理论研究 | 城市绿地冷岛效应：实践困境与破局路径

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内容摘要

城市热岛效应加剧的背景下，绿地作为缓解高温的关键自然途径面临建设用地紧缺的刚性约束，亟需通过合理配置和存量优化提升其冷岛效应。当前研究因绿地降温效应驱动因子的显著时空异质性而陷入应用瓶颈，原因主要为量化方法非标准化导致结论矛盾性、不同气候背景导致驱动因子阈值差异化以及城市空间约束阻碍理想绿地格局的落地。基于此，提出“方法统一-阈值适配-空间增效”的协同框架，通过统一量化指标、建立气候—景观驱动模型、发展立体绿化技术，推动冷岛效应研究从理论认知向可实施的降温策略转化，研究结果可为我国制定缓解城市热岛效应的绿地规划和管理提供理论依据和实际参考。

城市绿地冷岛效应：实践困境与破局路径

一、城市绿地冷岛效应：生态价值与形成机制

在过去的几十年中，全球经历了快速的城市化过程。随着城市建成区面积的持续扩张，自然下垫面被大量的不透水地面（如建筑、道路、停车场等）取代，加上人为热排放增加、空气污染加剧及绿地和水体面积缩减等因素，导致城区温度显著高于周边郊区。城市热岛效应已被证明会引起一系列问题，如生物多样性减少、空气污染和水污染加剧、极端气候频发、能源消耗增加以及室内外舒适度降低等，进而影响城市居民的生活环境和身心健康，制约了城市的可持续发展。面对如此严峻的全球性生态环境问题，城市热岛效应的缓解策略研究已经成为国内外学者共同关注的热点问题。

城市绿地在调节城市小气候、应对未来气候变化中扮演着十分重要的角色，被认为是缓解城市热岛效应的有效自然途径。绿地中的植被主要通过直接的遮阴作用有效拦截太阳辐射热，并通过蒸腾作用将显热转化为潜热来降低温度，进而调节局部微气候，形成相对低温的城市“冷岛”区域。此外，绿地还通过空气流动和热量交换影响其周围热环境，达到降温增湿，缓解城市热岛效应的作用。因此，增强并优化城市绿地的冷岛效应及相关规划策略，受到国内外学者广泛关注。

二、城市绿地的多尺度冷却效应：影响因素与优化路径

1）斑块尺度冷岛效应的影响因素

在斑块尺度上，绿地冷岛效应的强度主要受其自身斑块特征、周边环境、气候和管理因素的影响（图1）。首先，绿地自身属性特征构成效应基础：1）绿地面积与降温能力呈正相关但存在阈值效应；2）较高的形状紧凑度通过减少边缘热交换提升斑块内部的降温稳定性（存在一定争议）；3）采用复合植被种植结构（乔木-灌木-地被组合）以及选择高蒸腾效率树种（如阔叶乔木）可显著增强降温效应；4）微地形则通过坡向导致的太阳辐射差异及对局地气流的引导间接调节降温效果。其次，周边建筑环境形成关键制约。高密度建筑的围合阻碍了冷空气扩散从而抑制了冷岛效应作用范围。最后，气候与管理因素动态调控过程。具体而言，太阳辐射驱动蒸腾作用，但极端高温则抑制植物生理活性；适度风速增强潜热交换（蒸发/蒸腾），而强风在水分受限条件下会使得感热（显热）传递更为突出；低湿度环境有利于提升蒸发效率；灌溉可补充土壤水分强化蒸腾作用，而过度修剪因叶面积损失削弱遮荫与蒸腾能力；空气污染物则可能通过堵塞植物气孔间接抑制蒸腾作用。

图1. 绿地斑块冷岛效应的多维度影响因子示意图

2）区域尺度绿地网络优化策略

在城乡梯度上，地表温度由地表组分主导，尤其是绿地和不透水地面占比可以解释75.1%-98.5%的温度变化（图2）。然而在存量规划的背景下大规模增加城市内部蓝绿空间占比的可实施性较弱。因此，区域尺度的冷岛效应强化更需依托绿地空间格局优化，而关键便在于构建“冷源-廊道-节点”协同的高效空间系统。具体而言，应以大型公园、湿地等作为核心冷源，通过一定宽度的带状绿廊进行串联，并结合分布广泛的小型绿地/街头绿地作为冷却节点，形成高连通性的绿地网络骨架。同时，需注重引导通风降温，将主要绿廊沿夏季主导风向布局，次级绿廊与之垂直交叉，形成“十字形”通风网络骨架，促进冷空气流通。同时，可叠加生态与交通功能（如绿道），并串联城市水系，构建“蓝绿复合网络”，协同增强降温与生态效益。此外，实施差异化配置与管控，根据城市不同区域（如高密度中心区与郊区）的热环境改善需求，差异化配置绿地网络密度。在绿廊周边区域，需控制建筑高度与密度，减少热排放干扰，保障冷空气流的畅通。通过上述策略的综合运用，最终实现冷空气流在区域范围内的高效扩散，从而显著扩展冷岛效应的覆盖范围并提升其降温效果。

图2. 绿地和不透水地面占比对城乡梯度地表温度变化的影响

三、理论研究与实践应用的衔接困境

1）量化方法的非标准化导致结论矛盾

降温强度、降温距离和降温范围是最常用来量化冷岛效应强弱的指标，前者强调绿地冷岛和周边热环境的温度差异，后者衡量冷岛对周边的影响范围。然而目前冷岛研究并没有一个统一的量化方法，部分学者采用斑块均温对比其周边影响范围外的温度，而一些学者采用斑块均温对比所研究区整体均温（除水）的差值作为降温强度。当采用前种方法，则意味着降温距离和范围的界定会影响降温强度的计算。现有研究采用缓冲平均法、目视解译法、盆地类比法等多种量化手段，同一绿地的降温距离测算结果差异可达300米。苏州某绿地用缓冲平均法测得其降温距离为500米，而盆地类比法测得的结果仅为200 米（图3），这种方法上的差异使规划数据缺乏可比性。因此，标准化冷岛效应强度量化方法迫在眉睫。

图3. 三种冷岛效应强度量化方法的结果对比（以苏州公园为例）

2）气候异质性主导的阈值偏移

不同的量化方法导致了结果的差异，而即便采用相同的量化指标仍可能存在结果的差异性，这在一定程度上可以归因于研究区的气候背景差异。以近几年所提出的降温绝对阈值（ToCabs，Absolute Threshold of Cooling，即保证研究区内所有绿地/水体斑块发挥有效降温的影响因子阈值）这一指标为例，呼和浩特的绿地仅需达到2.6公顷即可确保有效降温，而海口的绿地则需超过5.3公顷，这种差异一方面源于城市自然地理条件的差异和景观格局的异质性，另一方面是受到气候背景的影响（如空气湿度对蒸腾效率的抑制）。此外，对比北京与呼和浩特的绿地，确保所有此类斑块发挥有效降温作用所需的邻近绿地占比（NGP）的ToCabs值相差近3倍。若直接套用一个城市的阈值结果指导其他城市的景观规划，便可能会导致绿地规模或冷岛效率的不足。

3）城市空间约束对理想格局的挑战

绿地网络格局优化（如提升区域绿地覆盖率、优化绿地空间形态或构建生态廊道以增强连通性）被证实是缓解城市热岛效应、改善区域热环境的有效方法。然而，这些策略的实际应用面临着严峻的城市空间刚性约束挑战。在高度建成、土地资源极其稀缺的城市核心区，大规模增加绿地占比往往仅停留在规划愿景层面。同时，增强冷源连通性的生态廊道建设也常因密集的建筑和发达的基础设施网络（道路、管线）而难以实施。这种理论与实践的转换问题，导致很多基于理想模型得出的优化结论（例如：绿地占比每提升10%可降低温地表温度1.2℃）在实际的城市空间中缺乏直接的可操作性和推广价值。

四、破局路径：构建冷岛效应“方法-阈值-空间”协同增效框架

为解决目前冷岛效应研究的理论应用困境，可尝试构建“方法统一-阈值适配-空间增效”的协同优化路径。首先，建立统一的量化方法，尤其是针对降温强度、降温距离和降温范围这三个冷岛研究中最为常用的量化指标，提高研究结论之间的可比性和对照性。其次，开发气候-景观双驱动模型，基于特定气候分区引入湿度、风速、降雨、气压、建筑密度等修正因子动态校准ToCabs阈值（如热带区基准5.3公顷+湿度补偿），同步编制地域性设计或优化指南，建立气候背景导向的冷岛效应驱动因子及相关阈值数据库。最后，通过增设桥梁绿化、廊架绿化、屋顶绿化等立体绿化形式优化高密度城区绿地空间格局。

五、结语

城市绿地冷岛效应的研究已从现象描述迈向机制解析与定量调控，但理论成果向实践的转化仍需突破方法标准化、气候差异性及空间约束等多重瓶颈。未来研究需进一步整合多源遥感数据与地面观测网络，构建融合生态过程、城市形态与政策约束的跨尺度优化模型，驱动冷岛效应从“机制认知”向“可实施的降温工程”转化，为缓解高密度城市热环境提供高效的景观策略。

作者简介：

周 雯 扬州大学园艺园林学院讲师、硕士生导师

于议淇 扬州大学园艺园林学院、硕士研究生

注：本文根据团队开展的“城市蓝绿空间冷岛效应”的系列研究整理而成，部分研究成果发表在Landscape and Urban Planning和Science of the Total Environment等期刊。文中图片均由作者自绘。

原标题：《理论研究 | 城市绿地冷岛效应：实践困境与破局路径》

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