基于國家自然科學基金面上項目的城市綠色空間前沿研究分析：熱點與方法

戴菲 畢世波 陳明

在空氣污染、城市熱島效應等環境生態問題頻發的背景下，城市綠色空間的稀缺性和重要性越發凸顯。作為城市重要的基礎性要素，城市綠色空間屬于三維空間概念，不僅包含立體空間中的綠化環境，還包含二維平面的城市綠地。

近年來，城市綠色空間研究取得了豐碩的成果。通過中國知網檢索的11篇（截至2020年9月）相關綜述文獻中2篇為總體性綜述，主要定性描述城市綠色空間的部分內容或從地理學視角論述其概念的演化等問題[1-2]。其他綜述則主要關注城市綠色空間的公眾體力活動、可步行性、熱舒適等某一微觀視角[3-6]。總體而言，關于綠色空間的總體性論述較少，主要是對2017年以前的文獻進行了分析且未涉及研究方法的論述。

此外，國家自然科學基金（National Natural Science Fund of China, NSFC）項目能體現學科發展前沿，其中的青年科學基金項目成果于《中國園林》雜志已有專題論述，但尚未有關于面上項目成果的論述。面上項目能體現學科研究前沿的熱點動態與技術方法，通過對NSFC面上項目產出成果的分析有助于深入探討其推動學科領域發展的現狀及走向[7]1，技術方法的分析則有助于明晰某一主題成果的產生機制，并對后續研究有著重要的指導作用。

基于此：1）本研究擬對2016年來，與城市綠色空間相關的NSFC面上項目成果進行綜述；2）除研究熱點的論述外重點對相應技術方法進行分析、歸類與總結。最終既能為面上項目申請提供借鑒，還能為宏觀把握城市綠色空間研究的整體動向及后續研究提供思路與方法引導。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

1）于2020年9月通過中國知網（CNKI）數據庫，選擇“城市‘并含’綠色空間”為檢索詞進行期刊檢索，設定發表時間為2016—2020年9月，同時為保證文獻的全面性，選擇“全文”檢索，共獲得6 074篇文獻；為保證文獻的借鑒價值，限定期刊類型為“核心期刊、CSSCI、CSCD”，獲取文獻1 365篇，通過標題與摘要閱讀獲得711篇與城市綠色空間相關（包含城市綠地、公園等）的文獻。

2）地學、生態學、風景園林學與林學均涉及綠色空間研究，但相對而言前兩者研究區域較廣。與“城市”綠色空間相關的研究主要涉及風景園林學與林學2個學科，故以與之密切相關的3個學科代碼①（C161203園林規劃與景觀設計、C161202城市園林與功能、E080202風景園林規劃設計與理論）下的NSFC面上項目支持下的成果為重點分析對象[7]2。經統計近5年（2015—2019年）面上項目共96項，其中52項與城市綠色空間相關，而后依托其編號進一步篩選并去重，共獲取面上項目支持的241篇核心成果作為本研究的主要分析樣本。

1.2 研究方法

CiteSpace工具能以圖譜的形式呈現某領域的研究情況，受到廣泛運用。其時間線圖（timeline view）能反映相應時間點的研究重心，關鍵詞可視化能反映某研究領域的主題。基于此，首先結合NSFC面上項目支持下的成果的關鍵詞圖譜歸納主要研究主題，并通過內容分析法分析其主要研究熱點與相應技術方法。其次，通過CiteSpace的時間區域圖（timeline zone）探究城市綠色空間研究的新興趨勢。

2 NSFC面上項目整體研究分析

2.1 NSFC面上項目數量統計及產出成果數量變化

2015—2019年間的52項與城市綠色空間相關的NSFC面上項目中，C161203、C161202與E080202分別有17、10、25項，說明城市綠色空間是3個學科（尤其風景園林規劃設計與理論）的重要關注對象。其中，C161203學科代碼下與城市綠色空間相關的立項數占其總數的73.91%，2019年為8項（圖1），較以往明顯增多。說明該學科對城市綠色空間的重視程度不斷增加，這為相應面上項目的申請提供了方向。

1 各年份NSFC項目數量及其占該學科項目總數的比例The number of NSFC programs in each year and their proportion to the total number of programs in the discipline

整體而言，研究時段內面上項目支持下的成果數量呈明顯上升趨勢，2020年的成果截至9月已超過了2019年整年的數量，體現了NSFC面上項目的研究主題持續性較強。此外，依托NSFC面上項目的文獻約占總量（711篇）的33.90%，而2020年則占總量的53.79%。說明NSFC面上項目是城市綠色空間研究領域的重要貢獻來源，且作用日益凸顯（圖2）。

2 NSFC面上項目成果及其占總體成果的比重The number of articles from the NSFC and their proportion to the total number of articles

2.2 NSFC面上項目支持下成果的主要研究主題

依據關鍵詞的可視化圖譜發現NSFC面上項目支持下的成果中，城市綠色空間研究類型以公園綠地及其可達性、綠色基礎設施、綠地系統等為主。結合文獻內容與關鍵詞線圖及其聚類結果的分析，歸納出7個主題：1）城市綠色空間調節微氣候；2）城市綠色空間緩解大氣污染；3）城市綠色空間的生態系統服務評估；4）城市綠色空間促進公眾健康；5）城市綠色空間景觀格局；6）城市綠地率；7）城市綠色空間理論研究（表1）。

表1 NSFC面上項目成果的主要關鍵詞及相應的研究主題Tab.1 Main keywords from articles based on NSFC and the corresponding research topics

3 城市綠色空間研究主題的熱點與技術方法

3.1 城市綠色空間調節微氣候

3.1.1 溫濕度與風速

微氣候是指在具有相同大氣候特點的范圍內，由于下墊面條件、地形、方位等各種因素不一致而在局部地區形成的獨特氣候狀況[8]，是溫度、濕度、風速、風向及太陽輻射等綜合作用的結果。近年來城市綠色空間調節微氣候的研究以溫濕度、風速為主，關注風向、太陽輻射的研究相對較少。

一方面，研究主要圍繞不同的城市綠色空間類型（城市公園、林帶、道路綠帶）的形態、面積等指標與溫濕度之間的關系進行[9]，如研究發現綠地組合模式具有明顯的降溫效應，可有效改善住區熱環境[10-11]。另一方面，植物及群落對外部風濕環境的影響也是研究的重點。如趙曉龍等[12]發現，寒地城市中，低矮喬木對近地面風速的降低程度高于高大喬木。為營造良好的寒地風環境，可選擇整體高度在10～15 m之間、寬度約85 m的群落形態模式。

但一定程度上，受研究方法的限制，城市尺度的綠色空間與微氣候關系的研究相對較少，而既有用于研究城市熱島效應的氣象預報軟件（The Weather Research and Forecasting Model, WRF）及其耦合的城市冠層模型（Urban Canopy Model, UCM）可為城市尺度的微氣候研究提供借鑒方法[13]。

3.1.2 實測與模擬

城市綠色空間微氣候調節的研究多集中于城市環境，以實測與數值模擬為主要技術方法。實測方面，以多點同步定點監測與移動監測2種方式為主。通常借助如手持式熱敏感風速儀、黑球溫度自記儀及小型移動氣象站等儀器，實地測量溫濕度等氣候因子。基于此，一方面，通過回歸分析確定不同城市綠色空間中實際熱中性溫度和熱舒適范圍或通過Ray Man軟件基于人群活動空間的生理等效溫度、預測平均投票和通用熱氣候指數等指標計算熱舒適值[5]102。另一方面，還能通過Ecotect、Phoenics[14]等軟件計算城市綠色空間微氣候情況。

在運用模擬法的研究中，ENVI-met模擬軟件運用較廣泛[15]，少量研究通過COMFA、SOLWEIG②模擬軟件進行[5]103。通過模擬軟件內置環境可設定不同的數值，獲得虛擬城市綠色空間的風速、溫濕度等氣候條件并可靈活調整環境值，為科學研究提供了極大的便利。

隨著科學技術的進步，以往問卷結合實測為主的微氣候研究方法正逐漸轉變為實測結合模擬為主，如張風和李利[16]通過實測與ENVI-met軟件模擬研究了喬草、灌草等不同群落的溫濕度氣候因子。這有助于解決單純模擬法因無法完全復原自然環境而導致的虛擬環境與現實環境存在較大偏差的問題。

3.2 城市綠色空間緩解大氣污染

3.2.1 AOD與PM2.5

通過優化城市綠色空間能有效緩解大氣污染。既有相關研究主要集中在AOD與顆粒物（PM2.5為主）2方面。AOD能在一定程度上反映區域空氣污染程度，既有研究主要為市域尺度景觀格局指數與AOD的相關分析。

顆粒物則主要以中觀街區尺度與微觀植物視角研究為主。具體而言，主要涉及不同類型的城市綠色空間（如城市公園）的不同指標（如綠化覆蓋率、綠地格局等中觀層面，植物及其群落等微觀方面）與PM2.5的關系及其消減效應。相關研究多以評估不同城市綠色空間類型、季節、植被分布滯留PM2.5的功能等理論研究為主。既有研究發現，在中觀尺度，普通的直徑1 000 m的城市街區中，綠化覆蓋率每提高10%，可降低PM2.5濃度約7.58%[17]。微觀方面，植物通過發揮阻攔、吸附、沉降等作用可有效消減PM2.5[18]，且植物葉片主要通過上表皮吸附顆粒物[19]。

總體來看，在顆粒物污染方面應加強理論成果的轉化。可結合綠地形態與數量對PM2.5的消減效應探索城市綠色空間優化實踐途徑，還可與交通規劃部門合作，將如“40%綠地率的兩板三帶式道路對人行道PM2.5濃度消減效果最佳”的理論成果應用于道路規劃實踐中。

3.2.2 實測及模擬與遙感反演

實測法主要應用于城市公園、林帶等中觀尺度與微觀植物層面。中觀尺度，通過手持式粉塵儀（如MetOne、TSI8532等），依據設定線路移動測量獲取不同城市綠色空間（公園、林帶、道路綠帶）中PM2.5等顆粒物數據[20]；也可通過設置固定監測點或通過國控監測點獲取顆粒物數據。并基于ENVI、ArcGIS等軟件，獲取如植被覆蓋、群落類型、綠地核心等城市綠色空間數量或形態指標數據，進而進行相關或回歸等分析。

微觀層面，對于植物滯塵能力的研究，采用洗脫法和質量差值法，通過掃描電子顯微鏡、掃描探針顯微鏡和Image J軟件等觀察和分析葉表面結構并測定葉表面粗糙度、葉毛數量、氣孔大小和氣孔密度，獲取相應數據。通過相關分析，既可研究不同植物滯塵水平的差異，還可研究同種植物不同時間的滯塵水平[21]。

模擬與遙感反演法在街區、小區或綠帶等中觀尺度的研究較多。如郭曉華等[22]首次將ENVI-met運用于城市道路斷面綠帶模擬，量化其對PM2.5消減的效果。遙感反演則可對市域宏觀尺度城市綠色空間進行研究。目前AOD的遙感算法中暗像元算法應用廣泛，可通過歸一化植被指數作為獲取植被覆蓋度反演的基礎數據，并將獲得的結果與顆粒物污染數據進行相關分析[23]。

3.3 城市綠色空間的生態系統服務評估

3.3.1 生態系統服務的數量與價值評估

當前，供需矛盾與人地關系失調成為城市綠色空間生態系統服務提升面臨的重要問題。鑒于此，一方面生態系統服務的數量、價值及城市綠色空間的可達性研究能為此類問題的解決提供基礎依據，成為當前的主要研究對象。另一方面，生態修復作為提升城市綠色空間生態系統服務能力的方法，亦成為近年的研究重點[24]。有學者從提升居民福祉、郊野公園等方面提供了生態修復思路[25]421。

然而，生態系統的演替受人類影響日益顯著，導致當今的生態修復環境較以往更加復雜化。這意味著作為提升其服務能力的生態修復思路需要探索，但目前的相關研究還處于起步階段，主要體現在修復的城市綠色空間對象與生態修復理念2方面。

首先，目前的生態修復多是圍繞對某一實踐案例的解析進行的，體現的是對已受到破壞或干擾的環境進行的以“恢復”為主要表征的生態修復邏輯。相較而言，只有少數學者針對生態條件優越的場地提出了生態優化策略。

其次，作為一種新興的生態修復方法，“再野化”與傳統生態修復不同，其更強調生態系統的復雜性、自主性、動態性和不可預測性，是一種以過程為導向的提升城市綠色空間生態系統服務的新方法。這為提升復雜環境的生態系統服務能力提供了思路，但國內尚未對其進行深入研究[26]。

3.3.2 InVEST模型評估及模擬預測

城市綠色空間生態系統服務的研究方法主要體現在評估生態系統服務的數量及其空間分布、價值、可達性與模型預測方面。其中InVEST工具運用最為廣泛，該工具包括水源涵養、水土保持、碳儲量、生境質量等多種評估模塊。

數量方面，如陳昳等[27]利用InVEST模型評估了舟山群島總碳儲量、土壤保持量及水源涵養量。而InVEST結合無人機獲取數據、興趣點（point of interest, POI）數據和土地利用類型解譯的數據，能直觀地評估生態系統服務數量的空間分布情況。在價值研究方面則通常基于功能分類與價值分類2種分類方法進行分析。在可達性方面，多通過兩步移動搜索法、行政或統計單元計算法、最小鄰近距離法、服務區法和引力模型法評估城市綠色空間的可達性[25]423。而模擬預測方面，最大熵模型可用來識別不同生態系統服務類型的城市綠色空間區位[28]，還可通過CA-Markov模型、i-Tree軟件組件預測城市綠色空間變化，從而判斷其生態系統服務功能的發揮情況[29]。

3.4 城市綠色空間促進公共健康

3.4.1 影響公共健康的機制與健康空間營造

就公共健康而言，城市綠色空間在增強人的免疫力、緩解精神疲勞等方面有重要作用。有學者基于居民、老年人等人群視角，從生理、心理、社會等方面研究了城市綠色空間對公眾健康的影響機制[30]，并認為城市綠色空間通過提供社交場所能緩解心理壓力[31]，但對此尚存有爭議。如Yang等[32]認為，一定程度上社會交往可作為城市綠色空間促進心理健康的媒介。然而Ruijsbroek等[33]研究發現沒有任何證據能表明社會交往是城市綠色空間與心理健康之間的潛在橋梁。當然，這可能與各學者研究的城市綠色空間尺度、區位等因素相關。總體而言，城市綠色空間促進公共健康的潛在機制有待進一步研究。

就城市綠色空間類型而言，以綠道、濱水空間、城市公園等促進公共健康的研究取得了豐碩成果，且在城市公園方面的研究較多。慢行綠道除了能滿足交通功能外，還注重滿足居民停留、交流等活動需求[34]，促進了人們的社會交往。基于城市綜合活力提升的濱水綠道建設，則依托水資源營造活力景觀帶提供游憩空間[35]。而城市公園的數量及較優的可達性、可連通性、可步行性能提升公眾的使用頻度，對公共健康有重要影響[36]。

在城市綠色空間指標方面，可達性對公共健康的影響研究相對最豐富，但多關注綠色空間與居住區的距離及綠地面積等指標[25]427，對綠色空間內部的質量指標（如生物多樣性）研究較少。此外，可達性以城市公園為主要對象，而社區綠地等其他綠色空間類型的研究應予以強化。

3.4.2 模型計算及問卷與訪談

在公共健康方面的研究方法包含以城市綠色空間客體為研究對象的模型計算與以公眾主體為對象的問卷與訪談2種方法。首先，在城市綠色空間（城市公園為主）可達性方面，空間句法、引力勢能、緩沖區和最小成本路徑相結合3種基于地理信息系統（Geographic Information System, GIS） 平臺的模型、 兩步移動搜索法（Two-Step Floating Catchment Accessibility, 2SFCA）及POI數據[37]運用較廣泛。其次，結構方程模型分析方法也被用于人群對其使用空間的滿意度的研究中[38]。通過定義潛變量與相應的觀測變量構建初始模型，并結合李克特量表進行問卷調查，而后可利用AMOS軟件獲得結構方程模型。此外，知覺恢復量表在城市公園恢復性評估中的適宜性得以驗證[39]，也為之提供新的研究途徑。

3.5 城市綠色空間景觀格局

3.5.1 景觀格局的動態演化及其與生態環境問題的交叉研究

近5年城市綠色空間景觀格局（landscape pattern, LP）的成果中被引頻次最高的與城市內澇相關[40]。但整體而言主要集中在LP的演化特征與優化策略方面，其中基于時間維度的LP動態演化是研究的重點，且2019年被引頻次較高的文獻均與LP的演化特征有關，說明LP的動態演化分析是研究的熱點方向；另外，LP與城市熱環境、顆粒物及微氣候的關聯性研究亦有部分成果。

3.5.2 景觀格局指數分析與形態空間格局分析

在LP特征判斷方面，主要基于遙感影像解譯，通過Fragstats軟件計算如景觀類型百分比指數、最大斑塊指數、密度指數等指標進行研究。若涉及熱環境則一般通過地表溫度反演、熱紅外數據等方式獲取溫度數據，進而進行相關或多元回歸等分析[41]。

近年來，形態空間格局分析方法從生態學方向為LP研究提供了新視角。有研究將其與最小成本路徑、最小累積阻力（Minimum Cumulative Resistance, MCR）模型、空間句法等方法結合對LP的連通性或演化情況進行分析并提出相應建議[42]。但該方法的不足在于將前景像元集視為同一種土地利用類型，該方法作用與意義主要發生在生態層面，因而不能反映綠地的功能問題，也就難以提出在實踐中行之有效的空間管控策略。

3.6 城市綠地率

3.6.1 城市綠地率的時空差異及其動態演化

建成區城市綠色空間研究較為集中，主要圍繞綠地率指標進行。城市綠地率的時空差異及其動態演化是研究的重點與熱點方向，涉及國土、省域、市縣等不同的尺度。此外，在城市綠地率的影響因素及其對空氣污染的影響方面也有相應的研究。但“人均綠地面積”和“人均公園綠地面積”是衡量城市綠色空間建設水平的另外2個重要指標，如何通過這2個指標評價城市綠色空間的建設水平有待開展。

3.6.2 差異分析和空間分析

差異分析和空間分析是研究城市綠地率的常用方法。首先，絕對差異（如極差、平均差等）與相對差異（如變異系數、極值差率、錫爾系數等）是衡量時空差異與演化的常用方法，如徐驊和劉志強[43]采用極差對中國城市綠地率進行分析。其中，用錫爾系數衡量區域差異得到較多運用。年均遞增擴展速度、擴展系數能衡量水平時空演變，偏態系數則可揭示不同城市綠地率相對其平均數的大小分布情況。其次，ESDA-GIS方法能揭示研究對象間的空間聯系[44]。既有研究通常采用ESDAGIS的全局空間自相關分析城市綠地率在空間上的平均關聯與差異程度，采用ESDA-GIS的局部空間自相關散點圖反映某市城市綠地率與其市域空間滯后變量之間的相關關系，采用空間關聯局域指標來揭示綠地率局部空間相關性及差異程度[45]。而在影響綠地率演化的原因方面研究通常采用地理探測器（因子探測與交互探測）、回歸分析等方式開展[46]。

3.7 城市綠色空間理論研究

城市綠色空間理論研究多表現為基于相關理念、規劃體系、技術規范的梳理構建城市綠色空間規劃理論框架。如人居環境的“二元論、三元論”為城市綠色空間品質提升提出了新的理論依據。再如海綿城市、城市雙修、公園城市為其治理提供了持續性的理念指引，從關注城市“水環境”到“生態與建筑環境”再發展為以“人”為核心的新型城市建設思想，體現了城市綠色空間品質提升理念由環境客體向公眾主體的轉變與不斷完善。因理論探討較少涉及具體的技術方法，故本研究不予論述。

3.8 主要研究熱點與相應技術方法總結

總體來看，近年來城市綠色空間的功能研究受到更多的關注，包含了城市綠色空間調節微氣候、緩解大氣污染、促進公共健康4個子方向并取得了豐碩成果。相較而言，關注城市綠色空間結構與指標等研究相對較少。這反映了當下城市綠色空間學科交叉研究的趨勢。這既與當今環境提升的客觀需求相關，也體現出城市綠色空間研究響應國家政策的積極性。此外，技術方法呈現出多樣化、技術化特征，各主題總體呈現“實證（實測或訪談）與依托計算機技術的模擬、預測或模型評估相結合”的研究趨勢（表2）。

表2 NSFC面上項目支持下的成果的總結Tab.2 Summary of the articles based on the NSFC general program

4 研究展望

根據NSFC面上項目產出成果的時間區域圖，重點分析2020年的關鍵詞，發現AOD、公園城市、國土空間規劃為研究的新興領域，在未來一段時間內有著持續的研究前景。但AOD在前文已有說明，本節重點論述后兩者。

4.1 公園城市的建設途徑

整體而言，目前公園城市的研究內容包含對“公園城市”理念的解析及其建設途徑的探索2方面。“生態文明”和“以人民為中心”是公園城市的核心理念。自2018年2月提出以來，學界從國內外視角梳理公園城市的淵源與理論基礎，并對其內涵進行了辨析。此外，基于公園城市理念的濱水空間營造、公園建設、社區綠地微更新等多方面已初有成果[47]。但體現出的仍是“自下而上的‘拼湊’”式的綠色空間建設模式，即基于各自領域在城市綠色空間中進行不同子空間的建設，彼此間并未有統一的建設指引。這很大程度上是因為“公園城市”理念尚未達成共識。如部分研究針對其字面意思進行過度解讀，但“‘公園城市’不只是‘一公’‘三生’分析，也不是‘公’‘園’‘城’‘市’的拆分組合……”[48]。

因此，加強對“公園城市”的內涵及其建設維度的解析仍是當下的重要議題之一。此外，“一張藍圖”的國土空間規劃為不同城市綠色空間的建設提供了“自上而下”的統一指引，有助于解決“拼湊”式的城市綠色空間建設現狀。嚴格落實國土空間規劃可視為公園城市建設的重要基礎與前提。

4.2 風景園林規劃理論框架與國土空間規劃體系的對接

國土空間規劃下的風景園林主要圍繞生態建設、國家公園和空間規劃展開。有學者通過梳理相關的政策法規和研究文獻對國土空間規劃背景下的風景園林發展動態進行系統綜述，從自然保護地體系、生態資源的整合等方面提出了未來發展的思考[49]。建立國家公園體制，依據“雙評價”是梳理城市綠色空間核心生態資源的有效途徑。但“雙評價”一定程度上回答的是國土空間規劃編制過程中“何處適合發展”以及“以何種強度開發”的問題，忽視了景觀自身特性。景觀性格評價方法可回答“如何保護或開發”的問題，能挖掘國土空間自身的獨特價值以彌補“雙評價”的不足[50]。

就風景園林的發展，加強與國土空間規劃體系的法定化對接是當下的重要研究方向之一。因國土空間規劃涉及“五級三類”等多尺度、多層次的劃分，相應的法規政策出現了多而脫節的局面，導致了多規沖突產生的自然資源浪費和利用效率低下的問題。因此，應加快厘清基于“雙評價”的風景園林規劃新框架，實現與國土空間規劃體系的法定化對接。而隨著《市級國土空間總體規劃編制指南（試行）》的出臺，市域尺度的風景園林規劃與之如何銜接也成為亟待展開的方向。

注釋(Notes)：

① 3個學科的基金審批號均為2019年檢索獲得（https://isisn.nsfc.gov.cn/egrantweb/）。

② SOLWEIG是瑞典哥德堡大學于2008年開發的可用于估計復雜城市環境中平均輻射溫度的工具。

圖表來源(Sources of Figures and Tables)：

文中圖表均由作者繪制。