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随着城市化进程的加快,城市规模和人口数量都在不断膨胀,而城市可利用土地,特别是绿地日益破碎和减少,导致城市生态环境问题日趋恶化,自然生态系统与社会、经济系统之间的矛盾加剧。城市绿地系统作为维护和改善城市环境的重要因子,其合理的规划、建设对城市发展有着重要意义。在城市绿地面积发展受到限制的条件下,只有通过对绿地进行科学、合理的配置和布局,才能提高单位面积绿地的服务功能,充分发挥绿地对城市生态环境的修复作用,改善城市化发展与城市生态环境的矛盾。论文在这样的大环境背景下,选择对城市生态环境具有指示作用的热环境作为研究对象,分别在区域、斑块和群落层面上,展开绿地结构和空间特征与热环境的关系研究;旨在发现和总结各层面上对城市绿地规划和建设有指导意义的规律和配置阈值。并以提高城市绿地生态功能为目的进行城市绿地系统分类,结合已有研究成果,对各类型绿地配置方案提出建议。
(1)在区域层面上,以ASTER影像为数据源,分别在像元、网格和街区三个尺度上进行绿地空间布局与热环境关系的研究。研究结果表明,在各尺度上植被盖度的空间格局和地表温度之间都具有较高的负相关性。通过各尺度的对比研究发现,结合研究区城市发展特点,以主要交通道路为划分依据的街区单元尺度不仅能表达城市发展与绿地空间格局、温度的关系,还能发现格网尺度不具备的特点。街区绿地植被盖度与街区地表温度之间存在一个大约0.15的植被盖度阈值点。植被数量是城市生态环境的基础保障,但在城市化高速发展的今天,绿地面积受到城市其它发展要素挤压的情况下,只有结合绿地数量、结构特征和空间布局,才能真正改善城市生态环境。
(2)在斑块层面上,主要进行绿地斑块内部热环境与斑块结构特征的关系研究、绿地斑块结构特征对绿地发挥其外围降温作用的影响研究,以及街区单元内绿地斑块空间布局与热环境的关系研究。并在分析缓冲区方法界定绿地降温能力方面所存在缺陷的基础上,提出以能量场扩散过程特点为基础的判定方法。研究分析发现,绿地面积与绿地降温效应之间存在一个大约5公顷的面积最佳阈值点,当绿地面积小于该值时,绿地内温度变幅较大,降温能力的波动也较大。这说明当绿地面积小于5公顷时,绿地面积大小对地表温度影响所占比重较小,绿地的降温能力主要由绿地植被数量特征决定。通过构建研究区地理遥感信息模型,研究该层面上各绿地特征指标与街区温度的关系,研究表明,在街区单元内各特征指标与温度之间均存在负相关关系,不同的是,表征街区植被数量和质量的平均盖度,和表征斑块形状复杂程度的平均分维数对温度的影响最大,其次才为表征斑块之间聚集或分散状态的聚集度指数,表征街区内绿地斑块数量的斑块密度指数对温度的影响最小。根据上述特征,得出街区单元上最佳绿地布局模式。
(3)在群落层面上,基于群落样地调查和小气候监测数据,进行群落结构特征与小气候效应的关系研究,旨在能够提取出最佳小气候效益的绿地配置模式。通过分析发现,在群落尺度上,影响绿地温湿度效应的主要因素是郁闭度,而不是绿量。综合绿地的最佳降温配置模式和最佳增湿配置模式后,得出城市绿地群落的最佳小气候效应配置方式参考值:郁闭度0.60-0.85;三维绿量密度最低要求为5m3/m2。相当于100m2土地面积上,最少需要2株胸径为20cm,冠径为6m,冠高为11.5m,树冠形状为卵型的乔木,如毛白杨;以及7-8丛冠径为2.5m,高度为2.8米的高灌木,如金银木。
(4)基于城市绿地主导服务功能,建立能够与现行土地利用现状分类标准相结合的绿地分类系统。该分类标准不仅能与现行国家相关分类体系进行衔接,还能直观地对不同类型绿地建设、维护要求等进行区别,更有利于实际建设管理部门的使用。并针对各类型绿地配置方案提出建议。