城市地表熱環境研究獲新成果

　　天藍地綠是宜居城市不可或缺的要素，如何在有限的土地資源內合理配置城市綠地,使其發揮最大的生態服務效應，是社會關注的熱點問題。在國家自然科學基金項目等資助下，中國科學院地理科學與資源研究所副研究員匡文慧等基于紅外測溫儀、紅外熱像儀觀測的地表溫度、地表輻射、熱通量渦度相關等觀測數據和同步觀測驗證的Landsat TM、MODIS定量遙感反演數據，揭示了等級尺度城市地表結構熱環境生態調控機制，日前出版的《地球物理學研究雜志》國際期刊刊登其最新研究成果，獲得有關專家的好評。

　　 在量測城市等級地表結構與地表輻射和熱通量之間定量時空關系，解釋城市熱島形成的生物地球物理機制,揭示城市地表熱環境形成機理基礎之上，進一步在舊城區改造降溫效應和城市地表熱環境生態調控閾值方面取得了新的認知。解答了城市規劃管理和生態環境要素之間如何銜接，城市綠地在空間上如何合理布局，究竟需要多大面積，北京城市相對高溫區主要分布在何處等規劃部門和社會公眾關心的問題。

　　 城市規劃更多關注城市功能區布局和城市綠化率。研究提出了針對不同規模城市各功能區內合理不透水地表比例紅線的控制、生態綠地和水域藍綠線調控的指標。應用多期高分辨率遙感圖像和觀測資料比較分析發現由于位于城市商業中心、國際機場、城市廣場、高層住宅、低層住宅、綠地、水域功能區不透水地表、綠地和水域面積比例覆蓋狀態的差異導致城市地表溫度以及短波、長波輻射和潛熱、顯熱通量的差異特征，從而表現出不同等級強度的城市熱島效應。城市中心商業區、居住區以及飛機場不透水比例均高于70%，熱島效應相對較強；而城市公共綠地、水域以及郊區不透水比例均低于5%，熱島效應相對較弱。因此，城市規劃和建筑樓盤設計當中針對城市生活空間、生產空間、服務空間和生態空間考慮制定相應的城市不透水地表紅線和生態綠線調控閾值規劃指標。

　　 在國際上首次報道了現代高層住宅區由于居住小區地表結構的差異與傳統的低層住宅區相比對于城市熱島起到降溫的作用，這一發現肯定了我國多年來在舊城區改造方面對城市局部熱環境減緩所作出的貢獻，強調在城市舊城區改造中要適當考慮綠地比率配置、建筑布局和形態設計。研究表明，城市綠地植被在熱島調控中，夏秋季晴空無地表積水狀態下，當植被覆蓋度大于60%時，綠地植被產生的潛熱通量會大于不透水地表產生的顯熱通量，即波文比小于1。隨著地表植被蓋度的下降，熱耗散強度呈指數增加，當植被覆蓋度小于10%時，單位植被蓋度的熱耗散會超過公園綠地的兩倍，這意味著在高密度的建筑區開展道路或小區綠化會發揮更大的城市生態服務水熱調節作用。

　　 研究發現北京城市近10年來沿著5環到6環公路之間地區綠化隔離帶建設、奧林匹克公園建設等一系列森林綠化工程建設對于減緩北京城市熱島起到了積極的作用。北京城區南部城市熱島強度整體高于城區北部，豐臺區、首都機場、大柵欄等地區均是城市相對高溫區。這些地區建筑材質因素、建筑密度以及部分工業區人為熱源因素是城市熱島相對較強的主要原因。因此，建議政府應加強城市中心和城市建成區南部的綠化建設，以減緩城市熱島效應。

　　 建設低碳、綠色、生態與宜居城市，離不開城市規劃以及生態調控理念的創新。基于多種科學觀測手段，集觀測實驗、遙感反演、定量模型以及GIS空間分析，對發現的地理規律和機理機制進行多種觀測手段的交叉驗證和優勢互補，構建了集格局—過程—機理—調控于一體的城市熱環境調控觀測模擬分析研究范式。提出了等級尺度城市地表結構與熱環境調控新理念，揭示了等級城市空間結構與地表熱環境之間互饋機理，自主研發了城市生態環境監測與應急預警信息平臺，發現了城市及城市群熱島調控空間規劃生態閾值指標。這項成果為城市熱環境生態調控和人居環境改善提供了科學論證和解決途徑，對于服務智慧城市建設具有重要應用推廣價值。