原名：How to quantify the cooling effect of urban parks? Linking maximum and accumulation perspectives
译名：如何量化城市公园的降温效果？整合最大影响和累积影响角度
期刊：Remote Sensing of Environment (IF=13.85)
发表时间：2021.01
DOI：10.1016/j.rse.2020.112135
1.研究背景
蓝绿色景观在缓解城市热岛（UHI）效应方面发挥着重要作用。作为城市中最常见的蓝绿色景观组合，城市公园往往在其他高温区域内发挥明显的降温作用，对降低城市中心的温度起着重要作用。在城市公园降温的研究中，最根本和最重要的就是评估园区的降温效果。目前相关指标多是基于最大影响的视角，还需要根据空间积累来评估冷却效果。最好将最大值和累积视角联系起来，以综合评估公园的冷却效果。为此，以深圳主城区24个城市公园为中心，提出了公园降温强度、园区降温梯度等累积指标，并结合园区降温面积和园区降温效率的最大指标，全面探讨园区降温效果。
2.研究内容
图1 研究区
选取深圳市西部的24个城市公园，每个公园的面积小于600公顷，不与大海相邻以避免大型水体的影响。其大小从10.86公顷到519.81公顷不等，平均面积为96.08公顷。将其分为生态公园、综合公园和主题公园3种类型。
影像数据使用Landsat 8 OLI_TIRS卫星影像。土地利用/土地覆被数据来自2014年深圳市土地调查，并将其30种原始土地利用类型合并为8个土地利用类别。使用来自OpenStreetMap的深圳市开源数据获取道路网络的密度，并使用高分-1图像手动获取公园矢量。
从每个公园边界建立十个30米宽的缓冲区以测量冷却效果。公园边界到缓冲区的距离为自变量，每个缓冲区的平均LST为因变量以建立LST-距离关系。分析表明，三次多项式最能描述这种关系。随着与公园边界的距离增加，缓冲区中的LST增加，但增加速率不断减小，直到某一点为0。该点与公园边界之间的距离定义为冷却距离L，是冷却效果的最大距离。定义公园冷却区（PCA）为最大缓冲面积，表示公园可以显著冷却的最大面积。园区冷却效率（PCE）为园区冷却面积与公园面积的比值，是公园每单位面积的冷却面积，指示园区冷却过程是否经济或有效。
图2 园区降温效果的概念框架
定义园区降温强度和园区降温梯度两个指标，以研究累积影响。园区降温强度（PCI）定义为在最大冷却距离内减小的LST与总LST的比率。园区降温梯度（PCG）定义为每段冷却距离的累积降温幅度，即累积温度降低除以最大冷却距离，表示园区的温度降低幅度，即园区冷却过程的模式。
使用周长、面积和形状指数三个指标来研究公园的空间配置的影响；使用FVC*NDVIveg以考虑植被覆盖率和绿度；用水体面积比表示公园内蓝色景观的面积比例；用归一化差值不透水面指数（NDISI）表征公园周边城市景观格局；用深圳市主干道路矢量数据计算道路长度与整个缓冲区的比值。为了分析公园特征与冷却指标的相关性，以NDISI和路网密度为控制变量，计算公园冷却指标与公园特征的偏相关系数。
3.研究结果
（1）降温效果
UHI效应在深圳主城区表现明显，有明显的热蓄积区。LST由西向东逐渐下降，高温区集中在主城区的西南角。低温的地方对应城市公园，河流和湖泊等生态基础设施。选择莲花山公园和香蜜公园来说明LST的空间分布，两个公园均存在低温带状分布格局，内有明显的UHI空腔。
图3 （a）LST和（b）冷热点区域的空间格局（c）莲花山公园和（d）香蜜公园内的UHI腔
公园区域和冷点区域重叠了64.40%，降温效果明显。如图4所示，园区内平均气温明显低于周边环境，也低于深圳市平均LST。因此，城市公园对周边地区显著降温。
图4 24个城市公园及其周边地区的平均LST
如图5所示，PCA、PCG、PCI和PCE等指标在24个公园中都有波动，平均值分别为81.3 ha、0.80 °C、0.029和1.36。大多数公园的四个指数与平均值差异不大。归一化后的方差分别为0.26（PCA），0.29（PCE），0.27（PCI）和0.28（PCG）。其离散度相似，表明波动幅度之间没有差异。
图5 24个城市公园的降温指标
（2）影响因素
结果表明，PCA与公园的面积和周长呈正相关，随其增加而增加，当面积和周长增加到一定阈值时，PCA会减小，且阈值会随着研究区域的地理位置和当地气候变化。
表1 公园降温指数影响因素的偏相关系数
图6 PCA与公园面积及周长的关系
PCE与公园形状指数呈负相关。形状指数越大，公园越接近圆形；形状指数越小，公园形状越复杂或突出。结果表明，通过加强公园与其周围之间的热连接，形状复杂、边界分散的公园将具有最高的冷却效率。
PCI和PCG与FVC*NDVIveg呈正相关。绿度增加使公园与周边地区的热交换能力增加，因此植被生长越好，降低的LST与周围LST总量的比值越高，冷却越密集，即PCI和PCG越高。但绿度和植被覆盖乘积的变化可能是只有绿度变化而植被覆盖没有变化，因此最大影响范围的变化很小，导致与PCA和PCE没有显著正相关。此外，水体面积比重的影响不大，可能是因为24个城市公园水体存在率低。
（3）降温类型
24个公园采用聚类法分为4类，同组公园具有四个指标的值的相似组合，且组合与其社会服务类型相似。
表2 24个城市公园的制冷能力组合与社会服务类型比较
类型1：冷却强度、冷却梯度较大，另外两个冷却指标值较低，对周围环境的冷却效果较强。平均道路网络密度在四类中最小，表明此类公园可能位于新城区。该类公园大多为小型生态公园。
图7 四个公园降温类型的比较：（a）影响因素的平均值;（b） 公园降温指数雷达图
类型2：冷却面积更大，表明其冷却效果最大，均为大型生态公园，平均面积，周长和形状指数都是最大的。
类型3：冷却效率高，PCA、PCI和PCG低，考虑到冷却投入产出比，这种公园更经济。平均周长和FVC * NDVIveg较小，平均NDISI最高，平均面积和形状指数最低，表明可能分布在建成区。因此，该类型仅对应于市政综合公园，具有显着的最大冷却效果。
类型4：四个指数、平均周长、NDISI、FVC * NDVIveg和平均面积和形状指数都低，平均道路网络密度高。多是具有独特教育或娱乐目的的主题公园。
综上，基于制冷能力的城市公园分类与社会服务分类相似，不同的城市公园类型对应不同的降温效果。城市公园通过多视角整合分析，为探索生态系统服务与人类福祉之间的关系提供了一个环节。
4.研究结论
准确测量公园降温效果，可为城市公园有效规划缓解UHI效应提供科学依据。本研究选取深圳的24个城市公园，量化公园的降温效果。通过整合公园降温效果的最大值和累积指标，加强了对公园降温过程空间连续性的动态认知。结果表明，城市公园降温效果显著，公园面积、周长、形状指数与公园降温面积和公园降温效率显著相关，植被指数与公园降温强度和公园降温梯度显著相关。不同社会服务功能的城市公园具有不同的降温效果。
5.引用格式
PENG J, DAN Y, QIAO R, et al. How to quantify the cooling effect of urban parks? Linking maximum and accumulation perspectives [J]. Remote Sensing of Environment, 2021, 252.DOI：10.1016/j.rse.2020.112135
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