公園降溫研究進(jìn)展與趨勢(shì)圖譜量化分析

楊 艷，閻淑龍，李霽越

（天津城建大學(xué) 建筑學(xué)院，天津 300384）

隨著城市化進(jìn)程加速，城市用地緊張，人口密度增大，城市熱島效應(yīng)[1]越來(lái)越顯著.城市熱島效應(yīng)導(dǎo)致城市微氣候惡化、能源消耗增加，從而危及城市居民的生命和健康.城市公園作為城市范圍內(nèi)最多、最大的綠洲，在城市生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)重要作用，有顯著的調(diào)節(jié)溫度、濕度和凈化空氣等作用[2].

從國(guó)際的相關(guān)文獻(xiàn)可以看出，公園降溫研究始于20世紀(jì)90年代，Jauregui E[3]于1991年調(diào)研墨西哥城的查普特佩克公園與周圍建成區(qū)的溫度，探討公園降溫效應(yīng).Jauregui E的研究在2000年前后受到城市生態(tài)學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)和風(fēng)景園林學(xué)等多學(xué)科學(xué)者關(guān)注.Saaroni等[4]于2003年在以色列特拉維夫市Begin公園的一個(gè)4公頃池塘周圍，對(duì)空氣和地表溫度、相對(duì)濕度、太陽(yáng)輻射和風(fēng)進(jìn)行了實(shí)地觀測(cè).發(fā)現(xiàn)在白天40 m范圍內(nèi)也會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生緩解作用.Upmanis等[5]通過(guò)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)溫差的范圍和大小取決于公園的大小和距離公園邊界的距離[5].以上研究依靠對(duì)公園及周圍溫度的實(shí)地測(cè)量，具有一定局限性.Yu等[6]在2006年將微氣候模擬軟件Envi-met引入公園降溫領(lǐng)域，發(fā)現(xiàn)城市綠地的降溫效果不僅在植被區(qū)顯著，而且在周圍建筑環(huán)境中也顯著.幾年后Envi-met被廣泛用在公園規(guī)劃和微氣候評(píng)價(jià)中.隨著遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，縮短了大面積公園降溫研究的周期和難度[7-8].公園降溫領(lǐng)域的研究如雨后春筍出現(xiàn)[9-10].

然而，目前國(guó)內(nèi)外尚缺乏針對(duì)公園降溫研究進(jìn)行追蹤和評(píng)估的文獻(xiàn)，而有關(guān)該領(lǐng)域知識(shí)增長(zhǎng)的科學(xué)系統(tǒng)的探索較少.鑒于此，本文選取1990—2020年期間Web of Science核心合集SCI和SSCI數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)來(lái)源，通過(guò)全面檢索、數(shù)據(jù)篩選并建立研究數(shù)據(jù)庫(kù)，繼而借助科學(xué)計(jì)量軟件對(duì)所選文獻(xiàn)進(jìn)行科學(xué)計(jì)量分析，在系統(tǒng)梳理國(guó)外公園降溫研究的刊文和引文趨勢(shì)、發(fā)文國(guó)家等信息，以促進(jìn)公園降溫研究的知識(shí)積累.

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文采用CiteSpace為研究工具.CiteSpace軟件是一款以科學(xué)計(jì)量為基礎(chǔ)的可視化分析軟件，對(duì)于此次研究來(lái)講，其優(yōu)勢(shì)在于能夠清晰地展示有“公園降溫”這個(gè)關(guān)鍵詞的文獻(xiàn).分析的方法是文獻(xiàn)的共被引關(guān)系，即文獻(xiàn)直接相互引用的線索，找到其他相關(guān)的文獻(xiàn)，不斷擴(kuò)大文獻(xiàn)的網(wǎng)絡(luò).在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中根據(jù)聚類的關(guān)系，總結(jié)出同一個(gè)聚類的主題.在各個(gè)聚類的主題中，再精讀文獻(xiàn)，厘清各個(gè)主題的研究進(jìn)展和趨勢(shì).

本文采用湯姆森·路透公司（Thomason Reuters）提供的Web of Science（WOS）核心合集SCI和SSCI數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)來(lái)源，檢索主題為“park cooling”，由于1989年之前沒(méi)有主題為“park cooling”的相關(guān)文獻(xiàn)，因此檢索時(shí)間段為1990—2020年，對(duì)文獻(xiàn)題目、摘要和關(guān)鍵詞進(jìn)行審閱和篩選，在CiteSpace中剔除重復(fù)后，所得共計(jì)980篇文獻(xiàn)，總被引36 026次.

1.2 數(shù)據(jù)分析方法

通過(guò)運(yùn)用CiteSpace兩種科學(xué)計(jì)量可視化軟件對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行可視化分析.首先，將收集到的文獻(xiàn)的作者、發(fā)表時(shí)間、期刊、來(lái)源國(guó)、研究機(jī)構(gòu)等進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，分別得到國(guó)內(nèi)外研究成果的時(shí)間分布、主要來(lái)源期刊、主要代表人物與合作網(wǎng)絡(luò)等，對(duì)城市公園降溫研究領(lǐng)域進(jìn)行整體上的概括.其次，借助運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量軟件對(duì)城市公園降溫的研究進(jìn)展與趨勢(shì)進(jìn)行概括性的總結(jié)和判斷，其中以圖示的方式展示城市公園降溫研究領(lǐng)域的發(fā)展歷史，CiteSpace則依據(jù)共現(xiàn)原理顯示該研究領(lǐng)域在一定時(shí)期發(fā)展的趨勢(shì)與動(dòng)向，從而形成城市公園降溫研究領(lǐng)域的總體框架和基本情況.深入閱讀其中高被引及經(jīng)典文獻(xiàn)，在此基礎(chǔ)上對(duì)城市公園降溫研究的主要研究方向與研究趨勢(shì)進(jìn)行總結(jié)和梳理.

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)文的時(shí)間分布

對(duì)從Web of Science核心合集中檢索到的980篇文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)關(guān)于公園降溫的研究1990—2002年之間發(fā)文量緩慢增長(zhǎng)，年均發(fā)文量在20篇以內(nèi)；自2002—2011年發(fā)文量增長(zhǎng)逐漸加快，2012年之后增速最快，至2017年發(fā)文量到達(dá)頂峰（90篇/年），之后呈逐年下降趨勢(shì)，如圖1所示.

圖1 SCI/SSCI刊文量

由表1可見(jiàn)，SCI/SSCI論文主要發(fā)表在landscape and urban planning（21篇），urban forestry&urban greening（19篇），building and environment（15篇）.公園降溫研究領(lǐng)域發(fā)表論文較多的國(guó)家有：美國(guó)（358篇）、中國(guó)（166篇）、加拿大（76篇）、澳大利亞（64篇）、英國(guó)（63篇）、德國(guó)（40篇）、日本（33篇）、西班牙（33篇）和印度（23篇）等國(guó)家.

表1 SCI/SSCI刊文量前8的期刊

2.2 研究機(jī)構(gòu)和作者分析

運(yùn)用CiteSpace對(duì)公園降溫研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行合作網(wǎng)絡(luò)分析，如圖2所示.公園降溫研究機(jī)構(gòu)如表2所示.

表2 公園降溫研究機(jī)構(gòu)

圖2 公園降溫研究機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)

由圖2和表2發(fā)現(xiàn)，關(guān)于公園降溫的研究國(guó)際學(xué)術(shù)界已形成了大小不同的幾個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，且研究團(tuán)隊(duì)呈現(xiàn)出地域性特征，如美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（35篇）、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)（29篇）、科羅拉多大學(xué)（19篇）、亞利桑那州立大學(xué)（17篇）和蒙大拿州立大學(xué)（14篇）等.發(fā)文較多的學(xué)者有Whitlock C（10篇）、Chew IML（7篇）、Leong YT（7篇）和Lin TP（7篇）等.

2.3 文獻(xiàn)共被引和關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

關(guān)鍵詞是一篇文獻(xiàn)的精華濃縮，它能夠比較準(zhǔn)確地展示某一領(lǐng)域的主流研究?jī)?nèi)容，且便于收集，利用它可以更好地了解該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn).突變性關(guān)鍵詞是指在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)頻次突然增加的關(guān)鍵詞，它可以進(jìn)一步反映研究的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì).因此，本文借助CiteSpace對(duì)公園降溫有關(guān)文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞、突變性關(guān)鍵詞進(jìn)行共現(xiàn)分析，得到公園降溫文獻(xiàn)共被引圖和突變性關(guān)鍵詞，如圖3所示.

圖3 公園降溫文獻(xiàn)共被引圖

從圖3可以看出，公園降溫文獻(xiàn)共被引聚類分為：降溫效應(yīng)[11-13]、能源節(jié)約潛力[14-16]、空氣溫度[17-19]、冷島強(qiáng)度[20-22]和熱舒適[23-25].Whitlock C作者非常突出，可以被稱為奠基性的人物，在他的影響下，很大一部分學(xué)者不斷地關(guān)注著公園降溫效應(yīng)，并努力針對(duì)問(wèn)題探討改進(jìn)策略.而且，隨著時(shí)代的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步以及遙感、地理信息系統(tǒng)和微氣候模擬軟件的發(fā)展，研究深度也在不斷拓展.

表3為公園降溫機(jī)關(guān)文獻(xiàn)突變性關(guān)鍵詞.由表3可見(jiàn)，國(guó)家公園在1992—2001年持續(xù)10年是公園降溫的研究熱點(diǎn)，降水則是持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的研究熱點(diǎn)，長(zhǎng)達(dá)14年.2000—2020年的研究熱點(diǎn)主要有微氣候、熱環(huán)境、熱島效應(yīng)和冷島效應(yīng).

表3 公園降溫相關(guān)文獻(xiàn)突變性關(guān)鍵詞

2.4 國(guó)際公園降溫研究脈絡(luò)

近30年來(lái)公園降溫研究發(fā)展的脈絡(luò)：

（1）1991—2000年：這一階段公園降溫引起關(guān)注.這10年出現(xiàn)了7、73和86高被引文獻(xiàn)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)7（被引279次）是Jauregui E于1991年調(diào)研墨西哥城的查普特佩克公園的樹(shù)木粗糙度和降水量與公園溫度的關(guān)系，對(duì)比周圍建成區(qū)的高溫區(qū)，探討公園降溫效應(yīng)[26].Jauregui E的研究引起了學(xué)者對(duì)公園降溫效應(yīng)的關(guān)注.總體來(lái)說(shuō)，這10年是公園降溫研究的開(kāi)啟階段.

（2）2001—2010年：這一階段學(xué)者開(kāi)拓了公園降溫研究的廣度.這10年高被引文獻(xiàn)逐漸增加，共出現(xiàn)9個(gè)節(jié)點(diǎn).2004年出現(xiàn)了高被引的文獻(xiàn)節(jié)點(diǎn)161（被引89次），Saaroni H于2003年在以色列特拉維夫市Begin公園的一個(gè)4公頃池塘周圍，對(duì)空氣和地表溫度、相對(duì)濕度、太陽(yáng)輻射和風(fēng)進(jìn)行了實(shí)地觀測(cè).結(jié)果表明，無(wú)論是在干熱還是濕熱的天氣條件下，即使是很小的水體，在白天40 m范圍內(nèi)也會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生緩解作用[27].節(jié)點(diǎn)223（被引389次）是Yu C在2006年分別采用了TAS和Envi-met這2個(gè)模擬方案，探討布吉巴托克自然公園附近典型商業(yè)建筑的能耗模式以及有無(wú)克萊門蒂森林的不同熱條件，發(fā)現(xiàn)城市綠地的降溫效果不僅在植被區(qū)顯著，而且在周圍建筑環(huán)境中也顯著[28].節(jié)點(diǎn)235（被引147次）是Oded Potchter在2006年探討以色列特拉維夫市不同城市公園設(shè)計(jì)在炎熱潮濕夏季的氣候行為及其對(duì)人類舒適度的影響.這項(xiàng)研究在3種不同類型的城市公園進(jìn)行：一個(gè)有草和一些低樹(shù)的公園；一個(gè)有中等大小樹(shù)的公園；一個(gè)有高和寬樹(shù)冠的公園.節(jié)點(diǎn)251（被引364次）是Chiru Chang對(duì)臺(tái)灣省臺(tái)北市61個(gè)公園及周邊地區(qū)的氣溫測(cè)量顯示，城市公園的平均氣溫較周圍地區(qū)低，證實(shí)了城市冷島的說(shuō)法，然而，約1/5的公園較周圍地區(qū)暖和.夏季中午，鋪面覆蓋率≥50%，喬木和灌木覆蓋率較低的公園平均溫度高于周圍環(huán)境[29].節(jié)點(diǎn)358（被引933次）是Diana E.Bowler于2010年運(yùn)用Meta分析法對(duì)公園的降溫效果進(jìn)行了綜合分析，結(jié)果表明，公園白天的降溫效果平均為0.94℃.總體來(lái)說(shuō)，這10年，越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始關(guān)注公園對(duì)周邊環(huán)境的降溫效應(yīng)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地測(cè)量和軟件模型模擬均被應(yīng)用在研究中.

（3）2011—2020年：這一階段學(xué)者增強(qiáng)了公園降溫研究的深度.這10年涌現(xiàn)出大量的高被引文獻(xiàn).引證文獻(xiàn)節(jié)點(diǎn)401（被引247次）是Sandra Oliveira測(cè)量氣象參數(shù)（溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、太陽(yáng)輻射和紅外輻射）和公園溫度，分析了里斯本城市密集區(qū)一小塊綠地（0.24 ha）的熱性能及其對(duì)周圍大氣環(huán)境的影響.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是在陽(yáng)光下還是在陰涼處，花園都比周圍地區(qū)涼爽.這些差異在高溫天更高，特別是與平均輻射溫度（Tmrt）有關(guān).與氣溫相關(guān)的最高差異為6.9℃，與Tmrt相關(guān)的最高差異為39.2℃.節(jié)點(diǎn)420（被引155次）是D.Armson于2012年研究英國(guó)曼徹斯特城市景觀中樹(shù)木和草在夏季降低城市地區(qū)和當(dāng)?shù)販囟确矫娴淖饔?文中監(jiān)測(cè)了由混凝土和草組成的小塊土地的表面溫度，并測(cè)量了每個(gè)表面以上的全球溫度.與模型預(yù)測(cè)相似，草地將最高地表溫度降低了24℃，而樹(shù)蔭將最高地表溫度降低了19℃[30].節(jié)點(diǎn)495（被引51次），Ren Zhibin于2013年測(cè)定長(zhǎng)春市33個(gè)公園的公園冷島強(qiáng)度（PCI強(qiáng)度），發(fā)現(xiàn)：PCI強(qiáng)度隨季節(jié)變化，夏季公園的降溫效果高于秋季.增加城市公園規(guī)模仍是緩解城市熱島的有效措施.不僅通過(guò)增加城市公園規(guī)模，而且通過(guò)優(yōu)化城市公園形態(tài)和公園森林結(jié)構(gòu)，也可以提高PCI強(qiáng)度[31].

節(jié)點(diǎn)511（被引35次）是Chi-Ru Chang于2014年研究了臺(tái)灣省臺(tái)北市60個(gè)城市公園對(duì)周圍溫度梯度的影響.結(jié)果表明，影響公園環(huán)境溫度的因素與影響公園內(nèi)部溫度的因素不盡相同.城市公園周圍的氣溫梯度既受公園上空冷暖空氣團(tuán)水平輸送的影響，也受樹(shù)木散發(fā)的空氣包的影響，形成一個(gè)比冷島公園邊界大的冷島，一個(gè)比強(qiáng)熱島公園邊界大的熱島，在弱熱島公園外有一個(gè)涼爽的環(huán)[32].節(jié)點(diǎn)522（被引162次）是Fotini Skoulika于2014年在希臘雅典西部的一個(gè)中型城市公園內(nèi)和周圍的夏季進(jìn)行了測(cè)量.利用15個(gè)城市和郊區(qū)站點(diǎn)的附加溫度數(shù)據(jù)，在城市一級(jí)進(jìn)行比較分析.公園在白天和夜晚都呈現(xiàn)出一種重要的溫度不均勻性.參考城市站點(diǎn)的平均夜間冷島強(qiáng)度在-0.7～-2.8 K之間變化，而白天的平均最大冷島強(qiáng)度（CII）在-0.2～-2.6 K之間.白天和晚上的CII與人口密度之間存在顯著的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性[33].節(jié)點(diǎn)534（被引235次）是Kong于2014年利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)南京市的城市冷島（UCIs）和綠地進(jìn)行了識(shí)別，并利用相關(guān)分析對(duì)兩者之間的關(guān)系進(jìn)行了分析.結(jié)果表明：森林植被覆蓋率較高的地區(qū)降溫效果較好，森林植被覆蓋率增加10%，地表溫度下降約0.83℃.平均斑塊大小與斑塊密度的相關(guān)分析及森林植被與降溫的聚集指數(shù)表明，對(duì)于一定數(shù)量的森林植被，零碎的綠地也能提供有效的降溫作用；UCIs的空間格局與綠地格局密切相關(guān)；大陸島綠地空間結(jié)構(gòu)提供了增強(qiáng)冷島效應(yīng)的有效手段[34].節(jié)點(diǎn)537（被引62次）是Kieron J.Doick于2014年利用統(tǒng)計(jì)模型得到，隨著與綠地距離的增加，冷卻程度呈指數(shù)衰減.降溫范圍從某些夜晚的估計(jì)20 m到其他夜晚的440 m不等.這些距離的平均氣溫在夏季月份下降了1.1℃，在某些夜晚最高降溫了4℃[35].節(jié)點(diǎn)574（被引30次）是Lin于2015年對(duì)公園溫度現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和遙感計(jì)算，發(fā)現(xiàn)北京市公園的降溫效果最遠(yuǎn)可達(dá)840 m，而在另一種情況下，降溫效果最短可達(dá)35 m[36].

總體來(lái)說(shuō)，這10年公園降溫效應(yīng)研究增長(zhǎng)較快，遙感衛(wèi)星影像和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，成為公園降溫效應(yīng)研究的有利技術(shù)手段，公園降溫效應(yīng)的研究范圍和深度都有了很大提升.

3 結(jié)論

公園降溫效應(yīng)是改善城市熱環(huán)境的重要手段，大量研究表明城市公園對(duì)微氣候的影響不僅表現(xiàn)在公園內(nèi)部，同時(shí)對(duì)周邊區(qū)域也有積極影響，其降溫強(qiáng)度及降溫范圍與公園設(shè)計(jì)和周邊城市設(shè)計(jì)等因素之間存在聯(lián)系.合理的公園規(guī)劃與設(shè)計(jì)可能最大程度發(fā)揮城市公園綠地的生態(tài)作用.文章基于文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)和知識(shí)圖譜研究方法，對(duì)“Web of Science”數(shù)據(jù)庫(kù)中收錄的980篇公園降溫研究的英文文獻(xiàn)進(jìn)行了可視化分析.研究發(fā)現(xiàn)：

（1）公園降溫研究自1991年開(kāi)始之后經(jīng)歷了幾年的沉寂期，自2002年至2011年發(fā)文量增長(zhǎng)逐漸加快，2012年之后增速最快，至2017年發(fā)文量到達(dá)頂峰.學(xué)者對(duì)公園降溫領(lǐng)域的關(guān)注度越來(lái)越高.

（2）學(xué)者率先將實(shí)地測(cè)量和微氣候模擬引入公園降溫研究，以后的學(xué)者不斷完善微氣候模擬的精度.目前，經(jīng)過(guò)不同學(xué)科融合，公園降溫效應(yīng)研究的方法主要有實(shí)地測(cè)量、遙感與地理信息系統(tǒng)和微氣候軟件模擬.3種研究方法的互相驗(yàn)證和耦合分析將是未來(lái)公園降溫研究領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn).

（3）基于遙感和地理信息系統(tǒng)的分析周期短、可信度高、范圍大，更適宜于景觀尺度上的研究，應(yīng)增強(qiáng)對(duì)公園外部空間格局及局部氣候的考慮，以達(dá)到提高公園生態(tài)效益、減緩城市熱島、改善城市環(huán)境的目的.

（4）公園降溫研究的深度研究從公園自身面積大小、形狀和植被覆蓋與群落組成等因素的降溫范圍和降溫幅度，逐漸擴(kuò)展到周邊區(qū)域地形因素、建筑密度和高度、植被覆蓋等的耦合研究.