基于热环境影响的城市绿地系统规划评价外文翻译资料

 2022-05-30 09:05

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基于热环境影响的城市绿地系统规划评价

刘越1,2，李娇3，李苏4

1.华中科技大学建筑与城市规划设计研究院，中国武汉。

2.中南大学建筑艺术学院，中国长沙。

3.株洲规划设计研究院，中国株洲。

4.中南大学艺术与建筑学院，中国长沙。

摘要：从城市绿地系统的生态效应出发，从生态学的角度阐述了城市绿地系统跨学科评估的必要性和重要性，分析了城市绿地在缓解热岛效应中的作用机理。利用GIS技术提出城市绿地系统热环境影响的定量评估方法。以株洲为例进行实际应用。最后，讨论了城市绿地系统规划和定量评估的优先问题。

关键词：城市绿地系统，热岛效应，GIS，热环境，生态评价

1.绪论

由于对城市意义重大，人们非常重视城市绿地。实际上，城市绿地规划通常具有严格的管理，因为在计划制定完成后很难进行修改。城市绿地是公共用地，因此存在经济协调问题，合理规划城市绿地至关重要（Wang，2009）。寻找使城市绿地系统规划更加科学合理的途径已成为亟待解决的问题。

城市绿地在空间组织，景观美化，经济，温度降低，粉尘减少和防灾方面具有广泛的积极外部功能。其中，热岛效应明显减轻被认为是城市绿地1的主要生态功能。过去二十年来，人们对城市绿地与热环境之间的关系进行了富有成果的研究，许多研究证实了城市绿地对周围热环境的可测量影响。学者AH Rosenfeld等人。（1998），Wu等人 （2007），高等人。（2009）和雷等人。（2011年）分别从绿地面积，植被和形态的角度分析了绿地对热环境的定量影响。

正如上述研究所提出的那样，城市绿地系统规划的评价应充分考虑绿地的生态作用，绿地系统的生态评价应作为确定其合理性的主要因素之一城市绿地系统规划。目前城市绿地系统规划评价方法揭示了城市绿地面积，可达性和经济效应的重点; 有一些与生态学有关的研究，但它们仅限于概念介绍和理论应用等宏观方面; 研究方法多为定性（Fu，Song，＆Ding，2006; Hu，2007; Zhu，2011; Gao，2015）并不能帮助确定城市绿地系统的生态影响。

事实上，对绿地生态效应的定量研究已基本确立，为城市绿地系统规划的生态评价奠定了良好的基础。造成城市绿地系统生态评价不足的原因主要在于工业和学科的差异：一方面，绿地生态效应的研究主要集中在农业，林业，气候和环境保护等方面。城市绿地的建设主要由城市建设和规划部门决定，因此产业差异导致对城市绿地规划建设的生态效应机制的把握和应用不足。另一方面，相关研究集中在单个绿地生态影响的行为模式上。由于绿色空间构成一个系统，因此应该研究绿色空间的生态影响与城市特征之间的关联。跨学科性使相关研究和实践落后。

本研究立足于整合学科的视角，从城市绿地主要生态功能出发，将绿地生态效应模式纳入城市绿地系统规划评价。以城市绿地，人口等特征的量化效应为重点，采用GIS技术对城市绿地系统规划的合理性进行生态评价。因此，本研究将对完善城市绿地系统评价机制，指导城市绿地系统规划和开发具有重要意义。

2.城市绿地的降温机制

2.1 直接降温效果

（1）通过植物蒸腾散热。研究表明，植物吸水，蒸腾和散热是植物周围温度下降的主要因素（Kang et al。，2005）。通过蒸腾作用，绿色植物的叶子可以释放出大量的热能（Hao，2004）。

（2）通过光合作用减少太阳辐射。通过吸收太阳能，植物处于与水和二氧化碳的原材料一起持续光合作用的过程中。其中一个方面是60％至80％的太阳辐射可被绿色植物吸收，从而减少热源以增加气温，并大大减弱太阳辐射引起的地球表面热量辐射。另一方面是通过光合作用吸收大量温室气体主要二氧化碳，大大降低大气中二氧化碳的浓度，从而实现温室效应的减缓和环境温度的降低。

2.2 间接降温效应

（1）用树叶遮挡太阳辐射。树叶可以反射和阻挡太阳辐射。由于比某些人造结构具有更好的遮阳效果，它们可以减少遮蔽结构和表面的热辐射的吸收和存储，并且因此导致表面和结构上的温度增加较慢。

（2）植物群落在城市的局部微风形成。建筑复杂区域的热空气和冷空气与城市的绿色空间区域之间形成温度和大气压力差异，并且随后在两个区域之间产生巨大的气流。空气流通可以降低城市建筑群的温度，实现降温（Wang，2007）。

2.3 城市绿地降温的量化关系

TM遥感影像或现场测量可以获得城市绿地周围热环境降温的定量关系（Sun et al。，2016）。这种效应的规律体现在以下两个方面：

  1. 研究表明，绿地周边地区的温度逐渐从绿地边界开始升高。周围温度与边界温度（Delta;T）之间的温度差随着距离绿地边界的距离增加而呈下降趋势。当距离达到最大效果值时，温差（Delta;T）也达到最大值，绿地对周围温度的影响将结束。它们的关系类似于通过原点的三次多项式（图1）（Su et al。，2010）。

图1 Delta;T和L的拟合曲线模型图

（2）上述特征导致绿地对周围温度降低的最大冲击距离。正如研究所揭示的那样，绿地的温度下降影响距离与绿地面积正相关。面积越大，降温影响越大，反之亦然。当给定绿地面积时，温度下降的影响距离可以通过线性关系得到（Wu，2010）。

3.城市绿地系统规划热环境影响评价方法

3.1 城市绿地系统热环境影响因素分析

（1）绿色空间的特点

绿地的面积，植物构成和生长条件直接影响绿地的热环境。由于它们的面积比较稳定，植物的构成和生长条件可以调整，因此在评价绿地系统热环境影响时，应该消除它们动态特征的差异，以便更加客观地判断绿地系统的合理性。绿色空间系统布局。本研究仅考虑绿地面积。

（2）人口分布和土地使用

人口分布决定了绿色空间系统对热环境影响的影响。 城市绿地系统应该尽可能建立在人口密集和活跃的地区。 人口稀少的地区不需要考虑。因此，在绿地系统布局中，住宅用地应被视为第一，商业服务业用地和公共管理和公共服务设施第二，工业用地最后。最低要求是其他土地用于仓库或市政设施。

3.2 评估的技术路线

本研究利用GIS技术建立城市绿地系统热环境评价工作框架，首先，用GIS建立数据平台。其次，根据绿地降温效应的规律，计算出降温的总范围和温差的范围。最后，根据规划的土地和人口条件进行覆盖分析，以获得评估结果（图2）。

图2 评估的技术路线。

3.3 评估建模

采用GIS技术建立评估模型如下：

（1）为区域绿地，规划土地利用和人口分布研究建立数据库

提取研究区域的绿地空间数据并计算面积;获取研究区土地利用规划，收集规划用地，面积和每小区发展程度等信息；每个小区的计划人口根据小区信息和总体人口规划进行分配，以生成人口分布数据。

（2）计算并生成温度影响范围

绿地面积对周围温度场的影响范围的线性关系可由当地城市的温度数据确定。最大冲击范围D可以从绿色空间区域计算得出。缓冲区可以从绿地的最大冲击范围D的缓冲距离生成。

（3）计算温差范围

确定研究区拟合三次多项式后，可以将绿地的D值代入公式中，获得最大绿地温差（Delta;Tmax）。 当温度差区域被设置在每个Delta;Tmax中时，可以计算绿地的温差区域的冲击范围以产生缓冲区域。

3.4 评估指标和方法

采用GIS评价模型数据对绿地总体降温幅度，温差区域范围和城市土地利用情况，人口数据进行叠加计算。以下三个指标可以用来评估城市绿地规划的热环境影响效应，即生态服务条件：

（1）指数I：服务区和人口比例

绿地生态服务区和服务人口占研究区总面积和总人口的比例是衡量绿地总生态服务水平的重要指标。这个总体指标可以用来比较不同地区或不同城市的绿地生态效率。它们可以用下面的公式表示：

服务区比例=服务区/研究区总面积times;100％

服务人口比例=服务人口/研究区总人口times;100％

（2）指数二：住宅小区和居民人口服务比例

住宅用地的要求远高于商业，工业和公共服务用地的要求。因此，绿地服务的居住面积和人口比例是衡量绿地系统布局合理性的重要方面。它们可以用下面的公式表示：

住宅小区服务比例=住宅小区服务/总服务区域times;100％

住宅人口服务比例=服务住宅人口/服务人口总数times;100％

（3）指标三：温差服务水平统计

温差服务范围内的面积和人口比例是进一步反映绿地服务水平的指标。相对而言，小温差地区的服务区域和服务人口越多，服务水平越高。它们可以用下面的公式表示：

特定温差范围内的服务区域比率=特定温差/总服务区域内的服务区域times;100％

一定温度差内的服务人口比例=一定温度差/服务总人口内的服务人口times;100％

4.绿色空间热环境影响评估案例研究

4.1 研究领域选择

株洲市天元区被选为研究区域。相对完整和独立的地区，其他地区公园绿地的温度降低很小（在区域的北部和东部，河流是有界的，而西部和南部是农村土地）（图3）。研究区绿地系统规划包括8个市级公园和9个区级公园。表1列出了这些公园的名称，面积和类型。

图3 天元区位置图。

表1.株洲市天元区市级和区级规划公园名单

4.2 数据准备

在株洲绿地系统专项规划（2010-2020），天元区土地利用总体规划，天一示范区总体规划（2010-2030）等基础数据的基础上，根据自然，面积的空间和属性数据在GIS中建立公园绿地等土地的开发程度和人口密度，从而生成人口密度分布图（图4）;

图4天元区人口密度分布图

将公园绿地作为缓冲元素，将周围温度场影响范围（D）作为外部缓冲区的缓冲距离，合并生成公园绿地的最大影响范围图。

公园绿地作为缓冲元素，绿地对周围温度场的温差影响范围（L）（Delta;T= 1.0，Delta;T= 1.5，Delta;T= 2，Delta;T= 2.5，Delta;T= 3，Delta;T= 3.5，Delta;T= 4.0）作为外部缓冲区的缓冲距离，以产生温差2的冲击范围等温线;

利用GIS技术，对公园绿地的最大影响范围，温差影响范围，土地利用和人口进行覆盖计算数据生成最终的基础数据进行评估和分析（图5和图6）。

图5覆盖土地，人口的最大影响范围和地块。

4.3 分析结果和评估

(1)总体影响分析

从天元区整体规划可以看出，公园绿地的降温影响范围并不包括所有城市地区。东部和南部地区覆盖面较广，中心地区覆盖率较低，只有一小部分城市用地。受影响的总面积占天元区城镇总面积的45.33％，受灾人口占天元区总人口的46.61％。可以看出，超过50％的城市土地和城市人口无法享受公园绿地带来的温度降低影响。

(2)住宅用地服务水平分析

可以计算不同城市用地的受影响面积和人口（图7）。可以看出，居民区受影响的面积和人口分别占总服务区和人口的49.53％和70.92％。这表明公园绿地集中在人口密集地区，居民人口从公园绿地获益最多。所以布局比较合理。

(3)温差的服务水平分析

如图8所示，Delta;T=2.5˚C和Delta;T=3.0˚C时的温差影响最大，约占总服务区域和人口的50％。小温差的影响区域相对较小。因此，应加大小型社区公园的规划力度，在公园周边规划更多的居住用地。

图6覆盖不同温度范围和土地，人口的影响

(4)各地区服务水平分析

天元区分为丽屿，神农，新马工业园，武广，太高园区和湘江新城五个区域。如图9所示，香江新城的服务区域比例和服务人口比例最高，而武冈地区的公园绿地面积和人口相对较低，因此受此影响的人口比例不足20％。因此，要改进武广地区。作为农业和林业用地，太高园区人口密度低，在绿地系统规划方面可以忽略不计。

图7不同城市用地的受影响地区和人口

图8温差服务水平统计

图9统计服务区域，不同区域绿地的人口

5.讨论和结论

分为直接效应和间接效应，城市绿地的降温机制遵循可衡量的规律，对其对周围热环境的影响范围和程度。 基于此，可以

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