01

研究背景

伴随城镇化的快速推进，城市地区热岛现象的强度和影响范围越来越大，热岛效应导致夏季更多的能源消耗，加剧空气污染，降低公共空间的舒适度，甚至危害城市居民的生命健康。因此，缓解城市热岛效应、改善人居环境品质，成为促进城市韧性高质量发展的热点，具有很强的现实意义。

蓝绿空间在缓解城市热岛、改善局地气候方面有着独特的价值。研究显示，土地利用对热岛效应的影响显著，水体、绿地可以有效调节微气候，缓解热岛效应。水体的降温强度和降温效率与水体面积呈正相关；绿地主要通过影响大气循环、水循环、热循环等过程改善城市气候，植被覆盖率每提高10%，可降低区域地表温度1.1℃。例如，陈亚萍等以郴州市中心城区为例，按照局地气候区框架研究热量的时空特征，发现建成环境型的平均地表温度明显高于自然环境型；城市生态冷源主要集中分布于局地气候分区中的林地、园地、耕地、草地和水体几种类型中。向炀等采用多尺度地理加权回归（MGWR）分析得出，增加绿地和水体景观及归一化植被指数（NDVI）能够很好地缓解地表温度（LST），降温效应与绿地、水体的形态，规模和连通性等因子关联。苏王新等以北京市为例，探索基于自然的城市热缓解方案设计及其实施路径，针对不同典型热单元的景观特征，构建适应性的热缓解措施。然而，既有研究多局限于中、微观尺度，或仅针对主城区等特定区域，聚焦城市内部公园、绿地、水体等特定对象的实体规模，空间形态，植被类型等因素与降温的关联度或作用机制。缺少在国土空间全域、全要素视角下，对山、水、林、田、湖、草蓝绿空间格局整体系统的量化研究。与此同时，针对蓝绿空间在全市域的分布区位、空间布局和用地规模阈值等直接关系规划管控因素的研究较少。在全域视角下，以黄河流域平原型特大城市郑州为例，综合运用陆地卫星8号（Landsat 8）反演技术和GIS空间分析，结合局地气候分区（Local Climate Zone, LCZ）和国土空间用地、用海分类，分析全域地表温度空间分布特征、全域热岛强度特征和蓝绿空间降温效应，从国土空间规划视角提出相应的优化策略。

02

热岛缓解目标下多层次研究框架

在全域视角下开展蓝绿空间降温效应与优化策略的系统研究。整合卫星遥感影像、气象、规划等多源数据，构建用地层面的分类框架，结合全域地表温度与热岛强度量化分析，研究不同类型蓝绿空间用地降温效果规模阈值，进而有针对性地提出优化策略（图1）。

图1  研究框架图

Fig.1 Research framework diagram

资料来源：笔者自绘

2.1 构建LCZ与国土空间用地、用海分类框架

按照局地气候分区，自然类型可分为7类（A、B、C、D、E、F、G）。其中，绿色空间中A和B对应林地—森林公园、种植园、城市公园三种类型；C和D对应灌木、耕地、草地三种类型；E和F对应裸地、沙地，不具备减缓城市热岛效应的作用；蓝色空间主要是G，包括湖泊、河流、水库、干渠等水面和水体。

运用GIS量化分析方法，对全域范围内蓝绿空间的土地覆盖特征进行分类，构建郑州市LCZ蓝绿空间分析地图，主要类型涵盖LCZ（A、B）林地、园地，LCZ（C、D）耕地、草地，以及LCZ（G）水体等。

2.2  量化分析全域地表温度与热岛强度

综合运用陆地卫星8号反演技术和GIS空间分析，以500m×500m作为基本空间网络单元，采用空间连接、空间缓冲、网格统计、聚类分析等方法，全面分析全域范围内地表温度的空间分布和集聚特征，识别高温区域和冷源区域的空间分布。

2.3  研究不同类型蓝绿空间用地降温效果规模阈值

聚焦全域范围内三个强度等级和八种类型的蓝绿空间，研究不同等级冷源的空间分布差异，针对不同类型蓝绿空间的降温规模阈值开展模型研究。

2.4  提出有针对性的优化策略

针对全域蓝绿空间全要素，从保护结构性蓝绿冷源、预留区域型蓝绿廊道及核心蓝绿斑块空间优化指引三个维度，提出缓解和适应热岛效应的策略。

03

郑州市域热岛效应空间特征

3.1  郑州市概况

郑州市位于黄河中下游，西南环山，北面滨河，东面是一片逐渐低移的平原，属于温带大陆型气候。全市面积7567km²，人口1260万人（第七次人口普查数据），是黄河流域平原型特大城市和中部地区重要的中心城市。

根据1981—2022年的气象观测数据，郑州市年平均气温处于上升趋势，升温速率为0.699℃/10a，四十多年来平均气温升高2.4℃（图2）。郑州市雨热同期，四季分明，最高温度集中在夏季（6—8月）。伴随近三十年快速城镇化，郑州市建成区面积增长近三倍，主城区三环以内每平方千米人口数量超过3万人，局部地区达到4.6万人。近年来，高温天数持续增加，2022年发布36次高温预警，预报的最高温度达42.3℃，在北方城市中排名第一。城市面向未来韧性高质量发展，面临严峻的挑战。

图2  郑州市1981—2022年平均气温

Fig.2 Average temperature in Zhengzhou from 1981 to 2022

资料来源：笔者结合气象部门数据绘制

本研究使用的数据包括陆地卫星8号遥感影像数据、气象观测数据、国土空间总体规划及相关专项规划等。其中，气象部门选取2020年8月26日夏季典型日（当日晴、最高气温33℃、风速一二级）作为信息收集时段，成像效果良好，并对卫星遥感数据进行预处理。研究按照国土空间用地、用海分类标准对数据进行GIS处理，形成现状图。

3.2  市域地表温度空间分布特征

3.2.1 基于RS-GIS的市域地表温度空间分布特征

利用卫星遥感手段，结合下垫面用地类型情况，对地表温度进行反演。通过陆地卫星8号数据单窗算法，得到全域30m×30m精度的地表温度数据。

运用RS- GIS空间连接和可视化，分析郑州市域地表温度的空间格局（图3）。结果显示，市域层面整体形成多个“中心—外围”圈层辐射，连绵带状延伸，与城镇拓展方向一致。高温区呈团块化聚集，整体为“工”字形，与建成区范围吻合，包括东西向陇海发展轴、郑少洛高速和南北向京广发展轴。低温区呈“三”字形，分布在自然山体和水体周边，包括北侧沿黄河生态带、中部嵩山和南部具茨山。

图3  郑州市域地表温度分布图（2020年8月26日）

Fig.3 Map of surface temperature distribution in Zhengzhou (2020.08.26)

资料来源：笔者自绘

其中，市域范围内高温区域呈显著空间聚集特征，成片集中在郑州市主城区、航空港区，以及外围的新郑、巩义、登封、新密、中牟的建成区。受城市（人工化）下垫面太阳辐射、稠密人口及生产、生活热辐射等影响，高温区域由建成区向外围呈圈层式热岛分布特征。低温区主要是林地、水体等覆盖区域，分布在沿黄河、环嵩山和具茨山周边，涵盖集中的灌木、草地、耕地、湿地等。尤其是沿黄河地区，是郑州市最重要的生态空间，也是降温效应最显著的冷源。

3.2.2 局地气候分区与国土空间分类框架下蓝绿空间的类别特征

郑州市域范围内蓝绿空间占全域总面积的71.58%，涵盖8个一级类、24个二级类（图4）。其中，郑州市全域水面率约5%（郑州市主城区的水面率为6.4%），具有典型的内陆城市特征。

图4  郑州市域现状蓝绿空间用地分布图（2020年）

Fig.4 Distribution of blue-green spaces land use in Zhengzhou (2020)

资料来源：笔者自绘

搭建局地气候分区与国土空间用地分类框架，将LCZ（A、B），LCZ（C、D）及LCZ（G）与国土空间用地、用海分类对应。运用GIS将现状图与30m×30m精度的地表温度值进行空间连接，分析蓝绿空间地表温度特征（表1）。结果显示，全域蓝绿空间平均地表温度为31.95℃；LCZ（A、B）中的绿地与开敞空间用地，受周边建成区空间分布影响，平均地表温度为34.73℃；LCZ（A、B）中的林地与园地，平均地表温度为31.87℃；LCZ（C、D）对应的耕地和草地的平均地表温度为32.09℃；LCZ（G）对应的湿地、陆地水域和其他水体的平均地表温度为31.39℃。

3.3 市域热岛强度空间特征

3.3.1 热岛强度等级划分

研究结合气象学成果和卫星反演的地表温度，将郊区农田平均地表温度作为郊区温度，将研究区域内其他地区的地表温度与郊区温度的差定义为热岛强度。热岛强度的具体计算公式如下：

式中，UHII_i为热岛强度；T_i为第i个像元的地表温度；T_crop为郊区农田某一像元的地表温度；n为郊区农田所有像元的总个数。

研究采用郑州市域范围内城市建成区外围所有蓝绿空间（不含建成区范围内的绿地、开敞空间及其他蓝绿空间）的平均地表温度。经核算，平均地表温度值为31.89℃，以此作为基准点，将热岛强度进行等级划分（表2），共分为7级。

表2  热岛强度等级划分

Tab.2  Classification of heat island intensity

资料来源：笔者自绘

3.3.2 市域热岛强度网格空间分布特征

按照热岛强度等级，研究对全域空间进行500m×500m空间网格统计分析（图5），发现地表温度平均值集中在30.90~32.89℃。

网格地表温度超过32.89℃的面积约为2917km²，占全域总面积的38.54%，热岛效应现象显著，局地出现超过36.89℃的严重热岛效应。

图5  郑州市域热岛强度网格分布图（2020年8月26日）

Fig.5 Grid distribution of heat island intensity in Zhengzhou (2020.8.26)

资料来源：笔者自绘

网格地表温度小于等于30.89℃的冷岛空间网格面积约为2417km²，占全域总面积的31.94%。其中，强冷岛（小于等于26.89℃）面积约273km²，占全域总面积的3.61%。

3.3.3 市域热岛强度空间自相关性特征

通过GIS空间聚类莫兰指数自相关性测算（图6），表明郑州市全域热岛强度具有不均衡性和空间聚集性，共有26.57%的网格具有较高的空间集聚性。其中，“高—高”聚类自相关的区域面积为 1059.5km²，平均地表温度36.40℃，空间上呈现“大聚集、小分散”的特征，主要分布在郑州市主城区、航空港区，以及巩义、登封、新密、中牟、新郑的建成区。“低—低”聚类自相关的区域面积为951km²，平均地表温度27.49℃，主要分布在沿黄河、环嵩山和具茨山地区。

图6  郑州市域地表温度聚类分析图（2020年8月26日）

Fig.6 Cluster analysis of surface temperature in Zhengzhou (2020.8.26)

资料来源：笔者自绘

04

郑州市域蓝绿空间降温响应研究

在郑州市域地表温度空间特征总体认知的基础上，聚焦蓝绿空间，对冷源强度进行分级，系统研究不同等级冷源的空间及类型特征，针对不同类型蓝绿空间的降温规模阈值开展研究，最后从国土空间规划视角提出缓解和适应热岛效应的策略。

4.1  蓝绿空间降温效应

4.1.1 蓝绿空间冷源强度分级

根据热岛强度等级，全域蓝绿空间可以划分为强冷岛、较强冷岛和弱冷岛，分别属于冷岛强度的一级、二级、三级（图7）。其中，属于三级弱冷岛的网格数量最多，面积达1664.75km²，占冷岛总面积的68.88%。一级强冷岛的面积占比最少，仅11.29%，其中沿黄河强冷岛的面积约123.75km²；环嵩山强冷岛的面积最大，约129.5km²；具茨山强冷岛的面积最小，约19.25km²。通过量化数据分析表明，大面积集中分布的林地和大尺度的水体具有明显的降温效应。

图7  郑州市域冷源空间分布图（2020年8月26日）

Fig.7 Spatial distribution map of cold source in Zhengzhou (2020.8.26)

资料来源：笔者自绘

4.1.2 蓝绿空间降温效应规模阈值

结合苏王新等既有研究，蓝绿空间降温效果与用地规模、形态和连通度相关。其中，绿地、水体的降温强度和降温效率与用地面积呈正相关。参考景观斑块面积等级划分方法，同时结合郑州市蓝绿空间尺度，将蓝绿斑块分为小斑块（≤5hm²），中斑块（>5hm²、<10hm²），大斑块（≥10hm²、<20hm²），特大斑块（>20hm²、<30hm²）和超大斑块（≥30hm²）五个等级。应用GIS，针对林地、园地、耕地等类型用地进行属性表计算，汇总用地规模最小值、最大值和平均值，结合五类斑块面积，从小到大进行平均降温效应核算，得到每种类型用地降温的规模阈值，为下一步管控优化提供科学依据（表3）。

表3  各类用地降温效果规模阈值

Tab.3 Scale threshold of cooling effect of various types of land use

资料来源：笔者自绘

4.2  国土空间规划优化策略

4.2.1 全域、全要素：保护结构性蓝绿冷源

从宏观尺度，强化对全域高等级冷源生态空间的保护，将沿黄河、环嵩山和具茨山等结构性蓝绿空间纳入城市生态功能分区，保障城市自然冷源生态复合功能的发挥。从缓解热岛效应和提升气候韧性的角度，系统保护城市山、水、林、田、湖、草生态全要素。

4.2.2 布局结构优化：预留区域型蓝绿廊道

将热岛分析结果应用于城市规划空间布局，预留贯通城市建成区内外的蓝绿空间通风廊道系统，切割连片集聚的城市热岛区域，优化城市保护开发空间格局。将风道与城市结构性绿地水系、大型生态基础设施廊道及郊野公园等开敞空间结合，形成自然呼吸的生态网络，提升空气品质，促进城市更高质量发展。

4.2.3 实施重点管控：核心蓝绿斑块优化指引

针对城市热岛效应严峻的建成区，统筹考虑气候降温因素与城市绿地系统布局，提升蓝绿空间品质。加强对核心蓝绿斑块生态的保护与修复，保障林地、水体、公园等用地的合理规模与连通性，严控建设用地增量，优化植物乔木、灌木的种植比例，提高生态冷源等级，保障降温效应的发挥。核心蓝绿空间规划引导与城市规划管理技术规定、城市设计导则相衔接。探索城市热岛高敏感区，或对旧城更新类重点项目进行规划建设降温效益评估，通过留白增绿，改善其周边小气候，降低热岛效应。

05

结论与探讨

研究以热岛缓解为导向，从全域视角，基于局地气候分区和国土空间用地、用海分类，对郑州市蓝绿空间特征进行划分，结合陆地卫星8反演对夏季地面温度进行空间量化分析。结果显示，第一，局地气候区分类是协同城市气候学与城市规划学的桥梁，在郑州市热岛研究中具有适用性。自然环境型LCD（A、B）林地、园地，LCZ（C、D）耕地、草地，以及LCZ（G）水域、湿地的地表平均温度低于建成环境型局地气候区。第二，从降温效果角度看，LCA（G）>LCZ（A、B）>LCZ（C、D）。第三，从空间分布角度看，强冷源分布在沿黄河、环嵩山和具茨山地区；市区内的公园、绿地、广场空间形成区域性的小冷源，但不足以缓解城市热岛效应；市内部分开敞空间自身是弱热岛区。在500m×500m栅格精度下，全域范围内形成八处“高—高”（面积1059.5km²）、五处“低—低”（面积951km²）空间自相关区域。第四，除类型因素外，空间分布和斑块规模与蓝绿空间的平均地表温度呈正相关。同时，各类用地存在降温的规模阈值。研究显示，不同类型用地的规模阈值分别为：城市公园5hm²、林地10hm²、陆地水域30hm²等。第五，提出优化策略，保护市域蓝绿空间整体格局。尤其是强化对沿黄河和环嵩山强冷源生态保护与修复；新城新区采用组团式发展，预留核心区域蓝绿廊道，以及对核心蓝绿斑块进行管控引导。

本研究在热岛缓解目标导向下，从国土空间全域角度，为黄河流域平原型特大城市蓝绿空间降温效应研究提供了技术框架和实例支撑。当然，由于跨学科融合的复杂性及多源数据掌握的困难程度等，需要通过不断创新来丰富研究成果。

常务理事单位

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理事单位

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西安市城市规划设计研究院

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包头市规划设计研究院

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浙江省城乡规划设计研究院

上海宝山规划设计研究院有限公司

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