《园林》学刊·专栏导读（2023.02）丨城市绿地冷岛效应测度方法比较与验证
城市绿地冷岛效应测度方法比较与验证
Comparison and Validation of Measure Methods for Cold Island Effect of Urban Green Space
刘颂* 邹清华 张浪
刘 颂
博士，同济大学建筑与城市规划学院教授，博士生导师，全国风景园林专业学位研究生教育指导委员会副主任委员、住房和城乡建设部科技委园林绿化专业委员会专家委员、上海城市困难立地绿化工程技术研究中心副主任，研究方向为城乡绿地系统规划、景观规划技术方法
邹清华
同济大学建筑与城市规划学院景观学系在读硕士研究生，研究方向为研究方向为风景园林工程技术、气候适应性规划设计
张 浪
教授级高级工程师，博士生导师，上海领军人才、享受国务院特殊津贴专家，上海市园林科学规划研究院院长，上海城市困难立地绿化工程技术研究中心主任，城市困难立地生态园林国家林业局重点实验室主任，研究方向为生态园林规划设计与技术研究，本刊主编
·全文刊登于《园林》2023-02期P116-124.
·全文引文格式：刘颂,邹清华,张浪.城市绿地冷岛效应测度方法比较与验证[J].园林,2023,40(02):116-124.
摘要:降温距离与降温幅度是评价绿地冷岛效应的重要指标，其精度对分析绿地降温效益和影响绿地冷岛效应因素等具有重要作用，当前缺乏评价指标计算方法的精度对比研究。以2014年、2020年上海近郊区域29块大于1hm2的绿地为样本，将不同方法计算的降温距离与降温幅度与绿地面积进行相关性检验以确定评价指标计算结果的精准性。结果表明：斜率法计算的降温距离与绿地面积显著相关，差值法计算的降温幅度与绿地面积显著相关，因此斜率法和差值法能更精准计算绿地降温距离和降温幅度，更适用于冷岛效应评价指标的测度。
关键词:城市绿地；冷岛效应；地表温度；降温距离；降温幅度
城市绿地能缓解城市热岛已达成共识，绿地通过植物遮荫、光合蒸腾等作用拦截太阳辐射，增强城市近地面的大气对流强度等，形成绿地内部温度低于绿地周边环境温度现象，即冷岛效应，进而显著缓解城市热岛效应。研究表明城市绿地的形态、面积是影响城市绿地冷岛效应的主要因素，同时也受到区位，与风向的关系等因素的影响。
常见的城市绿地冷岛效应评价指标有两个：降温距离、降温幅度。通过将绿地周边地表温度沿距绿地边缘距离的梯度变化绘制成地表温度—距离变化曲线来反映（图1）。目前测度降温距离、降温幅度常见的方法有4种，但缺乏对比分析与精准性检验，未能有效证明指标测度结果的可靠性。
图1 地表温度—与绿地边缘距离变化曲线（示意图）
本研究以上海市外环以外城市近郊区域的29个城市绿地及其600m缓冲区的冷岛效应评价为例（图2），采用大气校正方法利用遥感影像反演地表温度，并根据缓冲区距离与地表温度建立地表温度—距离变化曲线，采用多种计算方法计算降温距离、降温幅度并验证其精确度，为准确评价绿地冷岛效应提供科学参考。
图2 29块绿地样本的空间分布
1 绿地冷岛效应指标计算方法比较
1.1 降温距离的计算方法比较
现有降温距离计算方法可归纳为：转折点法、最高点法、拟合曲线法、缓冲带差值法等（表1，图3）。上述方法计算绿地的降温距离可归纳为对绿地周边温度波动点的选取，但多局限于曲线突变点，缺少对曲线达到稳定状态的精确测度，因此降温距离计算结果可能受到局部环境影响而存在误差。拟合曲线—稳定点法虽提出选择曲线变化趋于平稳的稳定点，但实际研究中通常主观测度，缺乏对稳定点前后的曲线变化稳定性的定量计算。
因此本研究提出斜率法，即计算距离—温度曲线的每一段斜率的绝对值并绘制图表分析斜率—距离变化，并将斜率达到最低点或此后变化趋于稳定的点视为绿地的降温距离(图3-f)。曲线波动情况可通过斜率精确反应，斜率最低处和变化趋于稳定时为温度—距离曲线变化最为平缓时刻，也是绿地冷岛效应能够影响的有效范围。距离—温度曲线斜率能够更清晰反应随缓冲区距离的增长地表温度产生变化，能够精确计算绿地降温距离。
1.2 降温幅度的计算方法比较
常见降温幅度计算方法可分为对应点法（降温距离计算方法）和差值法。对应点法基于距离—温度曲线，由上述降温距离计算方法确定降温距离后，再将降温距离对应的地表温度与绿地内部温度差值视作有效降温幅度，可细分为对应点法（转折点）、对应点法（最高点）等。此方法计算的降温幅度受降温距离测度影响显著，可能存在较大偏差；差值法，绿地内部与研究区域平均地表温度差值（表1，图3）。
表1 绿地冷岛效应指标与测度方法
图3 绿地冷岛效应指标计算方法
2 计算准确度的验证依据
根据前人研究结论，绿地降温幅度与降温距离与绿地面积均有显著相关性，且面积较大的绿地更易产生冷岛效应。据此，本研究提出如下验证假设，即由于选取的绿地样本位置相近，气候等环境因素影响可以忽略，可以认为，不同计算方法的结果与绿地面积的相关性越高，计算方法的精确度越高。
3 结论
由绿地面积与降温距离、降温幅度的相关性检验可知，斜率法计算的降温距离与绿地面积相关性较显著。这是因为斜率法充分考虑其他因素作用，探寻绿地周边温度变化最稳定状态，因而能精准地计算绿地的降温距离。同时，差值法计算的降温幅度与绿地面积显著相关，表明研究区域的环境背景、区域地表温度对绿地降温幅度影响较显著，研究区域与绿地内部温差更能反应绿地的实际降温幅度。因此，斜率法和差值法能精准地计算绿地降温距离和降温幅度，更适宜用于绿地冷岛效应研究。
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