山地城市公園形態(tài)對(duì)其降溫效應(yīng)的影響

韓貴鋒 蔡 智

山地人居環(huán)境研究

山地城市公園形態(tài)對(duì)其降溫效應(yīng)的影響

韓貴鋒 蔡 智

為揭示山地城市公園對(duì)城市熱島的減緩機(jī)制，以重慶市主城區(qū)內(nèi)10個(gè)公園為例，使用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和部分實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)獲得地表溫度和近地面氣溫，分別從內(nèi)部景觀特征和外部空間形態(tài)兩個(gè)方面研究了公園的降溫效應(yīng)。研究結(jié)果表明：在公園內(nèi)部景觀要素方面，公園面積、寬度、形狀指數(shù)是影響公園降溫效應(yīng)的主要因素，多個(gè)小型公園比同面積大型公園具有更好的降溫效應(yīng)；在公園外部空間形態(tài)方面，自然地形起伏與建筑空間形態(tài)是影響公園降溫效應(yīng)的主要因素，少量正對(duì)公園的通風(fēng)廊道及規(guī)則布局的建筑形態(tài)可以有效提升公園的降溫范圍，山地型公園比盆地型公園具有更好的降溫效應(yīng)。在規(guī)劃實(shí)踐中，應(yīng)該綜合考慮公園面積、布局等要素，以發(fā)揮公園最佳的降溫效用。

城市公園；城市熱島；降溫效應(yīng)；山地城市；公園形態(tài)

0 引 言

隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的推進(jìn)，在未來(lái)不久，越來(lái)越多的人口將在城市居住。人口和能源等要素在城市區(qū)域的集中，極大地改變了城市原有空間形態(tài)及物質(zhì)環(huán)境，使得城市生態(tài)環(huán)境問(wèn)題凸顯，成為影響城市人居環(huán)境質(zhì)量的重要因素之一，而其中最為常見(jiàn)的是城市熱島現(xiàn)象。城市熱島現(xiàn)象的存在，不僅改變了城市局部小氣候[1]，而且影響了城市區(qū)域動(dòng)植物的生理特征[2]，破環(huán)了原有生態(tài)系統(tǒng)的平衡，加大了能源消耗及環(huán)境污染[3-4]。更為嚴(yán)重的是，隨著城市熱島現(xiàn)象的加劇，全球氣候變暖趨勢(shì)加速[5]，導(dǎo)致近年來(lái)極端氣候現(xiàn)象頻發(fā)，已嚴(yán)重威脅到人們的生命安全[6]，并造成了大量的財(cái)產(chǎn)損失[7]。因而國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)城市熱島現(xiàn)象的關(guān)注程度日益上升，并就城市熱島的形成機(jī)理、影響因素、熱島模擬和減緩措施等方面進(jìn)行過(guò)大量的研究，并一致認(rèn)為城市熱島受眾多因素影響，諸如人口、土地使用方式改變而導(dǎo)致熱量在城市集中所產(chǎn)生的綜合結(jié)果[8]。綠地、水體作為城市的主要生態(tài)要素，可以有效調(diào)節(jié)并改善局部小氣候，緩解城市熱島效應(yīng)[9-10]。相對(duì)于城市其他用地，城市公園大面積的綠地與水體更為集中，在滿(mǎn)足人們?nèi)粘蕵?lè)休閑的基礎(chǔ)上，如何有效利用城市公園緩解城市熱島現(xiàn)象成為城市生態(tài)環(huán)境研究的主要熱點(diǎn)之一[11-12]。城市熱島現(xiàn)象是一個(gè)自然和人工要素復(fù)合的產(chǎn)物，因此，就公園緩解城市熱島現(xiàn)象而言，需要綜合考慮公園內(nèi)部景觀要素與外部空間形態(tài)的影響。雖然，現(xiàn)已有學(xué)者使用多種手段就城市公園降溫機(jī)制進(jìn)行了大量研究[13-14]，但大多側(cè)重于公園內(nèi)部景觀要素對(duì)降溫效應(yīng)的影響，而對(duì)公園外部空間形態(tài)與降溫效應(yīng)之間的關(guān)系研究甚少。山地城市由于其地形起伏變化大、建設(shè)強(qiáng)度高的特點(diǎn)，使得山地城市公園內(nèi)外空間形態(tài)更為復(fù)雜多變，對(duì)公園降溫效應(yīng)的影響要素更多，當(dāng)前對(duì)山地公園的降溫效應(yīng)的相關(guān)研究鮮有報(bào)道[15]。重慶是山地城市的典型代表，主城區(qū)地形起伏大、人口密集、建設(shè)強(qiáng)度相當(dāng)高，城市熱島現(xiàn)象十分顯著[16]，是探究山地城市熱島及其減緩的理想實(shí)驗(yàn)場(chǎng)。本文以重慶市主城區(qū)10個(gè)公園為例，綜合使用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和部分實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，從公園內(nèi)部景觀要素和公園外部空間形態(tài)兩個(gè)方面，剖析影響山地城市公園降溫效應(yīng)的主要因素，以便揭示其對(duì)熱島效應(yīng)的減緩機(jī)制，為公園規(guī)劃布局提供理論支持，最大化發(fā)揮公園生態(tài)環(huán)境效益，改善人居環(huán)境質(zhì)量。

圖1 研究區(qū)的公園分布Fig.1 the location of parks in study area

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)

重慶市主城區(qū)處于東經(jīng)106.43°～106.60°，北緯29.45°～29.63°之間，屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，歌樂(lè)山與南山遙相對(duì)望，嘉陵江與長(zhǎng)江穿城而過(guò)，整體地勢(shì)西高東低（圖1）。主城區(qū)面積為5 472.68 km2，常住人口為834.82萬(wàn)[17]。城市建筑密度高，人口眾多，加之兩山環(huán)繞、兩江交匯的特殊地形，使得城市熱島效應(yīng)十分顯著。歷年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，重慶市熱島效應(yīng)的增幅為0.036°C/年，夏季氣溫在35 °C以上的天數(shù)達(dá)到了15～25天，最高氣溫達(dá)到44°C[18]，是名副其實(shí)的“火爐”。如何在炎熱的夏季里充分發(fā)揮公園降溫效應(yīng)，是一個(gè)十分迫切的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。為盡量避免外圍綠地水體對(duì)公園降溫效應(yīng)的干擾，本文選取遠(yuǎn)離兩江，公園內(nèi)外空間異質(zhì)性較大，且邊界較為明確的10個(gè)公園作為研究樣本（圖1）。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

使用的數(shù)據(jù)包括衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、谷歌影像數(shù)據(jù)、部分實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、公園及周邊地形圖數(shù)據(jù)等。所有數(shù)據(jù)在初步規(guī)整后，統(tǒng)一納入GIS數(shù)據(jù)庫(kù)，使用ArcGIS進(jìn)行數(shù)據(jù)提取與空間分析工作，結(jié)果導(dǎo)出至SPSS中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究各特征指數(shù)與公園降溫效應(yīng)之間的數(shù)量關(guān)系。

1.2.1 溫度數(shù)據(jù)

溫度數(shù)據(jù)來(lái)源包括遙感影像反演地表溫度和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)兩部分。其中，遙感影像采用2016年7月10日11：27AM（北京時(shí)間）的Landsat8衛(wèi)星數(shù)據(jù)，從地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站下載（http∶//www.gscloud.cn），軌道號(hào)為p128，行號(hào)為r39，當(dāng)天晴朗無(wú)云，影像質(zhì)量好。在反演溫度前，首先借助ENVI5.1，對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何糾正、工作區(qū)裁剪、輻射校正等工作。使用第4波段和第5波段提取歸一化植被指數(shù)（NDVI），再使用第10波段，運(yùn)用大氣校正法反演地表溫度（land surface temperature, LST），具體方法可參見(jiàn)文獻(xiàn)[19]。由于遙感衛(wèi)星具有重訪周期較長(zhǎng)、過(guò)境時(shí)間短、溫度數(shù)據(jù)單一的缺點(diǎn)，為彌補(bǔ)遙感影像反演的地表溫度在多時(shí)段、高精度方面的不足，使用部分公園實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充。具體數(shù)據(jù)包括各測(cè)點(diǎn)的地表溫度、空氣溫度、空氣濕度等，為保證數(shù)據(jù)的精度與準(zhǔn)確性，公園內(nèi)部布點(diǎn)不少于7個(gè)，盡量在公園內(nèi)均勻分布，公園外部點(diǎn)沿主要通風(fēng)廊道，每50 m布置一個(gè)，部分區(qū)域根據(jù)實(shí)情有選擇性的增加其布點(diǎn)間隔。測(cè)量方法為步行流動(dòng)觀測(cè)法，測(cè)量時(shí)間從早上9點(diǎn)開(kāi)始，下午5點(diǎn)結(jié)束，每1.5個(gè)小時(shí)作為一個(gè)周期，單天記錄5個(gè)周期，每次測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)30 s紀(jì)錄一次，記錄3次，并取平均值作為測(cè)點(diǎn)單次實(shí)測(cè)值。

1.2.2 景觀特征提取

使用谷歌地球（Google Earth）影像，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和人工目視解譯方法，將公園下墊面劃分為林地、水體、草地、硬質(zhì)下墊面（含建筑）四種類(lèi)型。使用Fragstats4.2計(jì)算公園形狀指數(shù)（landscape shape index, LSI），計(jì)算公式為其中C為斑塊周長(zhǎng)，S為斑塊面積。當(dāng)LSI=1時(shí)，表明該公園為圓形，LSI值越大，說(shuō)明公園形狀越破碎而不規(guī)則。

參考已有的研究[11]，綜合考慮山地公園的特點(diǎn)，沿公園邊界往外設(shè)置1.5倍公園寬度緩沖區(qū)。由于Landsat8第10波段的原始空間分辨率為100 m，為與其他波段的空間分辨率吻合，經(jīng)過(guò)分發(fā)處理后的空間分辨率為30 m，導(dǎo)致反演后的LST像元與NDVI像元之間存在微偏移現(xiàn)象，因此在盡可能滿(mǎn)足準(zhǔn)確與精度的條件下，將緩沖區(qū)劃分為60 m×60 m的格網(wǎng)。統(tǒng)計(jì)每個(gè)格網(wǎng)內(nèi)的平均LST值、平均NDVI值、建筑密度值、距公園距離L值等（圖2）。由于近地表溫度顯著受下墊面類(lèi)型影響，為盡量減少格網(wǎng)內(nèi)建筑、綠地等要素對(duì)溫度的影響，結(jié)合谷歌地球影像數(shù)據(jù)，通過(guò)人工目視解譯對(duì)比，將NDVI＞0.3（綠地）、建筑密度＞0.1（建筑）的混合格網(wǎng)予以剔除。10個(gè)公園的數(shù)據(jù)提取結(jié)果如表1。

圖2 數(shù)據(jù)提取過(guò)程Fig.2 the process of data extraction

表1 公園景觀特征Tab.1 the landscape properties of urban park

2 結(jié)果與分析

2.1 公園降溫效應(yīng)

隨著距離增加，公園外部溫度逐漸升高，變化趨于平緩，說(shuō)明公園對(duì)附近區(qū)域確實(shí)有一定的降溫效應(yīng)（圖3）。但是，當(dāng)公園外部距離的繼續(xù)增加，其溫度呈現(xiàn)出略微下降的趨勢(shì)。這一方面由于山地城市公園綠地點(diǎn)式分布的特征，當(dāng)公園外部距離達(dá)到一定值后，其熱環(huán)境可能受到附近多個(gè)公園綠地的影響；其次，由于靠近公園區(qū)域具有良好的自然景觀，人為建設(shè)強(qiáng)度大，人為熱釋放量隨公園距離的增加而稍有下降。對(duì)10個(gè)公園的溫度和距離進(jìn)行曲線擬合分析發(fā)現(xiàn)，溫度和距離之間的最優(yōu)擬合函數(shù)為三次函數(shù)（表2），這與馮悅怡[14]、蘇泳嫻[20]等人對(duì)平原城市公園的研究結(jié)果一致。通過(guò)計(jì)算三次函數(shù)拐點(diǎn)，即可確定公園外部溫度趨于平緩時(shí)的距離值，即公園的降溫影響范圍Lmax，進(jìn)而求得距公園Lmax處的溫度Tb，將Tb與公園內(nèi)部平均溫度Tmean相減即得到公園的降溫幅度ΔT。

從整體來(lái)看，除龍頭寺公園外，其他公園均有呈現(xiàn)出穩(wěn)定的降溫效應(yīng)，但降溫幅度（1.36～7.53 ℃）和降溫范圍（53～590 m）差異顯著（表1）。盡管在整體趨勢(shì)上，面積更大的公園表現(xiàn)出更強(qiáng)的降溫效應(yīng)，其降溫范圍和降溫幅度更大，但在使用公園降溫范圍（L）／公園寬度（D）作為評(píng)價(jià)公園降溫效應(yīng)的一個(gè)參考指標(biāo)時(shí)發(fā)現(xiàn)（表1），公園降溫效應(yīng)與公園面積并沒(méi)有表現(xiàn)出很強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系，降溫效應(yīng)最好的為巴國(guó)公館公園（1.15倍公園寬度），降溫效應(yīng)最差的為沙坪公園（0.12倍公園寬度）。這表明，公園的降溫效應(yīng)并非只受公園面積等單要素的影響，而是公園內(nèi)外多種要素協(xié)同作用的綜合表現(xiàn)。

2.2 公園形態(tài)及景觀構(gòu)成對(duì)降溫效應(yīng)影響

2.2.1 公園形態(tài)對(duì)降溫效應(yīng)影響

選取表征公園形態(tài)的主要參數(shù)（面積S、寬度D、形狀指數(shù)LSI）與公園熱環(huán)境指數(shù)（平均溫度Tmean、降溫范圍Lmax）進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：一、公園平均溫度（Tmean）與公園總面積（S）、公園寬度（D）、公園形狀指數(shù)（LSI）之間的相性系數(shù)分別為-0.775**（P＜0.01）、-0.709*（P＜0.05）、0.629 （P=0.095）。二、公園降溫范圍與公園總面積、公園寬度、公園形狀指數(shù)之間的相關(guān)性系數(shù)分別為0.794**（P＜0.01）、0.753*（P＜0.05）、0.368（P=0.37）。相關(guān)系數(shù)說(shuō)明，公園面積及寬度越大，公園內(nèi)部平均溫度越低，公園的降溫范圍越大，即公園的降溫效應(yīng)越顯著；公園形狀越復(fù)雜，公園內(nèi)部平均溫度越高。

圖3 部分公園外部溫度與距離擬合曲線Fig.3 the fitting curve of urban park between outside temperature and distance

圖4 公園面積與內(nèi)部平均溫度、最大降溫范圍擬合函數(shù)Fig.4 the fitting function between urban park area and mean temperature, maximum distance

表2 公園外部溫度與距離擬合函數(shù)Tab.2 the fitting function of urban park between outside temperature and distance

事實(shí)上，面積更大的公園擁有更多的綠地或水體，所能容納與吸收的熱量也更大，表現(xiàn)出更強(qiáng)的降溫效應(yīng)。而形狀復(fù)雜的公園具有更長(zhǎng)的公園邊界，公園與外界更大的接觸面積，為公園內(nèi)外泠熱空氣流通交換提供了便利，公園內(nèi)部難以維持較低的溫度，從而使得公園內(nèi)部平均溫度偏高。然而形狀指數(shù)只是衡量公園形狀變化的一個(gè)參數(shù)，并不能決定公園內(nèi)部主要降溫因子（綠地、水體）的總量，同時(shí)形狀指數(shù)并不能較好反映公園內(nèi)凹外凸等各種形態(tài)變化，導(dǎo)致了公園形狀指數(shù)與公園內(nèi)部平均溫度之間表現(xiàn)出較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，而與公園降溫范圍之間的相關(guān)性不強(qiáng)。在公園規(guī)劃設(shè)計(jì)中，應(yīng)該考慮這一特性，針對(duì)公園的主要功能及使用對(duì)象，選擇適宜的公園形狀，滿(mǎn)足不同的需求。比如，以休憩型為主的公園宜選用規(guī)整形狀，以維持內(nèi)部較高的舒適度，而生態(tài)類(lèi)公園綠地等宜選用不規(guī)整形狀布局，以發(fā)揮公園綠地的最佳降溫效應(yīng)。

曲線擬合發(fā)現(xiàn)（圖4），公園面積（S）和公園平均溫度（Tmean）之間的最優(yōu)擬合函數(shù)為T(mén)mean=37.8-0.94*ln（S）（R2=0.592，P=0.006＜0.01），公園面積（S）和公園降溫范圍（Lmax）之間的最優(yōu)擬合函數(shù)為L(zhǎng)max=94.8ln（S）-12.73（R2=0.625，P=0.006＜0.01）。說(shuō)明公園的降溫效應(yīng)是隨著公園面積的增大而逐漸增加，但單位公園面積上的降溫效應(yīng)卻是逐漸降低。為簡(jiǎn)化計(jì)算說(shuō)明，以10 hm2和100 hm2的圓形公園為例，當(dāng)公園面積在10 hm2時(shí)，其降溫效應(yīng)為20.6 m/hm2，公園外部降溫面積為17.3 hm2。而當(dāng)公園面積擴(kuò)大10倍，達(dá)到100 hm2時(shí)，對(duì)應(yīng)的降溫效應(yīng)則下降到4.24 m/hm2，公園外部降溫面積僅擴(kuò)大3.3倍，為56.5 hm2。因此，就公園的降溫效應(yīng)而言，考慮到公園建設(shè)投入與其降溫效應(yīng)產(chǎn)出，設(shè)置多個(gè)小型公園比同面積的大型公園更有效。

圖5 花卉園公園內(nèi)部測(cè)點(diǎn)樣本Fig.5 the sample measure points in Huahuiyuan Park

2.2.2 公園景觀構(gòu)成對(duì)降溫效應(yīng)影響

公園是由綠地、水體、硬質(zhì)下墊面等多要素構(gòu)成的混合體，而綠地和水體則是公園的兩大主要構(gòu)成要素，也是緩解熱島效應(yīng)的有效因子[18,21]。由于本次研究的公園樣本中，草地面積所占比較少，綠地主要由林地構(gòu)成。對(duì)林地面積、水體面積、硬質(zhì)下墊面面積和公園平均溫度、降溫范圍等之間進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)：一、公園內(nèi)部平均溫度Tmean與林地面積、水體面積、硬質(zhì)下墊面面積之間的相關(guān)性系數(shù)分別為-0.757**（P＜0.01）、-0.555（P＝0.087）、-0.316（P=0.344）。二、公園降溫范圍與林地面積、水體面積、硬質(zhì)下墊面面積之間的相關(guān)性系數(shù)分別為0.774**（P＜0.01）、0.648*（P＜0.05）、0.409（P=0.244）。相關(guān)系數(shù)說(shuō)明，公園的降溫效應(yīng)主要依賴(lài)于林地和水體，而林地是影響公園降溫效應(yīng)的主要因子。這與人們的常識(shí)相悖，理論上水體溫度低于其他地表溫度，而且水體區(qū)域空間開(kāi)闊，更有利于空氣對(duì)流和交換，其降溫效應(yīng)應(yīng)該大于林地。

為此，進(jìn)一步分析綠地、水體對(duì)公園熱環(huán)境的影響機(jī)制，以花卉園公園為例，使用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（2016年1月29日），通過(guò)GIS空間插值方法，獲得局部尺度上的空氣溫、濕度分布（圖5）。結(jié)果表明，公園內(nèi)部空氣溫度與濕度之間表現(xiàn)出較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系，并且與植被分布具有較好的一致性，而空氣的溫、濕度與水體分布并沒(méi)有較好的吻合關(guān)系。分別選取位于公園內(nèi)部水體、草地、林地三處實(shí)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在地表溫度變化上（圖6），水體溫度變化最為平緩，相較于樹(shù)蔭下的林地，草地由于直接接受太陽(yáng)輻射，其地表溫度呈現(xiàn)顯著的先增后減趨勢(shì)。在空氣溫度變化上（圖6），三處實(shí)測(cè)點(diǎn)的空氣溫度差異較小，只有在下午15∶00左右其差異達(dá)到最大值（1.1 ℃），空氣溫度最高為水體測(cè)點(diǎn)處（10.6 ℃），最低為草地測(cè)點(diǎn)處（9.5 ℃）。在濕度變化上（圖7），雖然三處測(cè)點(diǎn)均呈現(xiàn)先減后增趨勢(shì)，并且林地＞水體＞草地，但在下午15∶00過(guò)后，草地的濕度迅速回升并超過(guò)林地和水體。這表明，雖然水體由于其較大的比熱容，可以吸收大量的熱量，并通過(guò)蒸發(fā)作用將熱量釋放出去，但其降溫增濕效應(yīng)有限。綠地由于較大的葉面積指數(shù)，強(qiáng)烈的蒸騰作用加之豐富的植被空間層次，使得其降溫增濕效應(yīng)顯著高于水體。

2.3 公園外部空間形態(tài)對(duì)降溫效應(yīng)影響

重慶屬于典型的山地城市，高層高密度的建筑加之劇烈的地形起伏變化，使得地表空間形態(tài)更為復(fù)雜。公園主要通過(guò)空氣流通來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)附近區(qū)域的降溫增濕效果，公園外部自然地形起伏、人工建筑空間形態(tài)所產(chǎn)生的廊道或風(fēng)墻[22-23]，在一定程度上加速或阻礙局部范圍內(nèi)的空氣流動(dòng)，從而影響公園的降溫效應(yīng)。

2.3.1 自然地表形態(tài)對(duì)降溫效應(yīng)影響

圖6 測(cè)點(diǎn)地表溫度及空氣溫度變化Fig.6 the change of land surface temperature and air temperature

圖7 測(cè)點(diǎn)空氣濕度變化Fig.7 the change of air humidity

通過(guò)對(duì)10個(gè)公園的現(xiàn)場(chǎng)踏勘，公園及其周邊的自然地表形態(tài)可以歸類(lèi)劃分為盆地型、平地型、山地型三類(lèi)（表3）。為了分析自然地表形態(tài)對(duì)公園降溫效應(yīng)的影響，首先提取并計(jì)算每個(gè)格網(wǎng)內(nèi)的LST、高程、坡度、坡向值等，使用SPSS對(duì)各參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性系數(shù)分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)LST與地表高程、坡度、坡向等之間均沒(méi)有顯著的相關(guān)關(guān)系，這說(shuō)明，由高程、坡度、坡向等影響的建設(shè)強(qiáng)度（人為熱）或太陽(yáng)輻射量（自然熱）之間的差異較為微弱。

表3 公園類(lèi)型Tab.3 the type of urban park

圖8 公園周邊建筑布局形態(tài)Fig.8 the layout of building around urban park

圖9 公園周邊建筑群與公園圍合關(guān)系及降溫效應(yīng)分析Fig.9 the relationship between urban park and its surrounding building

為進(jìn)一步分析自然地表形態(tài)與公園降溫效應(yīng)之間的關(guān)系，以面積較大且地形起伏變化較大的彩云湖公園（盆地型）、華巖寺公園（山地型）為例，以公園邊界為起點(diǎn)，分別向幾個(gè)主要的地表形態(tài)變化方向作提取線，提取所經(jīng)過(guò)格網(wǎng)內(nèi)的LST值、L值、高程值，使用三次函數(shù)求拐點(diǎn)的方式求取公園在不同地表形態(tài)方向上的最大降溫范圍。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，彩云湖濕地公園在垂直山脊方向的最大降溫范圍為87 m，在平行山脊的峽谷方向上最大降溫范圍為136 m；而華巖寺公園位于低洼谷地與平地交界處，地形復(fù)雜，華巖寺公園在平地方向上的最大降溫范圍為384 m，在谷地方向上的最大降溫范圍為609 m。這表明，地形起伏變化確實(shí)在一定程度上影響公園的降溫范圍，公園外部地形上升并與公園呈圍合之勢(shì)時(shí)，山脊影響并阻礙了公園內(nèi)外空氣流通交換，迫使公園內(nèi)部泠空氣向地形相對(duì)較低的峽谷方向流動(dòng)，從而在整體上縮減了公園降溫影響范圍；公園外部地形下降使得公園呈開(kāi)敞之勢(shì)時(shí)，不僅有利于公園內(nèi)外空氣流通交換，而且與泠空氣流動(dòng)方向一致，從而使公園降溫影響范圍更廣。

2.3.2 公園周邊建筑空間形態(tài)對(duì)降溫效應(yīng)影響

公園周邊建筑空間形態(tài)是影響公園降溫效應(yīng)的另一重要因子，尤其是在山地城市用地緊張的情況下，高層高密度建筑所形成的建筑“風(fēng)墻”對(duì)公園的熱環(huán)境效應(yīng)影響更為顯著。結(jié)合Google Earth影像及現(xiàn)場(chǎng)踏勘，發(fā)現(xiàn)公園周邊建筑不僅由于其本身圍合方式（排列型、組團(tuán)型、無(wú)序型）的差異導(dǎo)致空間形態(tài)的分異（圖8），而且整體建筑群的布局方式也與公園之間產(chǎn)生了不同的空間圍合關(guān)系（圍合、半圍合、開(kāi)放）（圖9）。

以公園周邊建筑圍合及空間形態(tài)較為典型的花卉園、百林公園和沙坪公園為例，以公園邊界為起點(diǎn)，分別沿東、南、西、北四個(gè)方向作溫度提取線，提取所經(jīng)過(guò)的每個(gè)格網(wǎng)內(nèi)LST值、L值、建筑密度值。使用三次函數(shù)求拐點(diǎn)的方式求取公園在不同方向上的最大降溫范圍。

花卉園在東面方向上，建筑呈排列型布局并且與公園形成半圍合之勢(shì)，建筑與綠地相互穿插交織，形成若干通風(fēng)廊道，在此方向上的影響范圍最遠(yuǎn)（480 m）。在南面（249 m）和西面（266 m）方向上，山巒及建筑布局的多樣變化，均不同程度的阻礙了公園內(nèi)部空氣往外流通，公園影響范圍較弱。而在公園北面的方向上，建筑布局較為規(guī)整，并且平行于公園邊界排列，與公園之間的空間圍合感較強(qiáng)，但有一條正對(duì)公園的通風(fēng)廊道，公園泠空氣可以有效流通并穿越，公園在此方向上的降溫范圍次之（284 m）。

百林公園周邊建筑布局規(guī)整，呈顯著組團(tuán)式布局，在東（181 m）、南（192 m） 兩個(gè)方向上各有一條城市主干道、城市快速道路橫穿而過(guò)，大量汽車(chē)經(jīng)過(guò)釋放的熱量，極大影響了公園的降溫效應(yīng)。西面僅有一條城市支路，車(chē)流量較少，且有一條垂直于公園的支路，在此方向上的降溫影響范圍有所提升（235 m）。北面方向?yàn)閺V場(chǎng)開(kāi)放空間，公園降溫影響范圍最遠(yuǎn)（318 m）。

沙坪公園為典型圍合型公園，周邊建筑大多無(wú)序布局排列，空間形態(tài)散亂。在公園東面方向，雖然建筑圍合程度較高，但相對(duì)開(kāi)敞的公園主入口為空氣流通提供了便利，在此方向上的降溫影響范圍為118 m。在公園南面方向上，建筑緊密穿插，建筑“風(fēng)墻”效應(yīng)較強(qiáng)，沒(méi)有穩(wěn)定的降溫效應(yīng)。公園西面，建筑密度雖然有所降低，但高、低層建筑此起彼伏，只有微弱的降溫效應(yīng)（53 m）。在公園北面方向上，建筑密度顯著降低，并且有較寬的通風(fēng)廊道，降溫影響范圍最大（186 m）。

由此可知，在公園外部空間上，通風(fēng)廊道可以有效提升公園的降溫范圍，但在高密度城區(qū)內(nèi)，由道路或綠地形成的通風(fēng)廊道有限，公園降溫范圍更多的是受建筑空間形態(tài)的影響。相比于無(wú)序布局建筑所形成的“風(fēng)墻”，規(guī)則布局的建筑更有利于空氣流通，從而使得公園降溫影響范圍更遠(yuǎn)。

3 結(jié) 論

從公園內(nèi)部景觀特征上看，公園的降溫效應(yīng)主要受公園面積和寬度的影響，公園的最大降溫影響范圍大約是1倍公園寬度。雖然公園降溫效應(yīng)隨公園面積的增大而逐漸增加，但是面積越大的公園其單位面積上的降溫效應(yīng)越低，多個(gè)小型公園比同面積的一個(gè)大公園具有更好的降溫效應(yīng)。形狀簡(jiǎn)單的公園能較好維持內(nèi)部溫度，適用于休憩型公園規(guī)劃設(shè)計(jì)，而形狀復(fù)雜的公園具有較好的降溫效應(yīng)，適用于生態(tài)型公園規(guī)劃設(shè)計(jì)；綠地的降溫效應(yīng)顯著高于水體。從公園外部空間形態(tài)上看，由自然地形起伏形成的峽谷或山脊，加速或阻礙空氣流通，從而影響公園的降溫范圍，山地型公園比盆地型公園具有更好的降溫效應(yīng)；公園周邊建筑圍合及空間形態(tài)顯著影響公園降溫范圍，少量正對(duì)公園的通風(fēng)廊道及規(guī)則布局的建筑形態(tài)可以有效提升公園降溫范圍。

山地城市在進(jìn)行公園規(guī)劃時(shí)，應(yīng)充分利用地形優(yōu)勢(shì)，形成公園綠地與建設(shè)用地相互穿插、分散布局城市空間形態(tài)。同時(shí)針對(duì)公園綠地的使用對(duì)象及功能對(duì)公園綠地面積、形態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，休憩型公園綠地集中規(guī)則布局，生態(tài)型公園綠地多樣分散布置。山地建筑在因地就勢(shì)的前提下，建筑群盡量呈規(guī)則組團(tuán)布局，通過(guò)綠地廊道串聯(lián)各組團(tuán)，以最大化發(fā)揮公園綠地的降溫生態(tài)效應(yīng)，緩解城市熱島效應(yīng)。

[1] 王寶鑒, 宋連春, 張強(qiáng), 等. 石羊河流域水資源對(duì)氣候變暖的響應(yīng)及對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展, 2007, 22(07): 730-737.

[2] 王靜, 常青, 柳冬良. 早春草本植物開(kāi)花物候期對(duì)城市化進(jìn)程的響應(yīng)——以北京市為例[J].生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 34(22): 6701-6710.

[3] 肖榮波, 歐陽(yáng)志云, 李云峰, 等. 城市熱島的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2005, 25(08): 2055-2060.

[4] WILSON B. Urban form and residential electricity consumption: Evidence from Illinois, USA[J]. Landscape and Urban Planning, 2013, 115(07): 62-71.

[5] CORBURN J. Cities, Climate change and urban heat Island mitigation: localising global environmental science[J]. Urban Studies, 2009, 46(02): 413-427.

[6] FOUILLET A, REY G, LAURENT F, et al. Excess mortality related to the August 2003 heat wave in France[J]. International Archives of Occupational and Environmental Health, 2006, 80(01): 16-24.

[7] 楊續(xù)超, 陳葆德, 胡可嘉. 城市化對(duì)極端高溫事件影響研究進(jìn)展[J]. 地理科學(xué)進(jìn)展, 2015, 34(10): 1219-1228.

[8] 埃維特·埃雷爾, 戴維·珀?duì)柲绿? 特里·威廉森. 城市小氣候——建筑之間的空間設(shè)計(jì)[M]. 葉齊茂, 倪曉暉, 譯. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2014.

[9] 郭偉, 申屠雅瑾, 鄧巍, 等. 城市綠地對(duì)小氣候影響的研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)環(huán)境, 2008(06): 2520-2524.

[10] GOBER P, BRAZEL A, QUAY R, et al. Using watered landscapes to manipulate urban heat island effects: how much water will it take to cool Phoenix?[J]. Journal of the American Planning Association, 2009, 76(01): 109-121.

[11] CHANG C R, LI M H, CHANG S D. A preliminary study on the local coolisland intensity of Taipei city parks[J]. Landscape and Urban Planning, 2007, 80(04): 386-395.

[12] FEYISA G L, DONS K, MELBY H. Efficiency of parks in mitigating urban heat island effect: An example from Addis Ababa[J]. Landscape and Urban Planning. 2014, 123(02): 87-95.

[13] CAO X, ONISHI A, CHEN J, et al. Quantifying the cool island intensity of urban parks using ASTER and IKONOS data[J]. Landscape and urban planning, 2010, 96(04): 224-231.

[14] 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, 34(12): 3179-3187.

[15] 楊永川, 齊猛, 楊柯, 等. 重慶都市區(qū)人工湖的熱濕效應(yīng)研究[J]. 西部人居環(huán)境學(xué)刊, 2015, 30(03): 77-81.

[16] 韓貴鋒, 葉林, 孫忠偉. 山地城市坡向?qū)Φ乇頊囟鹊挠绊憽灾貞c市主城區(qū)為例[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 34(14): 4017-4024.

[17] 國(guó)家統(tǒng)計(jì)局. 重慶市統(tǒng)計(jì)年鑒[M]. 北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社, 2014.

[18] LI C, YU C W. Mitigation of urban heat development by cool island effect of green space and water body[J]. Lecture Notes in Electrical Engineering, 2014(261): 551-561.

[19] 鄧書(shū)斌, 陳秋錦, 杜會(huì)建, 等. ENVI遙感圖像處理方法[M]. 北京: 高等教育出版社, 2014: 422-424.

[20] 蘇泳嫻, 黃光慶, 陳修治, 等. 廣州市城區(qū)公園對(duì)周邊環(huán)境的降溫效應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 30(18): 4905-4918.

[21] BOWLER D E, BUYUNG-ALI L, KNIGHT T M, et al. Urban greening to cool towns and cities: A systematic review of the empirical evidence[J]. Landscape and urban planning, 2010, 97(03): 147-155.

[22] HATHWAY E A, SHARPLES S. The interaction of rivers and urban form in mitigating the Urban Heat Island effect: A UK case study[J]. Building and Environment, 2012, 58(12): 14-22.

[23] WONG M S, NICHOL J E, NG E. A study of the “wall effect” caused by proliferation of high-rise buildings using GIS techniques[J]. Landscape and Urban Planning, 2011, 102(04): 245-253.

圖表來(lái)源：

圖1-9：作者繪制

表1-2：作者繪制

Impact of Mountain Urban Park Form on Cooling Effect

HAN Guifeng, CAI Zhi

In order to study the mechanism that mountain urban park mitigate urban heat island effect, 10 parks in main city of Chongqing were taken as examples, remote sensing data collected by Landsat and measured data were used to analyze cooling effect from landscape feature inside the parks and building form around the parks respectively. The results show that: (1) park area, width and landscape shape index (LSI) are the main factors which obviously influence the cooling effect of urban park, and small area parks have better cooling effect than a large urban park with the same area as the total area of small parks. (2) Terrain and building space form also have a great impact on urban park cooling effect, ventilation corridor and geometry building layout can effectively promote the cooling effect of urban park, and mountain park has a better cooling effect than basin. In order to make the best cooling effect of urban park, area, layout and their combination should be considered comprehensively in urban planning.

Urban Park; Urban Heat Island; Cooling Effect; Mountain City; Park Form

P463.22+1

A

2095-6304（2016）06-0061-08

10.13791/j.cnki.hsfwest.20160611

2016-11-22

（編輯：劉志勇）

* 國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41001364）

韓貴鋒： 重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，山地城市建設(shè)與新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，副教授，hangf@cqu.edu.cn

蔡 智：重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，碩士研究生

韓貴鋒, 蔡智. 山地城市公園形態(tài)對(duì)其降溫效應(yīng)的影響[J]. 西部人居環(huán)境學(xué)刊, 2016, 31(06): 61-68.