原来公园凉爽程度取决于这三个设计要素！

本文为删减版，不可直接引用。中英文全文刊发于《景观设计学》2020年第3期“基于自然的解决方案与城市韧性”专刊。获取全文免费下载链接请点击“阅读原文”；参考引用格式见文末。

导 读

城市绿地能够发挥重要的微气候调节功能。本文以南京市中心城区的社区公园为例，选取2019年Landsat 8-OLI遥感影像数据进行地表温度反演，借助ArcGIS 10.4识别52个社区公园。结果表明：1）随着社区公园缓冲带距离的增加，降温强度逐渐减弱，降温范围多在0~180m；2）面积、形状、归一化植被指数是影响公园降温强度的重要因素；3）高核建筑密度的社区公园降温强度更佳，且面积阈值（0.848hm²）大于低核建筑密度的社区公园（0.384hm²）；4）社区公园形状趋于圆形或正方形时，降温效果显著。因此，在高建筑密度区域合理规划小尺度的公园绿地，精细化的存量设计与管理有助于发挥城市区域的最佳生态效益，能更好地缓解局部热岛效应。 

关键词：社区公园；基于自然的解决方案；城市热岛效应；微气候调节；实证研究  

小尺度公园对于城市热岛效应

的缓解作用——基于南京市中心城区

社区公园的实证研究

Mitigation of Urban Heat Island Effect 

with Small-Scale Parks

—An Empirical Study on Community Parks 

in Nanjing, Jiangsu Province

肖逸

南京林业大学风景园林学院风景园林学博士研究生

戴斯竹

南京林业大学风景园林学院风景园林学硕士研究生

赵兵

南京林业大学风景园林学院教授、博士生导师

LAF

 1 引言

快速城市化影响了景观格局的演变，城市绿地不断缩减，城市生态系统平衡遭到破坏，热岛效应等生态问题也日渐突出^[1]。已有研究多集中于现有景观组成和空间配置对案例城市热岛效应的缓解作用，亦有少数学者开始着眼于量化不同景观类型的面积阈值，以便获得绿地最佳降温效果。但是，针对小尺度的绿地面积和形态与降温效果之间的量化研究尚且不足。因此，本文以南京市中心城区社区公园为例，旨在1）探究社区公园对周边环境降温效果的影响因素；2）量化、讨论社区公园的最佳面积、形状；3）为绿地规划在城市微气候调节功能上提出可行建议，帮助更有效地缓解城市热岛效应，并提供数据支撑与方向指引。

 2 研究区域与研究方法 

本文以南京市中心城区的社区公园作为研究对象，选取了52个不含水体的社区公园作为最终测算对象。这些公园散布于城区各个角落，其降温效果将直接影响到周边居民对其的日常使用情况。

研究对象为南京市中心城区的52个社区公园（不含水体） © 戴斯竹

研究基于Landsat 8-OLI遥感影像和BIGEMAP高分辨率卫星影像，利用ArcGIS 10.4和ENVI 5.3获取地表温度、社区公园位置、核建筑密度等数据，并采用SPSS 24.0和Excel进行统计分析，以找寻小尺度城市公园的冷岛效应与其面积、形状等特征之间的联系。

 2.1 地表温度反演  

为获取具有较高精确度的地表温度（LST）^[2]，本研究采用辐射传输方程法（RTE）在ENVI 5.3中对第10波段进行地表温度反演^[3]。

 2.2 社区公园识别与缓冲区划定  

通过2019年的南京市卫星影像、《南京市公园布局规划（2017-2035）》，以及现场调研，获取社区公园信息，借助ArcGIS 10.4计算社区公园面积。考虑到Landsat 8-OLI图像的最小分辨率为30m^[4][5]，分别沿社区公园边界每隔30m向外生成缓冲带，得到总距离为600m的20个多环缓冲带，计算每个社区公园的降温范围和强度。

 2.3 核建筑密度估计 

本研究采用了黄焕春等人提出的“核建筑密度”的概念与算法^[6]。算法采用核密度函数的计算思想，以某点为中心画一个圆形作为滤波窗口，用平均值作为该点的核建筑密度值，最后可得到核建筑密度变化图。此外，为研究不同核建筑密度下社区公园的最佳面积阈值与形状，将核建筑密度量化分为低核建筑密度和高核建筑密度的社区公园。

2.4 降温强度量化及相关影响因素

城市热岛效应的缓解与绿地面积、形状等因素有关^[7]，但尚未明确绿地在何种条件下具有最大降温效果，以及形状、面积如何影响降温强度^[8]。本研究借助ArcGIS 10.4和FRAGSTATS计算反映斑块形状的面积（AREA）、紧凑度（CI）和景观形状指数（LSI），利用ENVI 5.3计算地表温度（LST）和归一化植被指数（NDVI），并结合SPSS 24.0探究影响公园降温强度的因素之间的关系。

2.5 最佳降温强度与面积阈值识别

本研究使用SPSS 24.0对公园平均最优面积进行回归分析。研究采用余兆武等人提出的城市冷岛范围、强度和效率的阈值（TVoE）理论构架评估最优社区公园面积^[9]：当降温强度和面积的最优拟合曲线为对数曲线，且TVoE位于对数斜率为1的位置时，能达到最理想降温效果的最小公园面积。

论文采用余兆武等人于2017年提出的城市冷岛效应范围、强度和效率的阈值（TVoE）的概念曲线研究降温强度。© 余兆武

3 研究结果与分析

 3.1 社区公园对周围环境的降温效果  

利用ArcGIS 10.4的分区统计工具将社区公园、缓冲区，以及反演得到的地表温度进行叠加，提取每个公园内部的平均温度及各缓冲带内平均地表温度。以缓冲带距离为自变量，缓冲带内平均地表温度为因变量，用SPSS 24.0进行曲线拟合，发现三次多项式的拟合效果最佳。本研究中将温度拟合曲线由上升变为下降的拐点位置（图中红点）所对应的x轴视为每个社区公园的降温范围Emax。

社区公园不同距离缓冲带的地表温度变化特征。拟合曲线整体呈现先上升后下降的趋势，社区公园斑块对周围一定距离的区域有较明显的降温效果。 © 肖逸

量化社区公园降温强度随距离变化的特征，计算得到公园各个缓冲带之间的平均温差（简称缓冲带降温幅度）。总体而言，随着缓冲带距离增加，降温强度逐渐减小。

量化社区公园降温强度随距离变化的特征发现，降温强度随缓冲带距离的增加而逐渐减小，总体趋于0。 © 肖逸

 3.2 降温强度的相关影响因素

本研究中52个社区公园的降温强度的显著变化证实了景观特征的空间异质性^[10]。利用SPSS 24.0进一步计算5个形状特征因子与降温强度间的相关系数，结果表明，当社区公园在一定阈值范围内具有更高的NDVI、更大的面积，以及更规则的形状时，其降温效果最佳，该结论与已有研究结论一致^[11]。

利用SPSS 24.0计算了5个社区公园的形状特征因子与降温强度之间的相关系数，结果表明，降温强度与NDVI、AREA、CI均显著正相关。© 肖逸

鉴于当前欠缺不同核建筑密度下社区公园的最佳面积阈值和形状规律的相关研究，本文进一步计算了高、低核建筑密度类型的社区公园的相关影响因素的平均值。

不同核建筑密度下社区公园降温强度与相关影响因素分析 © 肖逸

3.3 社区公园的最佳面积阈值

研究表明高核建筑密度的社区公园对周边环境降温效果更为显著。利用SPSS 24.0对社区公园的面积与降温强度进行一元线性回归分析，结果发现社区公园的降温强度随着公园面积的增大而逐渐趋于平缓、稳定，但对应的最佳公园面积阈值存在显著差异。

高、低核建筑密度的社区公园降温强度和面积阈值的分析。© 肖逸

3.4 社区公园的最优形状规律

经测算发现，社区公园的紧凑度指数与降温强度为指数函数，呈正相关（R=0.434，p<0.05），当CI值接近1时，即公园趋于圆形或正方形时，降温效果最显著。

4 讨论

 4.1 影响社区公园降温范围的因素  

针对南京市社区公园冷岛效应的影响范围和降温强度分析，52个公园降温范围多集中于0~180m，平均降温范围114.23m，平均降温强度0.604℃。当城市景观的植被茂密时，降温效果更显著，且以林地为主的绿地降温效果优于草地类型^[12]。

而7号和9号社区公园临水，它们的降温强度和范围远高于3号社区公园。研究分析造成这一差异的原因可能有以下三点：1）3号社区公园面积较小且形状复杂，导致公园整体降温强度较弱；2）3号社区公园以草地为主，而7号和9号社区公园是以林地为主，不仅能更有效地降温，同时对改善区域空气质量和提供其他生态系统服务具有重要作用^[13]；3）由于7号和9号都与周边绿地及水体相连，形成完整的带状空间，该结构一定程度上能有效降低地表温度，具有较高的降温强度和降温范围^[12]，这也从侧面佐证了“水体是影响冷岛效应的重要因素”的相关研究结论^[14]。

4.2 基于核建筑密度的社区公园模式分类

低核建筑密度的社区公园多位于城市核心区周边，最佳面积阈值为0.384hm²，平均降温强度为0.532℃；高核建筑密度的社区公园多位于城市核心区以内，最佳面积阈值为0.848hm²，平均降温强度达0.741℃，分析表明，两种类型社区公园的降温强度均易受周边环境的影响。高核建筑密度的社区公园缓冲区内平均NDVI值为0.149，低核建筑密度的社区公园缓冲区内平均NDVI值为0.184。在其他影响因素相同条件下，高核建筑密度的社区公园相比低核建筑密度的社区公园，需要更大的公园面积才能达到最佳降温效果。

高、低核建筑密度的社区公园面积及其周边0~600m缓冲区的NDVI示意图 © 肖逸

 4.3 城市规划指标调整建议  

研究发现，南京市社区公园的面积、形状、NDVI和降温强度显著相关，且低核建筑密度和高核建筑密度的社区公园最佳面积阈值分别为0.384hm²和0.848hm²，均小于《城市绿地分类标准（2017）》对社区公园“宜超过1hm²”的规定。因此，建议根据各地区城市的实际情况，在城市绿地系统规划层面适当调整社区公园绿地面积指标，有助于在高核建筑密度地块内规划小面积绿地，缓解局部热岛效应。

4.4 研究贡献与展望

本研究分析了南京市中心城区52个社区公园对城市热岛效应的缓解作用，探究了小尺度公园在最佳降温效果下的面积阈值与形状规律，研究成果具备一定的普适性。但研究尚有一定不足。首先，本文以林地为主的社区公园占80%以上，缺少对包含水体社区公园的研究，尚未进一步展开探讨具体覆被类型对于热岛效应缓解作用差异；其次，气象背景条件（降水、风速、相对湿度等）对绿地的降温效果有显著影响^[15]，因此，研究对以上气象背景条件的综合效应探论仍显不足；再次，对于社区公园降温强度的季节和昼夜差异、不同气候带和人文地理特征下的空间分异等问题也有待进一步研讨。

5 结论

1）通过对样本社区公园建立缓冲区、构建公园与周边环境温度变化的三次多项式定量模型，发现随着缓冲带距离的增加，降温强度逐渐减小，并最终趋于0℃。

2）在社区公园降温强度的影响因素中，降温强度与NDVI（R=0.354，p<0.01）、AREA（R=0.467，p<0.001）和CI（R=0.403，p<0.001）呈正相关，与公园温度（R=-0.683，p<0.001）和LSI（R=-0.393，p<0.001）呈负相关。表明当社区公园在一定范围内具有更大的面积、更高的NDVI以及更规则的形状时，其降温效果最佳。

3）在不同核建筑密度的社区公园最佳降温强度方面，低核建筑密度的社区公园面积阈值为0.384hm²，高核建筑密度的社区公园面积阈值为0.848hm²。

4）采用圆形率紧凑度分析社区公园的形状特征，其紧凑度指数与降温强度的关系符合指数函数，公园趋于圆形或正方形（CI趋于1）时，降温效果最为显著。

基金项目

中华人民共和国国家林业局软课题“生态文明与美丽城乡建设创新管理体制研究”（编号：2016-R32）

江苏高校优势学科建设工程资助项目

部分参考文献

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参考引用 / Source:

Xiao, Y., Dai, S., & Zhao, B. (2020). Mitigation of Urban Heat Island Effect with Small-Scale Parks—An Empirical Study on Community Parks in Nanjing, Jiangsu Province. Landscape Architecture Frontiers, 8(3), 26-43. https://doi.org/10.15302/J-LAF-1-020028

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编辑 | 冉玲于

翻译 | 田乐  冉玲于  肖逸

制作 | 张晨希

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《景观设计学》（Landscape Architecture Frontiers，简称LAF）由北京大学建筑与景观设计学院、高等教育出版社联合主办，中国城市科学研究会景观学与美丽中国建设专业委员会支持，俞孔坚教授担任主编。LAF为双月刊，刊号为CN10-1467/TU，ISSN号2096-336X，邮发代号80-985。全彩页印刷，每期主题集中阐述，中英双语呈现。

2014年，LAF成为中国国家广电总局首批认定学术期刊；2015年，成为CSCD核心库期刊来源刊；同年，荣获美国景观设计师协会年度交流类荣誉奖；2017年，被ESCI新兴引文源期刊数据库收录；2018年，被JST 日本科学技术振兴机构数据库收录。

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