20世纪50年代以来,全球气候逐渐变暖,城市温度持续增长,较半个世纪前增长了大约0.5℃~5.5℃。国外关于城市绿地降温的研究较早,早在1971年Federer 发现,城市植被可以通过光合作用、蒸腾作用以及蒸散作用降低温度、增加湿度,能有效地缓解城市“热岛效应”。Bernatzky 研究表明,一块山毛榉木林能够蒸发掉其受辐射能量的83.8%,一小块城市绿地的降温效果可以达到3℃~3.5℃,可见,蒸发是绿地系统降温的主要原因之一。Jauregui 分别在干燥季节(4月份)和潮湿季节(7月份)对墨西哥的Chapultepec 公园进行了研究,发现城市绿地的降温温差在干燥季节达到4℃,而在潮湿季节只有1℃,两个月份比周边环境温度平均降低约2℃~3℃,可见,空气湿度也是影响绿地降温程度的因素之一。Taha 等考虑到白天和黑夜对城市绿地降温效应的影响,以及绿地内部和外部城市绿地降温效果的不同,对美国加利福尼亚州的城市绿地进行研究,发现,在绿地边缘内5m 范围内,白天温度比周边环境低4.5℃左右,而夜间比周边环境仅低1℃;在绿地内部深处,白天温度比周边温度低约6℃左右,夜间低约3℃。Ca 等对日本东京城区某公园草地在中午时刻的降温效应进行了研究,结果显示比周边外围1.2m 处温度低约2℃,比闹市街区低达15℃~19℃,研究还发现0.6km2 的公园绿地可降温1.5℃,绿地的降温效果和绿地的面积有着一定关系。Kawashima 则对日本东京地区城区和市郊绿地进行了对比研究,结果显示,城区浓密植被覆盖绿地的降温效果要好于市郊浓密植被覆盖的绿地,而市郊稀疏植被覆盖绿地的降温效果要好于城区稀疏植被覆盖的绿地。国内学者蔺银鼎、李建龙、张琪如、李延明、史欣、杨志峰、赵深、刘新、冯义龙等分别对太原市、南京市、台北市、北京市、广州市、长沙市、合肥市、重庆市等绿地降温效应进行了类似的研究,在降温温差方面得到了比较相似的结果。基于以上研究发现,城市绿地的降温效应不仅在城区与市郊的大尺度空间上存在差异,而且在小尺度空间上(不同下垫面)也存在显著差异;不仅在大尺度时间(季节、月份)上存在差异,而且在小尺度时间(日、时、刻)上也存在较大差异。
部分学者对不同时间、不同下垫面、不同气候条件下城市绿地的降温效应进行了深入的研究,并分析了降温效应与相关影响因子之间的关系。国外学者主要注重研究不同季节、气候条件下的城市绿地降温效应的差异。Hamada 等对日本中部名古屋的城区绿地降温季节性变化进行了研究,结果表明,夏季城区绿地的降温效果比冬季城区绿地的降温明显,城区绿地与周围环境的最大温差发生在7月份,达到1.9℃左右,最小温差发生在3月份,为-0.3℃,在每天16:00~19:00 时间段以及晚上,降温效应与植被覆盖率有着更为明显的相关性。Alexandri 等研究了不同气候条件下城市绿地降温效果的差异,发现干燥、高温的天气下城区绿地降温效果比较明显,潮湿低温的天气下绿地降温效果不明显,即太阳辐射和大气湿度是城区绿地降温的重要影响因素。绿地的几何形状、绿化量对绿地的降温效果也有很大影响,树木比较高大密集、绿化量比较大的绿地,其降温效果要明显于松散、绿化量小的绿地,而风速对于城区绿地的降温影响不明显。Chen 和Wong 研究发现叶面积指数(Leafareaindex,LAI)、绿地面积和绿地降温效应有着显著的正相关关系,叶面积指数越大、绿地面积越大,其降温效果越好。Shashua-Bar、Whitford 等研究认为,树木的几何形状、特征、阴影面积、绿地比例等也对城区绿地的降温效果产生较大的影响。国内学者则比较注重研究不同下垫面下城市绿地的降温效应差异。蔺银鼎、武小钢、郝兴宇、王娟、梁娟等对太原市林地(杨树林)、复合绿地(或灌木林)、草地等3 种植被类型的降温效应进行了十分详细的研究,结果表明,3 种绿地结构在降温方面的优劣程度顺序依次为林地、复合绿地(或灌木林)、草地。植被叶片的蒸腾作用是绿地产生降温等生态效应的机理原因,垂直结构、绿地面积、绿地绿量、形状指数等是影响绿地降温效应的主要因素。蔺银鼎、梁娟等还发现生态场理论可以较好地描述城市不同空间结构绿地的生态效应及其差异,绿地面积、组分和生长量等绿地空间结构因子对绿地的生态场特征都有不同程度的影响。李建龙等对比了南京市区裸地、草地、水体、树荫的温度差异,发现空气温度在4 种下垫面情况下,裸地>草地>水面>树荫,证明林荫对城区的降温效果最好,水体次之,草地最差。李延明等国内许多其他学者也纷纷进行了类似的研究,得到了类似的结论。
国内外学者对城区绿地的降温范围与相关影响因子也进行了类似的研究。Jauregui 等早在1990年对墨西哥Chapultepec 公园进行了研究,发现该公园对周边环境的降温效应可以延伸到边界外2km,差不多等于该公园的宽度。Shashua-Bar 等研究证明,宽度为60m 的城区绿地其降温影响范围可达到100m 左右。张琪如等对台北市61 个公园进行了实地观测,发现面积较大的公园的降温效果比小面积的公园要明显,公园内部气温与周边采样点气温的温差与公园面积大小呈现非线性关系,影响范围接近于一个公园的宽度。Hamada等研究发现夜间公园的降温效应影响范围可以达到200m,10月份起降温范围可以达到300m 左右,公园边界外500m,公园的降温效应几乎消失殆尽。蔺银鼎等对小片区杨树林、灌木林和草坪的降温范围进行了研究,发现在14:00~15:30时间段,杨树林、灌木林和草坪的水平影响范围分别为14m、12m 和8m,垂直影响范围分别为7.5m、3.5m 和2.5m,可见绿地高度也是影响其降温范围的因素之一。总结可以发现,和绿地降温温差相似,太阳辐射量、空气湿度、绿地面积、绿地高度、生物量等,也是影响绿地降温范围的主要因素。目前大部分学者对于绿地降温距离的研究尚处于初级阶段,得出的结论仅仅是适应于单个研究区域,差异较大。绿地降温范围与相关影响因子的机理问题尚待进一步研究。(www.daowen.com)
国内部分学者也开始使用定量遥感技术研究公园降温效应的研究。冯海霞、刘艳红、程好好等分别使用TM 遥感影像研究了城区绿地的降温效应,结果显示,不同类型的绿地降温效果不同,森林对温度的调节作用明显大于其他植被类型,自然绿地的降温效果要明显好于人工绿地,同类型绿地在不同的季节降温作用也有明显差异。城区绿地的景观破碎化程度越严重,景观优势度越低,生物多样性越强,其降温效应越明显。城区绿地的结构、植被类型、景观格局、植被覆盖度、群落层片结构和生物量是影响绿地降温效应的显著因素。李延明等基于1987年至2001年北京城13a 的遥感卫星影像数据研究发现,绿化覆盖率与热岛强度呈现显著的负相关关系,当绿化覆盖率达到30%时,热岛强度出现比较明显的减弱;绿化覆盖率大于50%,对热岛的缓解现象极其明显,每公顷绿地平均每天从周围环境中吸收8MJ 的热量,相当于890 台功率为1000W 空调的作用。应天玉等研究表明,当绿地面积小于5hm2 时,地表辐射温度主要受绿地覆盖率的影响,基本上不受绿地面积大小的影响;当绿地面积大于5hm2 时,地表辐射温度主要受绿地面积与绿地覆盖率的共同影响。贾刘强和邱建基于LandsatETM+遥感数据研究了城区绿地的面积、周长和形状指数等与绿地降温范围和降温程度之间的关系,发现,绿地斑块对周边环境的降温范围及降温温差随着绿地面积、周长和形状指数的增大而增大,当绿地面积达到1.5hm2~1.68hm2 时,其对周边环境的降温范围和降温程度随绿地斑块面积增大的速度迅速减小。苏泳娴等基于TM 遥感影像数据研究了广州市城区17个公园绿地对周边环境的降温效应。结果发现,公园周边与公园边界点的温差随着远离公园边界点距离的增加而增大,增长曲线是一条过原点的上升的三次多项式(均0.84);公园绿地面积、水体面积以及长宽比等因子共同影响着公园对周边环境的降温效应:绿化率较高(>50%)、长宽比接近1 的公园,平均降温影响范围和绿地面积的关系可以用一条上升的对数曲线拟合两者的关系;当绿地面积小于4246.1m2,公园的降温影响范围为0m,当公园绿地面积达到540000m2,公园的降温范围将不再随着公园绿地面积的增加而增加;绿化率较高(>50%)、且公园长宽比≥2 的公园,平均降温影响范围与公园绿地面积没有显著关系,且相比同等面积、长宽比较小的公园,具有较好的降温效果;水体面积比例较高的公园,降温效果一般高于水体面积比例较小的公园。
可见,基于定量遥感技术的城市绿地降温效应研究,研究结果是准确的、可靠的,而且遥感影像在同一时间内能够获取较大范围的地表温度数据,能够减少测量时间差异带来的误差,节省测量时间和人力资源。
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