不斷增加，對(duì)應(yīng)的地表平均溫度整體呈上升趨勢(shì)。如閱海公園水域，其水體溫度約為24.17 ℃，緩沖區(qū)1內(nèi)植被覆蓋面積達(dá)79.12%，不透水面面積比例僅為6.1%，該區(qū)域內(nèi)地表平均溫度為25.22 ℃，隨著緩沖距離的增加，緩沖區(qū)2至緩沖區(qū)5內(nèi)不透水面比例從34.68%上升到43.14%，對(duì)應(yīng)區(qū)域的地表溫度也升高了2.58 ℃，而緩沖區(qū)6內(nèi)不透水面面積比例較緩沖區(qū)5有所下降，對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)地表平均溫度也略有降低。此外，對(duì)比4個(gè)公園的水域及緩沖區(qū)溫度可以發(fā)現(xiàn)，鳴翠湖國家濕地公園的緩沖區(qū)溫度明顯低于其他3個(gè)公園，從緩沖區(qū)2到緩沖區(qū)6，地表溫度最大差值僅為0.76 ℃，究其原因主要為閱海公園、海寶公園和七十二連湖位于城區(qū)，而鳴翠湖國家濕地公園地處郊區(qū)，周邊不透水面較少，植被覆蓋度高，緩沖區(qū)內(nèi)地表溫度相對(duì)穩(wěn)定，水體對(duì)臨近區(qū)域熱環(huán)境的緩解作用明顯。由此可見，面狀水域能夠有效降低水域周邊地表溫度，水域面積、所處位置和水域周圍區(qū)域的下墊面類型是降溫效果的重要影響因素。

圖4 銀川市典型公園水域緩沖區(qū)地表覆蓋結(jié)構(gòu)空間分布

表6 銀川市城區(qū)典型公園水域緩沖區(qū)不透水面比例及均溫

3.5.2 典型線狀水域的熱環(huán)境效應(yīng)分析 線狀水域作為生態(tài)景觀廊道的重要表現(xiàn)形式之一，是物質(zhì)、信息和能量傳播的重要通道，能有效調(diào)節(jié)城市熱島中心和外圍熱量交換，對(duì)改善城市熱環(huán)境也具有重要意義。對(duì)典農(nóng)河和唐徠渠2條河流廊道構(gòu)建0—50 m緩沖區(qū)(1)，50—100 m緩沖區(qū)(2)2個(gè)緩沖區(qū)，通過空間統(tǒng)計(jì)分析得到其緩沖區(qū)內(nèi)的地表溫度(表7)。結(jié)果顯示，典農(nóng)河雖處城市熱島中心，但由于其河面相對(duì)較寬，水面平均溫度比唐徠渠低約2.7 ℃，水面溫度標(biāo)準(zhǔn)差比唐徠渠小0.75，表明典農(nóng)河河流廊道內(nèi)部溫度相對(duì)較為穩(wěn)定，變化較小。從緩沖區(qū)熱環(huán)境變化來看，典農(nóng)河緩沖區(qū)1和緩沖區(qū)2范圍內(nèi)的平均地表溫度分別比唐徠渠相應(yīng)區(qū)域分別低2.07 ℃和1.09 ℃，唐徠渠雖流經(jīng)整個(gè)研究區(qū)，但其寬度僅為24 m，對(duì)周邊的降溫效果并不明顯。

綜合對(duì)比分析表5—7發(fā)現(xiàn)，面狀水域的水域溫度明顯低于線狀水域廊道，雖然典農(nóng)河和唐徠渠水域面積遠(yuǎn)大于海寶公園，但其平均溫度仍高于后者，閱海公園、七十二連湖和鳴翠湖國家濕地公園的水域溫度更是低于線狀水域的溫度，且面狀水域緩沖區(qū)1內(nèi)的地表平均溫度明顯低于線狀水域。由此可見，面狀水域比線狀水域?qū)Τ鞘袩釐u效應(yīng)具有更好的降溫效果。

表7 銀川市城區(qū)典型河流水域緩沖區(qū)內(nèi)熱環(huán)境溫度統(tǒng)計(jì)

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

城市化的快速推進(jìn)導(dǎo)致城市人口不斷增長，城區(qū)土地利用類型發(fā)生劇烈變化，從而使城市熱環(huán)境發(fā)生了很大變化。城市熱環(huán)境的降溫效應(yīng)受植被覆蓋度、植物群落組成、水域面積、周邊環(huán)境中的熱源狀況、人類活動(dòng)等多種因素影響，而城市公園作為城市降溫的重要方式之一，對(duì)維持城市溫度的穩(wěn)定，提升城市人居舒適程度具有重要作用。本研究得出公園內(nèi)部溫度與面積、周長呈顯著負(fù)相關(guān)，而與周長面積比呈顯著正相關(guān)的結(jié)論，表明公園的熱環(huán)境與其面積、周長和形狀息息相關(guān)，與徐麗華等[7]對(duì)上海市城市公園景觀熱環(huán)境效應(yīng)的研究結(jié)果較為一致。公園空間結(jié)構(gòu)特征表明，公園內(nèi)部溫度與綠地面積(AG)和水體面積(Aw)顯著負(fù)相關(guān)，AG和Aw面積越大，公園內(nèi)冷島效應(yīng)越明顯，然而隨著二者的不斷增大，公園內(nèi)溫度的下降趨勢(shì)趨于緩和；此外，降溫效應(yīng)與公園景觀形狀指數(shù)(LSI)，綠地景觀形狀指數(shù)(LSIG)，水體景觀形狀指數(shù)(LSIB)以及水體聚集度(AIW)顯著負(fù)相關(guān)，公園內(nèi)部擴(kuò)大綠地和水體面積，適當(dāng)增加公園、綠地和不透水面的復(fù)雜度，設(shè)置集中成片的水體有助于降低其溫度。本文進(jìn)一步綜合分析了公園對(duì)周邊降溫影響范圍和幅度，公園外溫度隨著距離增加而不斷上升，然后逐漸趨于平穩(wěn)，溫度與距離的變化趨勢(shì)利用三次多項(xiàng)式擬合具有較好的擬合度，最大降溫影響距離主要分布在200—300 m之間，公園對(duì)內(nèi)部及周邊100 m區(qū)域范圍內(nèi)降溫效果最為明顯。

需要說明的是，研究中采用的Landsa 8遙感數(shù)據(jù)，由于熱紅外波段分辨率相對(duì)較低，且地表溫度對(duì)城市地表覆蓋物極為敏感，與氣溫有一定差異，對(duì)地表溫度反演結(jié)果精度有一定影響，后續(xù)的研究中應(yīng)充分利用氣象數(shù)據(jù)對(duì)其校正；此外，所選的17個(gè)代表性公園數(shù)量略顯偏少，在以后的進(jìn)一步研究中應(yīng)增加公園樣本數(shù)量以便獲得更加精確的結(jié)果。

4.2 結(jié) 論

本文以銀川市城區(qū)17個(gè)公園為研究對(duì)象，基于Landsat 8數(shù)據(jù)反演銀川市城區(qū)的地表溫度，利用景觀格局和緩沖區(qū)分析方法，掌握公園熱環(huán)境效應(yīng)的整體空間分布特征，重點(diǎn)分析了城市公園斑塊特征和景觀空間結(jié)構(gòu)特征對(duì)其內(nèi)部熱環(huán)境的影響以及公園對(duì)周邊降溫影響范圍和幅度，初步探討了典型公園水域景觀熱環(huán)境效應(yīng)。

(1) 17個(gè)公園景觀整體斑塊特征差異較為顯著，公園內(nèi)部溫度與面積、周長呈顯著負(fù)相關(guān)，而與周長面積比呈顯著正相關(guān)。

(2) 公園內(nèi)部溫度與公園景觀構(gòu)成關(guān)系密切，降溫效應(yīng)與綠地和水體面積顯著負(fù)相關(guān)；斑塊形態(tài)特征和景觀空間分布特征也是其重要的影響因素，公園“冷島”效應(yīng)與公園景觀形狀指數(shù)、綠地景觀形狀指數(shù)、不透水面形狀指數(shù)以及水體聚集度指數(shù)顯著負(fù)相關(guān)。

(3) 17個(gè)公園景觀對(duì)周邊熱環(huán)境降溫效果較為明顯，建立公園周邊降溫影響范圍和幅度模型，擬合結(jié)果顯示，公園周邊溫度隨距離的增加而升高并趨于穩(wěn)定，所選公園最大降溫影響距離主要分布在200—300 m之間，總體上公園對(duì)內(nèi)部及周邊100 m區(qū)域范圍內(nèi)降溫效果最為明顯。降溫溫差章子湖公園最大，約為7.58 ℃，而鳴翠湖國家濕地公園最小，僅為3.38 ℃。

(4) 面狀水域能夠有效降低水域周邊地表溫度，水域面積、所處位置和水域周圍區(qū)域的下墊面類型是降溫效果的重要影響因素，面狀水域比線狀水域?qū)Τ鞘袩釐u效應(yīng)具有更好的降溫效果。

城市公園由草地、林地、河流以及湖泊等要素組成，不僅僅是休閑和游憩的場所，而且已成為緩解城市熱島效應(yīng)的重要途徑之一，景觀構(gòu)成、斑塊形態(tài)和景觀空間分布特征是影響城市公園降溫效果的重要因素。因此，在城市公園規(guī)劃和設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)其綜合權(quán)衡并重點(diǎn)考慮公園綠地和水體的面積，適當(dāng)增加公園、綠地和不透水面的復(fù)雜度以及水體的聚集度，將有助于更好的發(fā)揮城市公園對(duì)城市熱環(huán)境的降溫效應(yīng)。