黔中山地城市自然山体微气候调节效应研究 ——以贵阳市为例

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山地城市独特的地形特征与城市形态,导致了城市热环境空间格局的差异。相对于其他城市,山地城市往往因城市山体而使局部小气候环境多样且复杂。随着城市化快速发展,岩溶地区城市扩张过程中大量锥状或塔状的喀斯特孤峰和峰林被人为主导的城市基质所包围,形成城市遗存自然山体。城市遗存自然山体能够提供多种生态系统服务功能,是城市高度人工环境中珍贵的生态资源。为探讨山地城市热环境时空分异特征及遗存自然山体对城市微气候调节效应,本文以黔中典型山地城市—贵阳市作为研究区域,以遗存自然山体作为研究对象,通过地表温度反演、景观格局分析、Pearson相关性分析等方法,分析了城市化背景下贵阳市景观格局变化及其对城市热环境的影响;采用缓冲区分析、回归分析等方法,解析城市遗存自然山体对周边社区降温的冷岛效应效能及其影响因素;通过实地微气候测量,深入了解遗存自然山体微气候日变化特征以及对人体舒适度的调节作用。研究结果如下:(1)贵阳市土地利用及景观格局在12年间发生剧烈变化,斑块数量增加、斑块破碎化、斑块景观结构复杂化,耕地面积剧烈减少,主要转变为不透水表面和城市园林绿地。城市热环境空间分布由2007年的中心集聚转变为2019年多核热岛分布趋势,热岛逐渐由中心向郊区蔓延。景观格局与地表温度研究的适宜尺度为600×600 m,该尺度下能够较为完整地反映各类土地利用类型与地表温度的相关关系。不透水表面是城市中最主要的优势斑块,也是地表温度上升的贡献源,遗存自然山体是地表温度下降的主要贡献源。集中连片的城市园林绿地、遗存自然山体、水体等城市生态用地有助于缓解城市热岛效应,而致密的不透水表面会导致热环境温度上升。其中水体降温效果最强,每增加10%的水体面积,温度下降0.39℃,遗存自然山体对地表温度下降的作用次之,而城市园林绿地对城市降温的效果最差。各类生态用地中遗存自然山体面积占比(PALND)与地表温度相关性最强,耕地相关性最弱。(2)23座样本城市山体内部平均温度为32.8℃,低于城市平均温度33.6℃,山体内部温度呈现出山顶温度低于山腰及山脚,南坡、东南坡等阳坡温度高于其他坡向的分布特征。山体相对于周边环境形成局部冷源,具有冷岛效应,冷岛效应强度在0.2-2.5℃,降温距离在30-330 m之间,平均降温距离为170 m。30 m距离处降温幅度最为显著,平均降温为0.5℃,随着距离增加,降温幅度呈减小趋势。山体景观与地形特征中,垂直投影面积(PA)、形状指数(LSI)、地形起伏度(RDLS)、平均坡度(Slope_MN)与冷岛效应强度呈显著正相关。当山体垂直投影面积降低到0.30 hm~2左右时,冷岛效应增强趋势开始减弱,由此可判断贵阳市城市遗存自然山体冷岛效应强度的垂直投影面积最佳阈值为0.30 hm~2。缓冲区330 m范围内,植被面积占比(Vegetation_Pl AND)与建筑斑块密度(Building_PD)、道路斑块密度(Road_PD)、植被斑块密度(Vegetation_PD)对遗存自然山体冷岛效应强度具有显著影响。其中植被与山体冷岛效应之间具有协同作用,有助于降温效应的延续,而建筑道路等不透水表面面积与斑块密度的增加则会形成局部热岛。(3)遗存自然山体在夏季具有降温增湿的作用,降温率在1.02-6.63%之间,降温幅度为0.3-2.2℃,增湿率在0.2-13.2%之间,在14:00-16:00时作用最强。此外,遗存自然山体对于人体舒适度具有一定调节作用,调节范围在0.1-2.6之间。山体空间由于下垫面类型以及植被覆盖度的不同,对温度以及人体舒适度具有不同影响,因此,建议在对山体公园化利用的时候,需要考虑不同空间类型下垫面构成以及植物群落的搭配。
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