【摘 要】
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根据IPCC报告预测,在快速城市化和全球气候变化的双重背景下,城市热岛效应加剧,城市热浪事件发生的强度、频率及持续时间将进一步增加,这对城市生态系统及城市人群健康构成了严重威胁,影响城市的可持续发展。因此,采用基于自然的解决方案减缓城市热岛及其负面效应,具有很高的社会经济和生态价值。前人研究表明,灰色基础设施(即不透水面)增强城市热岛效应,蓝色、绿色基础设施则能有效减缓城市热岛效应。然而,究竟这三
【基金项目】
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国家重点研发计划“城市化与区域生态耦合与调控机制”课题“城市化地区生态演变格局、过程及其驱动机制”(2017YFC0505701); 国家自然科学基金项目“城市景观格局动态与植物物候响应的多尺度关系研究”(31370482);
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根据IPCC报告预测,在快速城市化和全球气候变化的双重背景下,城市热岛效应加剧,城市热浪事件发生的强度、频率及持续时间将进一步增加,这对城市生态系统及城市人群健康构成了严重威胁,影响城市的可持续发展。因此,采用基于自然的解决方案减缓城市热岛及其负面效应,具有很高的社会经济和生态价值。前人研究表明,灰色基础设施(即不透水面)增强城市热岛效应,蓝色、绿色基础设施则能有效减缓城市热岛效应。然而,究竟这三类基础设施对城市地表温度分别有何影响,仍不清楚,如何在多空间尺度上利用蓝绿色基础设施来发挥其缓解城市地表温度的能力,在理论和实践方面均存在巨大挑战。本研究旨在探索多空间尺度水平上蓝绿色基础设施本身及其周边景观的结构如何影响蓝绿基础设施对城市地表温度的缓解效应。为此,选取上海市和武汉市为研究区域,以Landsat和Quick Bird卫星影像为主要数据源,通过获取地表温度热岛和景观结构信息,采用最大局部冷岛强度、最大降温距离、最大降温面积和最大降温效率等降温效应指标,并利用偏相关、斯皮尔曼等级相关、逐步回归等统计分析方法,探索斑块到景观尺度上,蓝、绿色基础设施自身及其周边景观的格局对降温效应的影响。通过分区分析、回归分析等方法,定量分析城市尺度上蓝-绿基础设施的联合降温效应。在此基础上,采用偏最小二乘回归模型量化绿色、蓝色和灰色基础设施对地表温度的贡献。主要研究结果如下:(1)绿色基础设施的面积和景观组分及周边景观格局可显著影响其降温效应。斑块尺度上,绿色基础设施的地表温度和最大降温效率随其面积增加呈对数降低,最大局部冷岛强度随面积呈对数增加,而最大降温面积随面积呈线性增加,表明绿色基础设施的面积越大,冷岛强度和降温面积越大,其自身温度和降温效率越低,这意味着小型绿地的降温效率更佳。含乔木、灌木景观组分的绿色基础设降温效应显著优于含灌-草型,因此,是城市景观和绿地规划优先推荐使用的绿色基础设施类型。景观尺度上,绿色基础设施周边景观的斑块形状复杂程度越大,其降温效应越强,景观破碎度越高,降温效应越弱。绿色基础设施的面积和形状,以及周边景观的形状是影响其降温效应的主要因素。(2)蓝色基础设施的景观结构及周边景观格局显著影响其降温效应。斑块尺度上,蓝色基础设施的地表温度和最大降温效率与面积和形状之间呈线性、对数或指数关系,最大局部冷岛强度、最大降温距离和最大降温面积随面积和形状呈线性或对数形式增加,并随季节和蓝色基础设施的位置存在差异。蓝色基础设施的面积越大,形状越复杂,则冷岛强度、降温距离和降温面积越大,其自身温度和降温效率越低。景观尺度上,蓝色基础设施周边景观的形状和斑块密度显著影响其降温面积和降温效率。蓝色基础设施的面积、周边景观的斑块密度和边缘密度是影响其降温效应的主要影响因素。(3)研究发现归一化水体指数NDWIGao能够同步提取蓝色、绿色基础设施信息,并与地表温度之间存在显著的负线性关系。因此,归一化水体指数NDWIGao可作为蓝-绿基础设施的有效指标,定量表征蓝-绿基础设施的联合降温效应,简化并促进蓝-绿基础设施降温作用的评估。在城市尺度上,代表绿色、蓝色和蓝-绿基础设施的遥感指数在春季和夏季与地表温度之间均存在负线性关系,不随季节而发生变化,降温效果呈蓝色基础设施>蓝-绿基础设施>绿色基础设施。(4)城市尺度上,春季和夏季,研究区域内灰色基础设施的平均温度均高于平均环境背景温度,蓝色基础设施低于背景温度,绿色基础设施的平均温度在春季与背景温度相当,在夏季则低于后者。灰色基础设施显著促进了地表温度的升高,蓝色基础设施则可稳定地降低地表温度。上述研究结果有助于理解和全面评估蓝绿色基础设施对城市地表温度的多空间尺度综合缓解效应,可为应对气候变化的城市和景观适应性规划提供理论依据和实践指导。
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