基于綠化指標(biāo)的城市綠地降溫效應(yīng)研究進(jìn)展

周宏軒， 炎欣燁， 李童欣， 孫婧

(中國礦業(yè)大學(xué)建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院， 徐州 221116)

以溫暖化為主要特征的全球氣候變化問題是21世紀(jì)人類社會面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，土地利用變化所導(dǎo)致的溫室氣體排放是引起全球變暖的主要原因之一。城市是地球表面土地利用改變最劇烈的地區(qū)[1-3]：城市的擴(kuò)張導(dǎo)致下墊面性質(zhì)發(fā)生變化，瀝青、混凝土等硬化地表取代了自然植被，并直接接受太陽輻射，導(dǎo)致地表升溫劇烈，使室外熱環(huán)境惡化[4]，嚴(yán)重危害人類生命健康[5-6]。因此，改善因高溫而惡化的室外熱環(huán)境，提升人居環(huán)境質(zhì)量是重要的研究議題[7]。

研究表明，植被可以通過蒸騰作用消耗城市中的儲熱，并通過遮陰阻止太陽輻射及來自建筑、地面等相鄰物體的熱輻射，從而產(chǎn)生降溫的生態(tài)效益[8]。當(dāng)增至一定規(guī)模時(shí)，可顯著改善周圍熱環(huán)境，緩解城市熱島效應(yīng)[9]。增加城市綠化是改善室外熱環(huán)境的有效手段[10]，但是不顧成本地大面積建造綠地種植植物并不現(xiàn)實(shí)。并且，以當(dāng)前的研究成果來看，綠地降溫程度具有一定的上限，即當(dāng)綠化數(shù)量超過一定界限時(shí)，降溫效果的增幅將不再會隨植被數(shù)量的增加而顯著增加[11-12]。因此，若以精準(zhǔn)調(diào)控室外熱環(huán)境的目的來規(guī)劃綠地建設(shè)，以合適的綠化數(shù)量來指導(dǎo)綠地規(guī)劃是較為科學(xué)的手段。在室外熱環(huán)境亟須改善的當(dāng)下，如何量化綠地對室外熱環(huán)境的影響勢必成為未來研究的重點(diǎn)。

現(xiàn)對在二維層面反映綠地綠化數(shù)量的綠地面積、綠化覆蓋率、綠地率和喬木覆蓋率的二維指標(biāo)和在三維空間結(jié)構(gòu)層面表征綠地植被數(shù)量的指標(biāo)——三維綠量，以及在一定程度上反映植被覆蓋特征的天空可視度(sky view factor，SVF)[13]共6種指標(biāo)量化綠地降溫增濕效益的研究中，總結(jié)歸納各指標(biāo)的特點(diǎn)及局限性，并對精準(zhǔn)量化綠地降溫效應(yīng)研究方法提出展望。

1 綠化指標(biāo)的區(qū)別

綠地率、綠化覆蓋率以及喬木覆蓋率均表征區(qū)域內(nèi)的植被占比。三者區(qū)別在于綠地率屬于經(jīng)濟(jì)技術(shù)型指標(biāo)；綠化覆蓋率則偏向于反映綠化實(shí)際占比情況，并可反映綠地時(shí)間上的變化特征；喬木覆蓋率在綠化覆蓋率的基礎(chǔ)上，單獨(dú)表征對熱環(huán)境影響較大的喬木的覆蓋率，突出喬木的影響作用。綠地面積則不強(qiáng)調(diào)綠地的占比，而是關(guān)注綠地本身的尺度大小對周圍熱環(huán)境的影響作用，在相關(guān)研究中也較少涉及周圍環(huán)境因子的影響。以上4種指標(biāo)因在水平空間反映綠地植被特征，故均屬于二維綠化指標(biāo)。三維綠量，是在三維空間表征植被的空間體積，相較于二維指標(biāo)在平面上的表征方式，三維綠量能更好地區(qū)分喬木、灌木和草地的生物量差異，能夠更加直觀地體現(xiàn)綠地植被的生態(tài)效益潛力。天空可視度則是在特定位置垂直方向上的對天空遮擋程度，傾向于表達(dá)特定位置接收太陽輻射的能力。以上各綠化指標(biāo)在對綠地的表征和概況上都有各自的特點(diǎn)，在相關(guān)研究中，采用不同指標(biāo)的量化研究也都有其側(cè)重。基于此，對各綠化指標(biāo)分開論述。

2 基于二維綠化指標(biāo)的降溫效應(yīng)

2.1 綠地面積

綠地對室外熱環(huán)境具有明顯的調(diào)節(jié)作用，綠地面積的大小對綠地降溫程度與降溫覆蓋范圍具有顯著的影響[14]，面積較大的綠地斑塊內(nèi)部溫度更低[15]。在夏季的白天，面積為0.002～0.01 km2的綠地可以使氣溫平均降低1.43 ℃，濕度增加3.49%，且隨著綠地面積的增加，降溫增濕效果會更加明顯[16]。也有研究發(fā)現(xiàn)綠地面積為0.03 km2時(shí)就已有明顯的降溫效果，面積為0.05 km2時(shí)候降溫效果更加明顯且穩(wěn)定[17]。有研究認(rèn)為，當(dāng)綠地面積達(dá)到1.3 km2時(shí)的降溫效果最好，綠地面積與其內(nèi)部氣溫和地表溫度均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[18]。

有關(guān)綠地面積與降溫效率的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，綠地面積無論如何增加，其降溫效應(yīng)對周圍的影響都會限制在一定范圍內(nèi)[19]。在廣州市的研究發(fā)現(xiàn)，小于21.35 km2的綠地地表溫度隨面積增加而減小，之后其降溫幅度逐漸減弱[20]。在鄭州市，當(dāng)綠地面積超過2.9 km2時(shí)，其降溫覆蓋范圍趨于平緩，并認(rèn)為2.9 km2是綠地發(fā)揮降溫效益對周圍環(huán)境影響的最優(yōu)值[21]。

對于這一現(xiàn)象，Yu等[22]根據(jù)綠地面積與降溫效率的關(guān)系，在經(jīng)濟(jì)學(xué)中“邊際效用遞減定律”的基礎(chǔ)上提出了效率閾值(threshold value of efficiency，TVoE)。TVoE指的是綠地面積達(dá)到該點(diǎn)之前，擴(kuò)大綠地斑塊面積能夠顯著增強(qiáng)綠地降溫程度，當(dāng)面積達(dá)到并超過TVoE時(shí)，繼續(xù)增加面積只會對降溫強(qiáng)度有較小的改善，從成本效益角度來看，TVoE是城市中綠地最佳斑塊大小[12]。例如：福州市綠地斑塊的TVoE為4.55 ha[22]；亞洲的7個(gè)濕熱城市在植被覆蓋豐富的情況下單個(gè)斑塊的TVoE為0.92～0.96 ha[11]；在南京市，低核建筑密度和高核建筑密度的社區(qū)綠地斑塊的最佳大小為0.384 ha和0.848 ha，當(dāng)社區(qū)綠地面積達(dá)到這一閾值時(shí)可以使綠地面積與降溫效率達(dá)到平衡[23]。

但是，有關(guān)綠地面積量化綠地降溫效應(yīng)所得研究結(jié)論并非都能達(dá)成一致，在綿陽市的研究中得出綠地的降溫程度、降溫覆蓋范圍與綠地面積無顯著相關(guān)性，而與綠地內(nèi)的植被覆蓋程度有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系[24]。綠地內(nèi)植被覆蓋程度對降溫效應(yīng)的影響非常顯著[19]，即使面積為0.002 4 km2的小型綠地，其綠化覆蓋率達(dá)到96.5%時(shí)，也可以具有明顯的降溫效果，其中心氣溫比周圍街道低5.5～6.2 ℃。還有研究認(rèn)為綠地內(nèi)部溫度主要受三維綠量的影響，而與綠地面積無關(guān)，應(yīng)保證綠地面積的同時(shí)優(yōu)化綠地內(nèi)部植被數(shù)量與結(jié)構(gòu)[25]。

總而言之，綠地的降溫效應(yīng)受綠地面積的影響，并且與綠地面積存在一定的相關(guān)關(guān)系，此方法主要適用于城市尺度綠地降溫效應(yīng)研究。而在較小范圍尺度的研究中，綠地內(nèi)部植被種類多樣，種植方式與植被垂直分布等因素均會對降溫效應(yīng)產(chǎn)生一定的影響。而綠地面積指標(biāo)未能清晰反映綠地內(nèi)部實(shí)際植物生物量等其他因素，因此在某些特殊情況下仍會產(chǎn)生一定的誤差。

2.2 綠化覆蓋率

綠化覆蓋率是影響室外熱環(huán)境的重要影響因子[26]。兩項(xiàng)中觀尺度的研究通過數(shù)值模擬的手段將綠化覆蓋率降低至0時(shí)，其中一項(xiàng)研究表明樣區(qū)內(nèi)氣溫顯著升高，行人高度的高溫面積比實(shí)際方案增加最大可達(dá)10%[27]；另一項(xiàng)研究得出整個(gè)研究區(qū)內(nèi)氣溫≥36 ℃的區(qū)域增加34%，行人高度氣溫平均增加1～1.2 ℃[28]。即綠化覆蓋率處于0時(shí)，場地內(nèi)熱環(huán)境明顯惡化。當(dāng)綠化覆蓋率為100%時(shí)，與沒有植物覆蓋的區(qū)域相比，平均氣溫降低0.4 ℃，并且植被的降溫效果與城市背景氣候有緊密的聯(lián)系[29]。

在氣溫方面，越南河內(nèi)進(jìn)行的研究表明，當(dāng)綠化覆蓋率分別增加10%和30%時(shí)，平均氣溫分別降低0.2 ℃和0.5 ℃[30]；在上海市的研究得出綠化率每增加10%，氣溫相應(yīng)下降0.16～0.42 ℃[31]。在地表溫度方面，青海省西寧市主城區(qū)綠化覆蓋率每增加10%，地表溫度下降1.23 ℃[32]；在江蘇省，綠化覆蓋率每增加10%，地表溫度下降1.41 ℃[33]。綠化覆蓋率與降溫效應(yīng)的相關(guān)研究在各省市均有進(jìn)行，但受不同區(qū)位背景氣候影響，所得量化結(jié)果有較大區(qū)別。

在具有相同氣候背景環(huán)境下的研究中，有兩項(xiàng)研究分別采用2010年和2013年上海市徐匯區(qū)與閔行區(qū)附近的多個(gè)居住小區(qū)的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，研究得出所測區(qū)域內(nèi)平均氣溫處于35 ℃時(shí)，綠化覆蓋率每增加10%，降溫幅度分別為0.15 ℃和0.36 ℃[34-35]，可能受技術(shù)手段影響，所得結(jié)果具有稍許誤差。

有關(guān)綠化覆蓋率量化綠地降溫效應(yīng)的大多數(shù)研究主要采用實(shí)地測量、遙感反演或數(shù)值模擬的手段。且前關(guān)注點(diǎn)較多集中于住宅環(huán)境，此類空間尺度較小，綠地內(nèi)部植被種類和空間排布方式等綠化特征具有較高的相似性。

而針對植被差異較大的綠地，有研究采用數(shù)值模擬的方法，將兩塊相同的樣地的綠化覆蓋率統(tǒng)一調(diào)整至56%，其中有喬木的方案可將氣溫降低1.8 ℃，沒有喬木的方案降溫效果并不顯著[36]。同樣的前提條件下，樣地內(nèi)的植被全部替換為草地或者灌木后所產(chǎn)生的最大降溫效果低于全部為喬木的方案[37]。

綜上所述，采用綠化覆蓋率量化綠地降溫效應(yīng)，在宏觀尺度城市綠地或中觀尺居住區(qū)度范圍的量化研究中，可以取得較好的結(jié)果。在較大的范圍研究中，植被屬性差異性被均化，而隨著研究范圍逐漸縮小，綠地內(nèi)植被屬性差異被放大，在特定植被種類環(huán)境下，導(dǎo)致采用綠化覆蓋率量化可能會出現(xiàn)誤差。

2.3 綠地率

綠地率是城市規(guī)劃中重要的綠地指標(biāo)，綠地率的提升可以有效提高植物綠量，并影響周圍熱環(huán)境。研究發(fā)現(xiàn)，在無綠化的基礎(chǔ)上增加至40%的綠地率能夠使氣溫降低11%[38]。有學(xué)者通過熱紅外遙感數(shù)據(jù)結(jié)合地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)等技術(shù)對杭州市進(jìn)行研究并得出，在2～5 km2控規(guī)單元尺度上，綠地率與地表溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系：綠地率平均每增加1%，地表溫度降低0.225 ℃，并且綠地率在30%能夠顯著降低地表溫度[39]。

在綠地率相同的情況下，綠地分布情況對熱環(huán)境也有顯著影響，分散型的綠地比集中型的綠地對熱環(huán)境有更好的調(diào)控能力[40]。而在居住區(qū)內(nèi)，表征建筑特征的容積率和建筑密度對氣溫的影響大于綠地率；并且不同類型的植被對氣溫的影響具有較大差異[41]，研究證明，當(dāng)喬木覆蓋率處于同一水平時(shí)，隨著綠地率繼續(xù)提升，綠地的降溫效果并沒有隨之增加[42]，有研究肯定了這一觀點(diǎn)，并指出喬木覆蓋率比綠地率能夠更好地表達(dá)植被的投影面積以及區(qū)分喬、灌、草對熱環(huán)境的作用差異[43]。

理論上講，提升綠地率可以為植被種植提供更多的空間，從而增加一定范圍內(nèi)植物生物總量，但這種增加模式并不夠明確，綠地內(nèi)植被種類與垂直層次結(jié)構(gòu)均無法清晰表達(dá)，也有研究證明，提升綠化覆蓋率比增加綠地率對熱環(huán)境的改善更明顯[44]。

并且，綠地率屬于經(jīng)濟(jì)技術(shù)型指標(biāo)，在建設(shè)中有規(guī)定不同用地類型所對應(yīng)綠地率的標(biāo)準(zhǔn)要求，而在實(shí)際建設(shè)中，并未明確要求綠地內(nèi)植被數(shù)量或種類，因此采用綠地率指標(biāo)進(jìn)行量化可能會導(dǎo)致一定的誤差。雖然在城市規(guī)劃中明確了綠地率的基本要求，但僅通過綠地率仍然難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)降溫[42]。

因此，綠地率較為適用于對不同用地類型的最低綠地?cái)?shù)量要求制定，根據(jù)綠化降溫效益制定相對用地的最低綠地率，保證達(dá)到以植被降溫為設(shè)計(jì)目標(biāo)的不同用地類型所需要的綠化空間。

2.4 喬木覆蓋率

已有研究證明，在綠地生態(tài)系統(tǒng)中，喬木是影響綠地降溫效果的重要影響因子，喬木對室外熱環(huán)境的影響作用強(qiáng)于灌木與草地[42-43,45]。例如，以廣州老舊校區(qū)為對象的研究中，利用數(shù)值模擬的方法，在ENVI-met模型中將灌木去除后，與現(xiàn)狀比較發(fā)現(xiàn)氣溫平均升高0.1 ℃，而去除喬木后平均氣溫升高0.4 ℃[46]。當(dāng)喬木覆蓋率達(dá)到50%時(shí)，其降溫效果相當(dāng)于30%喬木覆蓋率與70%草地覆蓋率的降溫效果之和[47]。

在量化喬木覆蓋率降溫效應(yīng)研究中，在18.4%的喬木覆蓋率的基礎(chǔ)上，建立3種模擬方案，每一種方案分別遞增10%的喬木覆蓋率，氣溫分別降低0.05、0.10、0.22 ℃，增加喬木可以阻擋更多的太陽輻射，可以顯著降低氣溫[48]。此外，在上海市的研究得出每增加10%的喬木覆蓋率，可以降低區(qū)域溫度1.03 ℃[49]。相較于每增加10%綠化覆蓋率可降溫0.15～0.42 ℃[31,34-35]。當(dāng)喬木覆蓋率增加至50%后，繼續(xù)增加喬木覆蓋率并不能夠產(chǎn)生與之前相同比例的降溫效益，即可能存在一定的閾值范圍[50]。通過增加喬木覆蓋率以達(dá)到降溫的目的是較為高效的途徑，但還需進(jìn)一步明確其閾值范圍，合理控制降溫費(fèi)效比。

同時(shí)，綠地內(nèi)喬木種類差異也是影響降溫效應(yīng)的重要因素之一。闊葉喬木對溫度降低作用最大，其次是闊葉喬木與針葉喬木組合，針葉喬木的降溫幅度相較于前兩者最小[51]。落葉喬木的降溫效果強(qiáng)于常綠喬木[52]，原因在于不同種類喬木的葉片大小、形狀、厚度、氣孔導(dǎo)度等物理屬性具有差異，導(dǎo)致其對太陽輻射的遮擋程度以及蒸騰速率不同[53]。較為復(fù)雜的是，較厚的葉片對太陽輻射的阻隔作用更強(qiáng)，但這類植物的樹冠密度通常較低，反而減弱了對太陽輻射的阻隔效果。相對的，葉片薄且小的植物具有更高的蒸騰效率，對氣溫調(diào)節(jié)的貢獻(xiàn)更大[54]。

總之，在較小的空間范圍內(nèi)，不同綠地內(nèi)植被種類和屬性具有差別，所產(chǎn)生降溫效果差異也被放大。喬木對比于灌木和草地，在一般情況下，其在單株形態(tài)上具有較大的差異，喬木的絕對生物數(shù)量遠(yuǎn)大于灌木與草地，因此產(chǎn)生的降溫效應(yīng)最為顯著，在調(diào)控室外熱環(huán)境中起主導(dǎo)作用[17]。但喬木種類繁多，不同樹種的樹高、冠幅、葉片大小等都有其特點(diǎn)，例如，雞爪槭與圓柏在二維視角所占據(jù)的比例基本相同，但其形態(tài)和生態(tài)功能上的差別則相對較大，廣玉蘭與香樟在體型形和樹冠大小上相似，但其降溫效果上仍具有差別。因此，喬木覆蓋率量化植被降溫效應(yīng)仍需要明確相對的樹種范圍。

3 三維綠量與降溫效應(yīng)

與二維綠化指標(biāo)類似，只有在一定范圍內(nèi)三維綠量到達(dá)一定程度時(shí)，綠地才具有降溫效應(yīng)。在400 m2的范圍內(nèi)，三維綠量需要達(dá)到200 m3，綠地才能發(fā)揮降溫作用[55]；三維綠量達(dá)到750～900 m3時(shí)，綠地降溫效果達(dá)到最佳；三維綠量超過800 m3時(shí)，繼續(xù)增加三維綠量場地內(nèi)溫度不再有更大變化[56]。隨著三維綠量持續(xù)增加，綠地內(nèi)溫度也隨之下降而后趨于緩和[25]。以上研究表明，三維綠量在降溫效率方面存在下限和上限，即當(dāng)三維綠量達(dá)到一定量時(shí)才可發(fā)揮降溫效應(yīng)(下限)，當(dāng)三維綠量達(dá)到一定量時(shí)綠化降溫效應(yīng)趨于穩(wěn)定(上限)。

單位面積三維綠量密度(單位面積上三維綠量)大于1 m3/m2時(shí)，綠地降溫效果明顯，最大降幅為1.5 ℃；而三維綠量密度超過5 m3/m2時(shí)，其降溫效果趨于平緩[57]。也有研究得出，綠地中單位三維綠量至少需要達(dá)到3 m3/m2時(shí)，才能起到明顯的降溫效應(yīng)，當(dāng)達(dá)到5 m3/m2以上時(shí)，才能發(fā)揮綠地降溫作用[58]，也可能受不同背景氣候影響，兩項(xiàng)研究結(jié)果具有一定的差異。

三維綠量的提出完善了量化綠地降溫效應(yīng)研究中對綠地植被生物量無法確切量化的不足，為更加精準(zhǔn)量化綠地降溫效應(yīng)研究提供方法支持，其在各尺度范圍量化研究中均有所應(yīng)用，是量化綠地降溫效應(yīng)的新方向。

三維綠量主要對植被的體積進(jìn)行表達(dá)，通過對植物莖葉體積的測量，以表明植物三維綠量與植物生態(tài)功能的相關(guān)性，進(jìn)而量化植物所能提供生態(tài)效益的能力[59]?，F(xiàn)階段三維綠量已達(dá)到對單位面積綠量進(jìn)行精準(zhǔn)量化，但無法體現(xiàn)綠量在垂直空間中的分布情況，在微觀尺度范圍中的綠地植被生態(tài)系統(tǒng)里，植物的莖葉在垂直空間分布情況多樣，植物的枝下高度不同，例如高大的喬木與低矮的灌木，其綠量在垂直空間中的分布狀況對周圍熱環(huán)境也具有一定的影響。例如，西安市的一項(xiàng)研究認(rèn)為，具有高三維綠量、高郁閉度的復(fù)層結(jié)構(gòu)綠地的降溫效應(yīng)越明顯，在提升三維綠量的同時(shí)也要重視植被的空間結(jié)構(gòu)[60]。

因此在量化綠地降溫效應(yīng)的過程中，表征綠地植被占據(jù)的空間的同時(shí)，還應(yīng)反映綠量的空間分布位置情況，以此才能較全面地表達(dá)綠地植被特征，以更加精準(zhǔn)地量化三維綠量及其降溫效益。

4 天空可視度與室外熱環(huán)境

天空可視度(SVF)較多應(yīng)用于城市街道峽谷等小尺度范圍熱環(huán)境研究中，在街谷中植被的存在對SVF也具有一定的影響，同時(shí)能夠調(diào)節(jié)街谷內(nèi)熱環(huán)境狀況。

研究發(fā)現(xiàn)，SVF增高會使地面接收更多的太陽輻射而升溫，進(jìn)而導(dǎo)致該區(qū)域的熱環(huán)境惡化[61]。當(dāng)SVF值降低至0.5左右時(shí)，能夠減少空間內(nèi)70%的太陽輻射量，從而改善該區(qū)域的熱環(huán)境[62]。研究發(fā)現(xiàn)，植被冠層是影響SVF的主要因素之一，植被通過冠層可以降低SVF，其產(chǎn)生的遮陰效果能夠有效降低白天氣溫[63]。在SVF較低且擁有茂密植被的城市公園中，夏季降溫可達(dá)3.8 ℃[64]。當(dāng)較高的綠化覆蓋率與較低的SVF相結(jié)合時(shí)，可以改善室外熱環(huán)境[65]。數(shù)值模擬結(jié)果表明綠化覆蓋率增加10%后，對應(yīng)的SVF降低0.3，平均輻射溫度降低16.48 ℃，增加植被可降低SVF，從而阻擋太陽輻射[66]。即在擁有較高太陽輻射的地區(qū)，降低SVF是改善氣溫的有效手段[29]。

總之，SVF能反映局部區(qū)域植被等物體對天空的遮擋程度，在很大程度上決定地面所接受的太陽輻射，從而達(dá)到調(diào)節(jié)室外熱環(huán)境的目的。但在建筑與植被等物體同時(shí)存在復(fù)雜的環(huán)境條件下，建筑的高寬比、容積率等綜合類的指標(biāo)相較于SVF更能影響地面降溫強(qiáng)度[67]。

并且，SVF主要反映地面上某個(gè)點(diǎn)的天空遮擋程度，對較大面積的綠地采樣則會有一定的困難，同時(shí)，SVF表征綠地內(nèi)植被的種類、數(shù)量以及空間布局等特征也具有一定的局限性。因此，SVF量化植被降溫效應(yīng)，更適用于小尺度范圍，且環(huán)境簡單，非植被類影響因素較少的綠地，達(dá)到對特定點(diǎn)熱環(huán)境優(yōu)化分析的研究。

5 綠化指標(biāo)量化綠地降溫效應(yīng)局限性

如表1所示，綠地面積、綠化覆蓋率、綠地率三種指標(biāo)適用于較為宏觀的尺度下量化綠化數(shù)量，對指導(dǎo)綠地規(guī)劃具有明確的指導(dǎo)作用，擴(kuò)大綠地面積以及占比有助于綠地內(nèi)植物生物量的提升。對小尺度研究范圍而言，以上指標(biāo)對綠地內(nèi)植被種類和空間分布情況的表達(dá)并不明確，難以滿足精準(zhǔn)量化綠地降溫效應(yīng)的需求。

喬木覆蓋率注重綠地生態(tài)系統(tǒng)中影響植被降溫效應(yīng)的主要影響因素的量的變化，通過喬木覆蓋率可以較為明確地調(diào)控綠地降溫能力，但對于精準(zhǔn)量化綠地降溫效應(yīng)的需求，又因在二維平面反映覆蓋率，缺少對植被的高度以及種類的概括，所以還需進(jìn)一步限制植被屬性范圍。

三維綠量能夠反映出植被在空間中所占據(jù)的體積，將植被的量化方式從二維的角度提升至三維的層次，主要關(guān)注于決定植被降溫能力的眾多因素中最為核心的因素，即植物絕對生物數(shù)量，很大程度上彌補(bǔ)二維指標(biāo)的不足?，F(xiàn)階段三維綠量研究對植被具體垂直空間分布特征的表達(dá)仍需進(jìn)一步完善，以此滿足精準(zhǔn)量化植被降溫效應(yīng)的需求。

天空可視度對植被特征的表達(dá)方式上具有特殊性，一定程度反映植被冠層厚度、密度以及葉片大小等屬性，也決定了植被對太陽輻射的遮擋程度，反映地表所能夠接收的能量程度。通過SVF能夠?qū)崿F(xiàn)較小尺度范圍的熱環(huán)境研究和綠地景觀設(shè)計(jì)，有利于精準(zhǔn)量化植被降溫效應(yīng)。

現(xiàn)階段量化綠地降溫效應(yīng)研究中，往往需要對綠化數(shù)量進(jìn)行概括，通過綠化指標(biāo)表征綠地實(shí)際綠化情況，從而建立綠化數(shù)量和降溫效應(yīng)之間的具體聯(lián)系?，F(xiàn)階段采用的綠化指標(biāo)達(dá)到精準(zhǔn)表征綠地實(shí)際綠化情況尚有一定的距離，導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用層面難以預(yù)測綠地的真實(shí)降溫效果，其具體的植被種植方式難以參考。且仍有大部分研究僅對存在現(xiàn)象進(jìn)行解釋，而非探索二者之間明確的內(nèi)在聯(lián)系，這些研究不在討論之內(nèi)。因此，完善綠化指標(biāo)體系，達(dá)到對綠地內(nèi)植被特征進(jìn)行全面的表達(dá)，減少潛在的影響因素干擾，明確綠地與降溫效應(yīng)的具體內(nèi)在聯(lián)系，以此推動政策的制定與實(shí)施，是當(dāng)下面臨的重要問題。

6 結(jié)論與展望

6.1 綠化指標(biāo)互補(bǔ)

在先前的研究中，采用單一指標(biāo)量化綠地降溫效應(yīng)在一定情況下易忽視某些潛在影響因素，導(dǎo)致研究之間結(jié)果差別較大的情況。在今后的研究中可以采用特點(diǎn)互補(bǔ)的綠化指標(biāo)同時(shí)量化綠地降溫效應(yīng)，例如表征水平綠化程度的綠地面積結(jié)合表征植被屬性的喬木覆蓋率，或綠化覆蓋率結(jié)合三維綠量以限制植被生物量等。通過互補(bǔ)的方式，減少綠化指標(biāo)在表征綠地綠化數(shù)量時(shí)不夠全面的問題，從而減少其他影響因素對量化結(jié)果的干擾。

6.2 完善三維綠量空間分布表達(dá)

有多位學(xué)者采用激光雷達(dá)測量法結(jié)合微分法或體素法等計(jì)算方法來測定植被的三維綠量，其測得的三維綠量與其他方法相比具有非常高的精度，但其研究僅止步于植被的三維綠量的測定[68]。而借助激光雷達(dá)所測得的植被點(diǎn)云數(shù)據(jù)包含了植被的莖葉在空間中的三維坐標(biāo)，對于表征植被空間分布具有非常大的潛力，可以在此研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化對點(diǎn)云數(shù)據(jù)的使用。在對點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理的環(huán)節(jié)上，對包含點(diǎn)云的體素，稱之為三維綠量體，賦予三維綠量體空間坐標(biāo)，并標(biāo)記樹種信息，最后建立三維綠量體空間模型，三維綠量體創(chuàng)建過程如圖1所示。由于每個(gè)三維綠量體都具有自身的三維坐標(biāo)，因此可以精準(zhǔn)表征植被的空間分布狀況。通過三維綠量體可以計(jì)算出多種現(xiàn)有指標(biāo)，而且對每個(gè)三維綠量體進(jìn)行植被種類標(biāo)注，也便于統(tǒng)計(jì)不同樹種的蒸騰作用，能夠較全面地概括綠地植被的特征，完善三維綠量垂直空間表達(dá)方式。

圖1 三維綠量體模型創(chuàng)建過程

6.3 三維綠量體的空間效率閾值

綠地的三維綠量達(dá)到降溫所需的下限值時(shí)才具有降溫效應(yīng)，而三維綠量值持續(xù)增加到一定程度后其降溫效應(yīng)再無明顯變化，即三維綠量也具有調(diào)節(jié)室外熱環(huán)境的效率閾值。但根據(jù)以往的研究發(fā)現(xiàn)，單位面積三維綠量的閾值研究仍有一定爭議，因此在今后的研究中，可以將三維綠量的空間分布及樹種差異性與三維綠量的閾值研究相結(jié)合，將研究重點(diǎn)放在三維綠量的空間分布與樹種差異上，探索不同空間分布與各類樹種的三維綠量閾值范圍，從而達(dá)到精準(zhǔn)指導(dǎo)以室外熱環(huán)境調(diào)控為目的的城市綠地設(shè)計(jì)目標(biāo)。

6.4 推動綠視率與室外熱環(huán)境的關(guān)系研究

綠視率是指視域中綠色植物的占比[69]，在一定程度上反映出行人高度范圍周圍植被的分布狀況、群落結(jié)構(gòu)以及垂直綠化水平[70]。其中植被的種類、樹高、冠幅、葉面積等屬性是綠視率的主要影響因素[71]，可以描述較小尺度空間內(nèi)綠化特征[72]。并且綠視率在時(shí)間與空間上具有異質(zhì)性[70]，與各熱環(huán)境因子(地面溫度、氣溫、濕度等)具有顯著的相關(guān)關(guān)系，可以影響室外熱環(huán)境，如地面溫度、氣溫、濕度與風(fēng)速等[72-73]。

綠視率與其他視率的空間分布情況可以反映城市內(nèi)綠化水平，增加綠視率可以降低氣溫并使絕對濕度增加，從而影響室外熱環(huán)境[74-75]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，綠視率的計(jì)算將更加快捷方便[74-76]，是探尋綠地降溫效應(yīng)影響因素的新的手段，量化綠地降溫效應(yīng)研究新方向。