周宏軒， 炎欣燁， 李童欣， 孫婧

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院， 徐州 221116)

以溫暖化為主要特征的全球氣候變化問(wèn)題是21世紀(jì)人類社會(huì)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，土地利用變化所導(dǎo)致的溫室氣體排放是引起全球變暖的主要原因之一。城市是地球表面土地利用改變最劇烈的地區(qū)[1-3]：城市的擴(kuò)張導(dǎo)致下墊面性質(zhì)發(fā)生變化，瀝青、混凝土等硬化地表取代了自然植被，并直接接受太陽(yáng)輻射，導(dǎo)致地表升溫劇烈，使室外熱環(huán)境惡化[4]，嚴(yán)重危害人類生命健康[5-6]。因此，改善因高溫而惡化的室外熱環(huán)境，提升人居環(huán)境質(zhì)量是重要的研究議題[7]。

研究表明，植被可以通過(guò)蒸騰作用消耗城市中的儲(chǔ)熱，并通過(guò)遮陰阻止太陽(yáng)輻射及來(lái)自建筑、地面等相鄰物體的熱輻射，從而產(chǎn)生降溫的生態(tài)效益[8]。當(dāng)增至一定規(guī)模時(shí)，可顯著改善周圍熱環(huán)境，緩解城市熱島效應(yīng)[9]。增加城市綠化是改善室外熱環(huán)境的有效手段[10]，但是不顧成本地大面積建造綠地種植植物并不現(xiàn)實(shí)。并且，以當(dāng)前的研究成果來(lái)看，綠地降溫程度具有一定的上限，即當(dāng)綠化數(shù)量超過(guò)一定界限時(shí)，降溫效果的增幅將不再會(huì)隨植被數(shù)量的增加而顯著增加[11-12]。因此，若以精準(zhǔn)調(diào)控室外熱環(huán)境的目的來(lái)規(guī)劃綠地建設(shè)，以合適的綠化數(shù)量來(lái)指導(dǎo)綠地規(guī)劃是較為科學(xué)的手段。在室外熱環(huán)境亟須改善的當(dāng)下，如何量化綠地對(duì)室外熱環(huán)境的影響勢(shì)必成為未來(lái)研究的重點(diǎn)。

現(xiàn)對(duì)在二維層面反映綠地綠化數(shù)量的綠地面積、綠化覆蓋率、綠地率和喬木覆蓋率的二維指標(biāo)和在三維空間結(jié)構(gòu)層面表征綠地植被數(shù)量的指標(biāo)——三維綠量，以及在一定程度上反映植被覆蓋特征的天空可視度(sky view factor，SVF)[13]共6種指標(biāo)量化綠地降溫增濕效益的研究中，總結(jié)歸納各指標(biāo)的特點(diǎn)及局限性，并對(duì)精準(zhǔn)量化綠地降溫效應(yīng)研究方法提出展望。

1 綠化指標(biāo)的區(qū)別

綠地率、綠化覆蓋率以及喬木覆蓋率均表征區(qū)域內(nèi)的植被占比。三者區(qū)別在于綠地率屬于經(jīng)濟(jì)技術(shù)型指標(biāo)；綠化覆蓋率則偏向于反映綠化實(shí)際占比情況，并可反映綠地時(shí)間上的變化特征；喬木覆蓋率在綠化覆蓋率的基礎(chǔ)上，單獨(dú)表征對(duì)熱環(huán)境影響較大的喬木的覆蓋率，突出喬木的影響作用。綠地面積則不強(qiáng)調(diào)綠地的占比，而是關(guān)注綠地本身的尺度大小對(duì)周圍熱環(huán)境的影響作用，在相關(guān)研究中也較少涉及周圍環(huán)境因子的影響。以上4種指標(biāo)因在水平空間反映綠地植被特征，故均屬于二維綠化指標(biāo)。三維綠量，是在三維空間表征植被的空間體積，相較于二維指標(biāo)在平面上的表征方式，三維綠量能更好地區(qū)分喬木、灌木和草地的生物量差異，能夠更加直觀地體現(xiàn)綠地植被的生態(tài)效益潛力。天空可視度則是在特定位置垂直方向上的對(duì)天空遮擋程度，傾向于表達(dá)特定位置接收太陽(yáng)輻射的能力。以上各綠化指標(biāo)在對(duì)綠地的表征和概況上都有各自的特點(diǎn)，在相關(guān)研究中，采用不同指標(biāo)的量化研究也都有其側(cè)重。基于此，對(duì)各綠化指標(biāo)分開(kāi)論述。

2 基于二維綠化指標(biāo)的降溫效應(yīng)

2.1 綠地面積

綠地對(duì)室外熱環(huán)境具有明顯的調(diào)節(jié)作用，綠地面積的大小對(duì)綠地降溫程度與降溫覆蓋范圍具有顯著的影響[14]，面積較大的綠地斑塊內(nèi)部溫度更低[15]。在夏季的白天，面積為0.002～0.01 km2的綠地可以使氣溫平均降低1.43 ℃，濕度增加3.49%，且隨著綠地面積的增加，降溫增濕效果會(huì)更加明顯[16]。也有研究發(fā)現(xiàn)綠地面積為0.03 km2時(shí)就已有明顯的降溫效果，面積為0.05 km2時(shí)候降溫效果更加明顯且穩(wěn)定[17]。有研究認(rèn)為，當(dāng)綠地面積達(dá)到1.3 km2時(shí)的降溫效果最好，綠地面積與其內(nèi)部氣溫和地表溫度均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[18]。

有關(guān)綠地面積與降溫效率的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，綠地面積無(wú)論如何增加，其降溫效應(yīng)對(duì)周圍的影響都會(huì)限制在一定范圍內(nèi)[19]。在廣州市的研究發(fā)現(xiàn)，小于21.35 km2的綠地地表溫度隨面積增加而減小，之后其降溫幅度逐漸減弱[20]。在鄭州市，當(dāng)綠地面積超過(guò)2.9 km2時(shí)，其降溫覆蓋范圍趨于平緩，并認(rèn)為2.9 km2是綠地發(fā)揮降溫效益對(duì)周圍環(huán)境影響的最優(yōu)值[21]。

對(duì)于這一現(xiàn)象，Yu等[22]根據(jù)綠地面積與降溫效率的關(guān)系，在經(jīng)濟(jì)學(xué)中“邊際效用遞減定律”的基礎(chǔ)上提出了效率閾值(threshold value of efficiency，TVoE)。TVoE指的是綠地面積達(dá)到該點(diǎn)之前，擴(kuò)大綠地斑塊面積能夠顯著增強(qiáng)綠地降溫程度，當(dāng)面積達(dá)到并超過(guò)TVoE時(shí)，繼續(xù)增加面積只會(huì)對(duì)降溫強(qiáng)度有較小的改善，從成本效益角度來(lái)看，TVoE是城市中綠地最佳斑塊大小[12]。例如：福州市綠地斑塊的TVoE為4.55 ha[22]；亞洲的7個(gè)濕熱城市在植被覆蓋豐富的情況下單個(gè)斑塊的TVoE為0.92～0.96 ha[11]；在南京市，低核建筑密度和高核建筑密度的社區(qū)綠地斑塊的最佳大小為0.384 ha和0.848 ha，當(dāng)社區(qū)綠地面積達(dá)到這一閾值時(shí)可以使綠地面積與降溫效率達(dá)到平衡[23]。

但是，有關(guān)綠地面積量化綠地降溫效應(yīng)所得研究結(jié)論并非都能達(dá)成一致，在綿陽(yáng)市的研究中得出綠地的降溫程度、降溫覆蓋范圍與綠地面積無(wú)顯著相關(guān)性，而與綠地內(nèi)的植被覆蓋程度有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系[24]。綠地內(nèi)植被覆蓋程度對(duì)降溫效應(yīng)的影響非常顯著[19]，即使面積為0.002 4 km2的小型綠地，其綠化覆蓋率達(dá)到96.5%時(shí)，也可以具有明顯的降溫效果，其中心氣溫比周圍街道低5.5～6.2 ℃。還有研究認(rèn)為綠地內(nèi)部溫度主要受三維綠量的影響，而與綠地面積無(wú)關(guān)，應(yīng)保證綠地面積的同時(shí)優(yōu)化綠地內(nèi)部植被數(shù)量與結(jié)構(gòu)[25]。

總而言之，綠地的降溫效應(yīng)受綠地面積的影響，并且與綠地面積存在一定的相關(guān)關(guān)系，此方法主要適用于城市尺度綠地降溫效應(yīng)研究。而在較小范圍尺度的研究中，綠地內(nèi)部植被種類多樣，種植方式與植被垂直分布等因素均會(huì)對(duì)降溫效應(yīng)產(chǎn)生一定的影響。而綠地面積指標(biāo)未能清晰反映綠地內(nèi)部實(shí)際植物生物量等其他因素，因此在某些特殊情況下仍會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。

2.2 綠化覆蓋率

綠化覆蓋率是影響室外熱環(huán)境的重要影響因子[26]。兩項(xiàng)中觀尺度的研究通過(guò)數(shù)值模擬的手段將綠化覆蓋率降低至0時(shí)，其中一項(xiàng)研究表明樣區(qū)內(nèi)氣溫顯著升高，行人高度的高溫面積比實(shí)際方案增加最大可達(dá)10%[27]；另一項(xiàng)研究得出整個(gè)研究區(qū)內(nèi)氣溫≥36 ℃的區(qū)域增加34%，行人高度氣溫平均增加1～1.2 ℃[28]。即綠化覆蓋率處于0時(shí)，場(chǎng)地內(nèi)熱環(huán)境明顯惡化。當(dāng)綠化覆蓋率為100%時(shí)，與沒(méi)有植物覆蓋的區(qū)域相比，平均氣溫降低0.4 ℃，并且植被的降溫效果與城市背景氣候有緊密的聯(lián)系[29]。

在氣溫方面，越南河內(nèi)進(jìn)行的研究表明，當(dāng)綠化覆蓋率分別增加10%和30%時(shí)，平均氣溫分別降低0.2 ℃和0.5 ℃[30]；在上海市的研究得出綠化率每增加10%，氣溫相應(yīng)下降0.16～0.42 ℃[31]。在地表溫度方面，青海省西寧市主城區(qū)綠化覆蓋率每增加10%，地表溫度下降1.23 ℃[32]；在江蘇省，綠化覆蓋率每增加10%，地表溫度下降1.41 ℃[33]。綠化覆蓋率與降溫效應(yīng)的相關(guān)研究在各省市均有進(jìn)行，但受不同區(qū)位背景氣候影響，所得量化結(jié)果有較大區(qū)別。

在具有相同氣候背景環(huán)境下的研究中，有兩項(xiàng)研究分別采用2010年和2013年上海市徐匯區(qū)與閔行區(qū)附近的多個(gè)居住小區(qū)的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，研究得出所測(cè)區(qū)域內(nèi)平均氣溫處于35 ℃時(shí)，綠化覆蓋率每增加10%，降溫幅度分別為0.15 ℃和0.36 ℃[34-35]，可能受技術(shù)手段影響，所得結(jié)果具有稍許誤差。

有關(guān)綠化覆蓋率量化綠地降溫效應(yīng)的大多數(shù)研究主要采用實(shí)地測(cè)量、遙感反演或數(shù)值模擬的手段。且前關(guān)注點(diǎn)較多集中于住宅環(huán)境，此類空間尺度較小，綠地內(nèi)部植被種類和空間排布方式等綠化特征具有較高的相似性。

而針對(duì)植被差異較大的綠地，有研究采用數(shù)值模擬的方法，將兩塊相同的樣地的綠化覆蓋率統(tǒng)一調(diào)整至56%，其中有喬木的方案可將氣溫降低1.8 ℃，沒(méi)有喬木的方案降溫效果并不顯著[36]。同樣的前提條件下，樣地內(nèi)的植被全部替換為草地或者灌木后所產(chǎn)生的最大降溫效果低于全部為喬木的方案[37]。

綜上所述，采用綠化覆蓋率量化綠地降溫效應(yīng)，在宏觀尺度城市綠地或中觀尺居住區(qū)度范圍的量化研究中，可以取得較好的結(jié)果。在較大的范圍研究中，植被屬性差異性被均化，而隨著研究范圍逐漸縮小，綠地內(nèi)植被屬性差異被放大，在特定植被種類環(huán)境下，導(dǎo)致采用綠化覆蓋率量化可能會(huì)出現(xiàn)誤差。

2.3 綠地率

綠地率是城市規(guī)劃中重要的綠地指標(biāo)，綠地率的提升可以有效提高植物綠量，并影響周圍熱環(huán)境。研究發(fā)現(xiàn)，在無(wú)綠化的基礎(chǔ)上增加至40%的綠地率能夠使氣溫降低11%[38]。有學(xué)者通過(guò)熱紅外遙感數(shù)據(jù)結(jié)合地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)等技術(shù)對(duì)杭州市進(jìn)行研究并得出，在2～5 km2控規(guī)單元尺度上，綠地率與地表溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系：綠地率平均每增加1%，地表溫度降低0.225 ℃，并且綠地率在30%能夠顯著降低地表溫度[39]。

在綠地率相同的情況下，綠地分布情況對(duì)熱環(huán)境也有顯著影響，分散型的綠地比集中型的綠地對(duì)熱環(huán)境有更好的調(diào)控能力[40]。而在居住區(qū)內(nèi)，表征建筑特征的容積率和建筑密度對(duì)氣溫的影響大于綠地率；并且不同類型的植被對(duì)氣溫的影響具有較大差異[41]，研究證明，當(dāng)喬木覆蓋率處于同一水平時(shí)，隨著綠地率繼續(xù)提升，綠地的降溫效果并沒(méi)有隨之增加[42]，有研究肯定了這一觀點(diǎn)，并指出喬木覆蓋率比綠地率能夠更好地表達(dá)植被的投影面積以及區(qū)分喬、灌、草對(duì)熱環(huán)境的作用差異[43]。

理論上講，提升綠地率可以為植被種植提供更多的空間，從而增加一定范圍內(nèi)植物生物總量，但這種增加模式并不夠明確，綠地內(nèi)植被種類與垂直層次結(jié)構(gòu)均無(wú)法清晰表達(dá)，也有研究證明，提升綠化覆蓋率比增加綠地率對(duì)熱環(huán)境的改善更明顯[44]。

并且，綠地率屬于經(jīng)濟(jì)技術(shù)型指標(biāo)，在建設(shè)中有規(guī)定不同用地類型所對(duì)應(yīng)綠地率的標(biāo)準(zhǔn)要求，而在實(shí)際建設(shè)中，并未明確要求綠地內(nèi)植被數(shù)量或種類，因此采用綠地率指標(biāo)進(jìn)行量化可能會(huì)導(dǎo)致一定的誤差。雖然在城市規(guī)劃中明確了綠地率的基本要求，但僅通過(guò)綠地率仍然難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)降溫[42]。

因此，綠地率較為適用于對(duì)不同用地類型的最低綠地?cái)?shù)量要求制定，根據(jù)綠化降溫效益制定相對(duì)用地的最低綠地率，保證達(dá)到以植被降溫為設(shè)計(jì)目標(biāo)的不同用地類型所需要的綠化空間。

2.4 喬木覆蓋率

已有研究證明，在綠地生態(tài)系統(tǒng)中，喬木是影響綠地降溫效果的重要影響因子，喬木對(duì)室外熱環(huán)境的影響作用強(qiáng)于灌木與草地[42-43,45]。例如，以廣州老舊校區(qū)為對(duì)象的研究中，利用數(shù)值模擬的方法，在ENVI-met模型中將灌木去除后，與現(xiàn)狀比較發(fā)現(xiàn)氣溫平均升高0.1 ℃，而去除喬木后平均氣溫升高0.4 ℃[46]。當(dāng)喬木覆蓋率達(dá)到50%時(shí)，其降溫效果相當(dāng)于30%喬木覆蓋率與70%草地覆蓋率的降溫效果之和[47]。

在量化喬木覆蓋率降溫效應(yīng)研究中，在18.4%的喬木覆蓋率的基礎(chǔ)上，建立3種模擬方案，每一種方案分別遞增10%的喬木覆蓋率，氣溫分別降低0.05、0.10、0.22 ℃，增加喬木可以阻擋更多的太陽(yáng)輻射，可以顯著降低氣溫[48]。此外，在上海市的研究得出每增加10%的喬木覆蓋率，可以降低區(qū)域溫度1.03 ℃[49]。相較于每增加10%綠化覆蓋率可降溫0.15～0.42 ℃[31,34-35]。當(dāng)喬木覆蓋率增加至50%后，繼續(xù)增加喬木覆蓋率并不能夠產(chǎn)生與之前相同比例的降溫效益，即可能存在一定的閾值范圍[50]。通過(guò)增加喬木覆蓋率以達(dá)到降溫的目的是較為高效的途徑，但還需進(jìn)一步明確其閾值范圍，合理控制降溫費(fèi)效比。

同時(shí)，綠地內(nèi)喬木種類差異也是影響降溫效應(yīng)的重要因素之一。闊葉喬木對(duì)溫度降低作用最大，其次是闊葉喬木與針葉喬木組合，針葉喬木的降溫幅度相較于前兩者最小[51]。落葉喬木的降溫效果強(qiáng)于常綠喬木[52]，原因在于不同種類喬木的葉片大小、形狀、厚度、氣孔導(dǎo)度等物理屬性具有差異，導(dǎo)致其對(duì)太陽(yáng)輻射的遮擋程度以及蒸騰速率不同[53]。較為復(fù)雜的是，較厚的葉片對(duì)太陽(yáng)輻射的阻隔作用更強(qiáng)，但這類植物的樹(shù)冠密度通常較低，反而減弱了對(duì)太陽(yáng)輻射的阻隔效果。相對(duì)的，葉片薄且小的植物具有更高的蒸騰效率，對(duì)氣溫調(diào)節(jié)的貢獻(xiàn)更大[54]。

總之，在較小的空間范圍內(nèi)，不同綠地內(nèi)植被種類和屬性具有差別，所產(chǎn)生降溫效果差異也被放大。喬木對(duì)比于灌木和草地，在一般情況下，其在單株形態(tài)上具有較大的差異，喬木的絕對(duì)生物數(shù)量遠(yuǎn)大于灌木與草地，因此產(chǎn)生的降溫效應(yīng)最為顯著，在調(diào)控室外熱環(huán)境中起主導(dǎo)作用[17]。但喬木種類繁多，不同樹(shù)種的樹(shù)高、冠幅、葉片大小等都有其特點(diǎn)，例如，雞爪槭與圓柏在二維視角所占據(jù)的比例基本相同，但其形態(tài)和生態(tài)功能上的差別則相對(duì)較大，廣玉蘭與香樟在體型形和樹(shù)冠大小上相似，但其降溫效果上仍具有差別。因此，喬木覆蓋率量化植被降溫效應(yīng)仍需要明確相對(duì)的樹(shù)種范圍。

3 三維綠量與降溫效應(yīng)

與二維綠化指標(biāo)類似，只有在一定范圍內(nèi)三維綠量到達(dá)一定程度時(shí)，綠地才具有降溫效應(yīng)。在400 m2的范圍內(nèi)，三維綠量需要達(dá)到200 m3，綠地才能發(fā)揮降溫作用[55]；三維綠量達(dá)到750～900 m3時(shí)，綠地降溫效果達(dá)到最佳；三維綠量超過(guò)800 m3時(shí)，繼續(xù)增加三維綠量場(chǎng)地內(nèi)溫度不再有更大變化[56]。隨著三維綠量持續(xù)增加，綠地內(nèi)溫度也隨之下降而后趨于緩和[25]。以上研究表明，三維綠量在降溫效率方面存在下限和上限，即當(dāng)三維綠量達(dá)到一定量時(shí)才可發(fā)揮降溫效應(yīng)(下限)，當(dāng)三維綠量達(dá)到一定量時(shí)綠化降溫效應(yīng)趨于穩(wěn)定(上限)。

單位面積三維綠量密度(單位面積上三維綠量)大于1 m3/m2時(shí)，綠地降溫效果明顯，最大降幅為1.5 ℃；而三維綠量密度超過(guò)5 m3/m2時(shí)，其降溫效果趨于平緩[57]。也有研究得出，綠地中單位三維綠量至少需要達(dá)到3 m3/m2時(shí)，才能起到明顯的降溫效應(yīng)，當(dāng)達(dá)到5 m3/m2以上時(shí)，才能發(fā)揮綠地降溫作用[58]，也可能受不同背景氣候影響，兩項(xiàng)研究結(jié)果具有一定的差異。

三維綠量的提出完善了量化綠地降溫效應(yīng)研究中對(duì)綠地植被生物量無(wú)法確切量化的不足，為更加精準(zhǔn)量化綠地降溫效應(yīng)研究提供方法支持，其在各尺度范圍量化研究中均有所應(yīng)用，是量化綠地降溫效應(yīng)的新方向。

三維綠量主要對(duì)植被的體積進(jìn)行表達(dá)，通過(guò)對(duì)植物莖葉體積的測(cè)量，以表明植物三維綠量與植物生態(tài)功能的相關(guān)性，進(jìn)而量化植物所能提供生態(tài)效益的能力[59]?，F(xiàn)階段三維綠量已達(dá)到對(duì)單位面積綠量進(jìn)行精準(zhǔn)量化，但無(wú)法體現(xiàn)綠量在垂直空間中的分布情況，在微觀尺度范圍中的綠地植被生態(tài)系統(tǒng)里，植物的莖葉在垂直空間分布情況多樣，植物的枝下高度不同，例如高大的喬木與低矮的灌木，其綠量在垂直空間中的分布狀況對(duì)周圍熱環(huán)境也具有一定的影響。例如，西安市的一項(xiàng)研究認(rèn)為，具有高三維綠量、高郁閉度的復(fù)層結(jié)構(gòu)綠地的降溫效應(yīng)越明顯，在提升三維綠量的同時(shí)也要重視植被的空間結(jié)構(gòu)[60]。

因此在量化綠地降溫效應(yīng)的過(guò)程中，表征綠地植被占據(jù)的空間的同時(shí)，還應(yīng)反映綠量的空間分布位置情況，以此才能較全面地表達(dá)綠地植被特征，以更加精準(zhǔn)地量化三維綠量及其降溫效益。

4 天空可視度與室外熱環(huán)境

天空可視度(SVF)較多應(yīng)用于城市街道峽谷等小尺度范圍熱環(huán)境研究中，在街谷中植被的存在對(duì)SVF也具有一定的影響，同時(shí)能夠調(diào)節(jié)街谷內(nèi)熱環(huán)境狀況。

研究發(fā)現(xiàn)，SVF增高會(huì)使地面接收更多的太陽(yáng)輻射而升溫，進(jìn)而導(dǎo)致該區(qū)域的熱環(huán)境惡化[61]。當(dāng)SVF值降低至0.5左右時(shí)，能夠減少空間內(nèi)70%的太陽(yáng)輻射量，從而改善該區(qū)域的熱環(huán)境[62]。研究發(fā)現(xiàn)，植被冠層是影響SVF的主要因素之一，植被通過(guò)冠層可以降低SVF，其產(chǎn)生的遮陰效果能夠有效降低白天氣溫[63]。在SVF較低且擁有茂密植被的城市公園中，夏季降溫可達(dá)3.8 ℃[64]。當(dāng)較高的綠化覆蓋率與較低的SVF相結(jié)合時(shí)，可以改善室外熱環(huán)境[65]。數(shù)值模擬結(jié)果表明綠化覆蓋率增加10%后，對(duì)應(yīng)的SVF降低0.3，平均輻射溫度降低16.48 ℃，增加植被可降低SVF，從而阻擋太陽(yáng)輻射[66]。即在擁有較高太陽(yáng)輻射的地區(qū)，降低SVF是改善氣溫的有效手段[29]。

總之，SVF能反映局部區(qū)域植被等物體對(duì)天空的遮擋程度，在很大程度上決定地面所接受的太陽(yáng)輻射，從而達(dá)到調(diào)節(jié)室外熱環(huán)境的目的。但在建筑與植被等物體同時(shí)存在復(fù)雜的環(huán)境條件下，建筑的高寬比、容積率等綜合類的指標(biāo)相較于SVF更能影響地面降溫強(qiáng)度[67]。

并且，SVF主要反映地面上某個(gè)點(diǎn)的天空遮擋程度，對(duì)較大面積的綠地采樣則會(huì)有一定的困難，同時(shí)，SVF表征綠地內(nèi)植被的種類、數(shù)量以及空間布局等特征也具有一定的局限性。因此，SVF量化植被降溫效應(yīng)，更適用于小尺度范圍，且環(huán)境簡(jiǎn)單，非植被類影響因素較少的綠地，達(dá)到對(duì)特定點(diǎn)熱環(huán)境優(yōu)化分析的研究。

5 綠化指標(biāo)量化綠地降溫效應(yīng)局限性

如表1所示，綠地面積、綠化覆蓋率、綠地率三種指標(biāo)適用于較為宏觀的尺度下量化綠化數(shù)量，對(duì)指導(dǎo)綠地規(guī)劃具有明確的指導(dǎo)作用，擴(kuò)大綠地面積以及占比有助于綠地內(nèi)植物生物量的提升。對(duì)小尺度研究范圍而言，以上指標(biāo)對(duì)綠地內(nèi)植被種類和空間分布情況的表達(dá)并不明確，難以滿足精準(zhǔn)量化綠地降溫效應(yīng)的需求。

喬木覆蓋率注重綠地生態(tài)系統(tǒng)中影響植被降溫效應(yīng)的主要影響因素的量的變化，通過(guò)喬木覆蓋率可以較為明確地調(diào)控綠地降溫能力，但對(duì)于精準(zhǔn)量化綠地降溫效應(yīng)的需求，又因在二維平面反映覆蓋率，缺少對(duì)植被的高度以及種類的概括，所以還需進(jìn)一步限制植被屬性范圍。

三維綠量能夠反映出植被在空間中所占據(jù)的體積，將植被的量化方式從二維的角度提升至三維的層次，主要關(guān)注于決定植被降溫能力的眾多因素中最為核心的因素，即植物絕對(duì)生物數(shù)量，很大程度上彌補(bǔ)二維指標(biāo)的不足?，F(xiàn)階段三維綠量研究對(duì)植被具體垂直空間分布特征的表達(dá)仍需進(jìn)一步完善，以此滿足精準(zhǔn)量化植被降溫效應(yīng)的需求。

天空可視度對(duì)植被特征的表達(dá)方式上具有特殊性，一定程度反映植被冠層厚度、密度以及葉片大小等屬性，也決定了植被對(duì)太陽(yáng)輻射的遮擋程度，反映地表所能夠接收的能量程度。通過(guò)SVF能夠?qū)崿F(xiàn)較小尺度范圍的熱環(huán)境研究和綠地景觀設(shè)計(jì)，有利于精準(zhǔn)量化植被降溫效應(yīng)。

現(xiàn)階段量化綠地降溫效應(yīng)研究中，往往需要對(duì)綠化數(shù)量進(jìn)行概括，通過(guò)綠化指標(biāo)表征綠地實(shí)際綠化情況，從而建立綠化數(shù)量和降溫效應(yīng)之間的具體聯(lián)系。現(xiàn)階段采用的綠化指標(biāo)達(dá)到精準(zhǔn)表征綠地實(shí)際綠化情況尚有一定的距離，導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用層面難以預(yù)測(cè)綠地的真實(shí)降溫效果，其具體的植被種植方式難以參考。且仍有大部分研究?jī)H對(duì)存在現(xiàn)象進(jìn)行解釋，而非探索二者之間明確的內(nèi)在聯(lián)系，這些研究不在討論之內(nèi)。因此，完善綠化指標(biāo)體系，達(dá)到對(duì)綠地內(nèi)植被特征進(jìn)行全面的表達(dá)，減少潛在的影響因素干擾，明確綠地與降溫效應(yīng)的具體內(nèi)在聯(lián)系，以此推動(dòng)政策的制定與實(shí)施，是當(dāng)下面臨的重要問(wèn)題。

6 結(jié)論與展望

6.1 綠化指標(biāo)互補(bǔ)

在先前的研究中，采用單一指標(biāo)量化綠地降溫效應(yīng)在一定情況下易忽視某些潛在影響因素，導(dǎo)致研究之間結(jié)果差別較大的情況。在今后的研究中可以采用特點(diǎn)互補(bǔ)的綠化指標(biāo)同時(shí)量化綠地降溫效應(yīng)，例如表征水平綠化程度的綠地面積結(jié)合表征植被屬性的喬木覆蓋率，或綠化覆蓋率結(jié)合三維綠量以限制植被生物量等。通過(guò)互補(bǔ)的方式，減少綠化指標(biāo)在表征綠地綠化數(shù)量時(shí)不夠全面的問(wèn)題，從而減少其他影響因素對(duì)量化結(jié)果的干擾。

6.2 完善三維綠量空間分布表達(dá)

有多位學(xué)者采用激光雷達(dá)測(cè)量法結(jié)合微分法或體素法等計(jì)算方法來(lái)測(cè)定植被的三維綠量，其測(cè)得的三維綠量與其他方法相比具有非常高的精度，但其研究?jī)H止步于植被的三維綠量的測(cè)定[68]。而借助激光雷達(dá)所測(cè)得的植被點(diǎn)云數(shù)據(jù)包含了植被的莖葉在空間中的三維坐標(biāo)，對(duì)于表征植被空間分布具有非常大的潛力，可以在此研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的使用。在對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理的環(huán)節(jié)上，對(duì)包含點(diǎn)云的體素，稱之為三維綠量體，賦予三維綠量體空間坐標(biāo)，并標(biāo)記樹(shù)種信息，最后建立三維綠量體空間模型，三維綠量體創(chuàng)建過(guò)程如圖1所示。由于每個(gè)三維綠量體都具有自身的三維坐標(biāo)，因此可以精準(zhǔn)表征植被的空間分布狀況。通過(guò)三維綠量體可以計(jì)算出多種現(xiàn)有指標(biāo)，而且對(duì)每個(gè)三維綠量體進(jìn)行植被種類標(biāo)注，也便于統(tǒng)計(jì)不同樹(shù)種的蒸騰作用，能夠較全面地概括綠地植被的特征，完善三維綠量垂直空間表達(dá)方式。

圖1 三維綠量體模型創(chuàng)建過(guò)程

6.3 三維綠量體的空間效率閾值

綠地的三維綠量達(dá)到降溫所需的下限值時(shí)才具有降溫效應(yīng)，而三維綠量值持續(xù)增加到一定程度后其降溫效應(yīng)再無(wú)明顯變化，即三維綠量也具有調(diào)節(jié)室外熱環(huán)境的效率閾值。但根據(jù)以往的研究發(fā)現(xiàn)，單位面積三維綠量的閾值研究仍有一定爭(zhēng)議，因此在今后的研究中，可以將三維綠量的空間分布及樹(shù)種差異性與三維綠量的閾值研究相結(jié)合，將研究重點(diǎn)放在三維綠量的空間分布與樹(shù)種差異上，探索不同空間分布與各類樹(shù)種的三維綠量閾值范圍，從而達(dá)到精準(zhǔn)指導(dǎo)以室外熱環(huán)境調(diào)控為目的的城市綠地設(shè)計(jì)目標(biāo)。

6.4 推動(dòng)綠視率與室外熱環(huán)境的關(guān)系研究

綠視率是指視域中綠色植物的占比[69]，在一定程度上反映出行人高度范圍周圍植被的分布狀況、群落結(jié)構(gòu)以及垂直綠化水平[70]。其中植被的種類、樹(shù)高、冠幅、葉面積等屬性是綠視率的主要影響因素[71]，可以描述較小尺度空間內(nèi)綠化特征[72]。并且綠視率在時(shí)間與空間上具有異質(zhì)性[70]，與各熱環(huán)境因子(地面溫度、氣溫、濕度等)具有顯著的相關(guān)關(guān)系，可以影響室外熱環(huán)境，如地面溫度、氣溫、濕度與風(fēng)速等[72-73]。

綠視率與其他視率的空間分布情況可以反映城市內(nèi)綠化水平，增加綠視率可以降低氣溫并使絕對(duì)濕度增加，從而影響室外熱環(huán)境[74-75]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，綠視率的計(jì)算將更加快捷方便[74-76]，是探尋綠地降溫效應(yīng)影響因素的新的手段，量化綠地降溫效應(yīng)研究新方向。