亞熱帶城市山地公園降溫效應量化

摘要：城市山地公園是山地丘陵城市的重要公園綠地，在土地資源緊缺的中心城區發揮著無可替代的生態服務功能。選取福州市中心城區的5座典型城市山地公園作為研究對象，基于谷歌地球引擎（Google Earth Engine，GEE）的地表溫度反演方法，解析其降溫效應和影響因素。研究結果可以定量評估城市山地公園對城市熱環境的整體降溫效果，從而更好地做出山地公園規劃決策，緩解城市熱島效應。

關鍵詞：城市山地公園；降溫效應；城市熱島效應；福州市

中圖分類號：TU986.5；X16 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）03-00-03

Quantification of Cooling Effect in Subtropical Urban Mountain Parks

—Taking the Main Urban Area of Fuzhou City as an Example

WANG Jie， XU Ting， LI Ziling， YANG Jianxiong， WANG Keke， WANG Jiayu， HUANG Liujing

（College of Landscape Architecture and Art， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou 350002， China）

Abstract： Urban mountain parks are important green spaces in mountainous and hilly cities， playing an irreplaceable ecological service function in the central urban areas where land resources are scarce. Five typical urban mountain parks in the central urban area of Fuzhou city are selected as research objects， and the surface temperature inversion method based on Google Earth Engine （GEE） is used to analyze their cooling effects and influencing factors. The research results can quantitatively evaluate the overall cooling effect of urban mountain parks on the urban thermal environment， so as to make better planning decisions for mountain parks and alleviate the urban heat island effect.

Keywords： urban mountain park; cooling effect; urban heat island effect; Fuzhou city

作為連續的綠色空間，城市公園是城市綠地系統的重要組成部分，對城市小氣候具有積極影響。城市山地公園具有凸出地表的獨特地形特征，與平原相比，山體表面積和植被覆蓋度更大。中心城區土地資源緊缺，城市熱環境下，山地公園降溫效應亟待深入研究。福州市位于亞熱帶季風氣候區，是一座多山城市。以福州市主城區山地公園為研究對象，采用基于谷歌地球引擎（Google Earth Engine，GEE）的地表溫度反演方法，探討其對周邊環境的降溫效應及影響因素，以更好地發揮其作用，緩解城市熱島效應。

1 數據與方法

1.1 數據來源與預處理

選擇福州市三環內5座具有代表性的山地公園作為研究對象，包括飛鳳山奧體公園、烏山歷史風貌區、于山風景區、屏山公園和長安山公園。遙感數據來源于Landsat 8衛星，時間為2021年9月。基于GEE平臺，利用統計單窗算法反演地表溫度，該算法基于單個全內反射（Total Internal Reflection，TIR）通道中大氣頂部反射率、亮度溫度與地表溫度的經驗關系，利用簡單的線性回歸實現[1]。該模型由對表面發射率具有顯性依賴的線性化輻射傳輸方程組成，如式（1）所示。

（1）

式中：T為地表溫度；t為TIR通道的大氣頂部亮度溫度；ε為同一通道的表面發射率；Ai、Bi和Ci為第i個總水汽柱對應的系數，i=1，2，…，10。

1.2 研究方法

采用基于緩沖區分析的拐點法來量化周圍環境的溫度[2]。首先，基于ArcGIS10.6軟件，以30 m為寬度，向外依次構建總覆蓋寬度為510 m的17個環狀緩沖區，提取每個緩沖區的平均地表溫度。其次，根據緩沖區距離和相應的緩沖區環內平均地表溫度，得出緩沖區平均地表溫度隨距離變化的曲線。最后，觀察曲線中第一個下降拐點，將拐點到公園邊界的距離[3]定義為山地公園降溫距離（Mountain Park Cooling Distance，MPCD），公園內部平均地表溫度則被定義為山地公園地表溫度（Mountain Park Land Surface Temperature，MPLST），拐點處平均地表溫度和公園內部平均溫度的差值[3]則被定義為山地公園降溫強度（Mountain Park Cooling Intensity，MPCI）。

2 結果與分析

2.1 山地公園降溫效應的評價結果

根據2021年9月地表溫度的反演結果，5個城市山地公園的平均地表溫度為36.91 ℃，較當月建成區的平均地表溫度降低2.09 ℃。城市山地公園的降溫距離排序為長安山公園（390 m）＞飛鳳山奧體公園（150 m）=屏山公園（150 m）＞烏山歷史風貌區（90 m）=于山風景區（90 m）。5個城市山地公園的平均降溫距離為174 m，降溫強度由大到小的排序為飛鳳山奧體公園（5.13 ℃）、長安山公園（3.76 ℃）、屏山公園（2.38 ℃）、于山風景區（2.06 ℃）、烏山歷史風貌區（1.91 ℃），平均降溫強度為3.05 ℃。

2.2 山地公園降溫效應影響因素

經皮爾遜相關性分析，城市山地公園內部地形特征、外部環境特征和內部景觀特征與其降溫效應MPCD、MPLST和MPCI的關系如圖1所示。具體來說，在內部地形因素對降溫效應的影響方面，城市山地公園的MPCD與平均海拔和山體表面積與平面面積之比呈正相關，MPLST與山體的陰陽坡之比存在顯著負相關。在內部景觀因素對降溫效應的影響方面，綠地占比和最大斑塊指數均與山地公園的MPLST存在顯著負相關，建設用地占比和最大斑塊指數則與其顯著正相關；山地公園綠地和建設用地邊緣密度均與山地公園的MPCD存在顯著的負相關；公園內部景觀的香農多樣性指數和均勻度指數與其MPCD存在顯著的負相關；綠地聚集度與山地公園的MPCD呈現正相關；公園、綠地凝聚度與山地公園的MPLST存在顯著負相關，而景觀分裂指數則與MPLST存在顯著的正相關。在外部環境因素對降溫效應的影響方面，山地公園降溫距離內綠地占比與山地公園的MPCI顯著正相關，而山地公園外部的建設用地占比、夜間燈光指數和建筑平均高度則與其MPCI負相關。

3 結論

以福州市中心城區的5個代表性山地公園為研究對象，利用Landsat 8衛星數據對其2021年9月的降溫效應進行量化，分析山地公園降溫效應的影響因素。結果表明，位于中心城區的城市山地公園內部溫度明顯低于周邊地區，對周圍的緩沖區（降溫距離90～390 m）產生1～5 ℃的降溫效果。山地公園內部地形和景觀特征與其地表溫度和降溫距離顯著相關，外部環境特征則主要影響山地公園的降溫強度，山地公園凸出山體的更多綠地表面對降溫效果產生正向影響。研究結果為亞熱帶多山城市山地公園的降溫效應評估提供科學參考，可以指導城市規劃，優化山地內外景觀，增強降溫效果，緩解城市熱島效應。

參考文獻

1 Duguay-Tetzlaff A，Bento V，Gottsche F，et al.Meteosat land surface temperature climate data record：achievable accuracy and potential uncertainties[J].Remote Sensing，2015（10）：13139-13156.

2 Yang G，Yu Z，Jorgensen G，et al.How can urban blue-green space be planned for climate adaption in high-latitude cities？a seasonal perspective[J].Sustainable Cities and Society，2020（2）：101932.

3 Liao W，Cai Z，Feng Y，et al.A simple and easy method to quantify the cool island intensity of urban greenspace[J].Urban Forestry amp; Urban Greening，2021（7）：127173.