XX市景觀結(jié)構(gòu)對城市熱環(huán)境的影響實(shí)證分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u43XX市景觀結(jié)構(gòu)對城市熱環(huán)境的影響實(shí)證分析案例 1121401.1西安市景觀梯度上冷熱點(diǎn)景觀結(jié)構(gòu)差異 1285091.1.1西安市在城鄉(xiāng)梯度上冷點(diǎn)和熱點(diǎn)的景觀結(jié)構(gòu)差異 1304931.1.2西安市水體覆蓋度梯度上冷點(diǎn)和熱點(diǎn)的景觀結(jié)構(gòu)差異 4141011.1.3西安市在草地覆蓋度梯度上的冷熱點(diǎn)景觀差異 6101661.1.4西安市在林地覆蓋度梯度上的冷熱點(diǎn)景觀差異 8250011.1.5西安市在耕地覆蓋度梯度上的冷熱點(diǎn)景觀差異 11307151.2緩解西安市城市熱島效應(yīng)的城市規(guī)劃建議 13290371.2.1景觀結(jié)構(gòu)與地表溫度的關(guān)系對緩解西安市城市熱島效應(yīng)的啟示 13299701.2.2緩解城市熱島效應(yīng)的城市景觀規(guī)劃建議 14273041.3小結(jié) 161.1西安市景觀梯度上冷熱點(diǎn)景觀結(jié)構(gòu)差異1.1.1西安市在城鄉(xiāng)梯度上冷點(diǎn)和熱點(diǎn)的景觀結(jié)構(gòu)差異西安市地表溫度在城鄉(xiāng)梯度上有較大的變異性，同時(shí)存在較為舒適的冷點(diǎn)和面臨嚴(yán)峻城市熱島問題的熱點(diǎn)，因此，采用冷點(diǎn)的景觀結(jié)構(gòu)，優(yōu)化熱點(diǎn)的景觀結(jié)構(gòu)可以減弱城市熱島強(qiáng)度。為探究冷熱點(diǎn)現(xiàn)有的景觀結(jié)構(gòu)有何具體差異，選取了五個(gè)具有代表性的城市強(qiáng)度（即UI=2.5%、25%、50%、75%和97.5%）來直觀化地示例同一城市強(qiáng)度下的冷點(diǎn)（LST的2.5%分位）與熱點(diǎn)（LST的97.5%分位）景觀構(gòu)成與景觀構(gòu)建特征。圖1.1顯示了西安市城六區(qū)在選定的城鄉(xiāng)梯度上冷點(diǎn)和熱點(diǎn)景觀的具體結(jié)構(gòu)特征。“*”表示某個(gè)UI梯度下沒有足夠數(shù)量的樣本，于是將其替換為最近UI梯度（即碑林區(qū)和新城區(qū)的UI梯度分別為2%和24%，而不是2.5%和25%）。結(jié)果表明：城鄉(xiāng)梯度上的景觀結(jié)構(gòu)不僅在不同的代表性UI梯度之間存在差異，而且在同一UI梯度內(nèi)冷熱點(diǎn)之間也存在差異，在不同的區(qū)域之間，冷熱點(diǎn)的景觀構(gòu)成和景觀構(gòu)建也是不同的（圖1.1）?？傮w上來說，在低UI梯度下，冷點(diǎn)與水體、林地等自然景觀成分的關(guān)聯(lián)程度普遍高于熱點(diǎn)，有水體存在的樣方通常具有更低的地表溫度（圖1.1）。除此之外，水體的降溫效果和穩(wěn)定性要強(qiáng)于草地、林地和耕地（例如碑林區(qū)的25%UI梯度、未央?yún)^(qū)2.5%UI梯度和灞橋區(qū)2.5%UI梯度），而綠地當(dāng)中林地的降溫能力最強(qiáng)（例如碑林區(qū)的75%和97.5%UI上，熱點(diǎn)由不透水面和草地構(gòu)成，而冷點(diǎn)由不透水面和林地構(gòu)成）。在中等UI梯度下，冷熱點(diǎn)地景觀構(gòu)成和構(gòu)建都變得復(fù)雜，但冷點(diǎn)整體的景觀構(gòu)成比熱點(diǎn)的要更豐富。而在高UI梯度下，不透水面高度覆蓋，冷熱點(diǎn)之間的景觀結(jié)構(gòu)差異比景觀組成差異更明顯。圖1.1西安市城六區(qū)在城鄉(xiāng)梯度上冷點(diǎn)和熱點(diǎn)的景觀結(jié)構(gòu)示例Figure1.1Demonstrationsoflandscapestructureassociatedwiththermalhotspotsandcoolspotsaturban-ruralgradientsofsixdistrictsinXi’an圖1.2和附表A.6顯示了西安市城六區(qū)在代表性UI梯度上冷點(diǎn)和熱點(diǎn)景觀所對應(yīng)的景觀格局指數(shù)，它們表示了冷點(diǎn)與熱點(diǎn)樣方景觀結(jié)構(gòu)的詳細(xì)特征。圖中水體、草地、林地、耕地和不透水面分別以WB（WaterBody）、GL（GrassLand）、UF（UrbanForest）、CL（CultivatedLand）和IS（ImperviousSurface）指代。在景觀格局指數(shù)中，PLAND反映了不同土地覆蓋類型的景觀構(gòu)成（即比例）。除碑林區(qū)低UI梯度的熱點(diǎn)樣方存在一定的水體斑塊外，其他水體斑塊都位于冷點(diǎn)樣方中（圖1.2a-g），而碑林區(qū)冷點(diǎn)的水體斑塊的PLAND是大于熱點(diǎn)的水體斑塊的。PLAND也顯示了水體和林地對周圍區(qū)域的降溫作用似乎更顯著，因?yàn)樵谀承︰I梯度上冷點(diǎn)中的水體或林地的PLAND更大，而該冷點(diǎn)對應(yīng)的熱點(diǎn)樣方中草地和耕地的PLAND較高（圖1.2a-g）。圖1.2西安市城六區(qū)在城鄉(xiāng)梯度上的冷熱點(diǎn)的景觀指數(shù)Figure1.2Landscapemetricsunderlyingthermalhotspotsandcoolspotsaturban-ruralgradientsofsixdistrictsinXi’an.景觀構(gòu)建可以用PD、ED、LSI和AI來描述。其中，PD和ED是衡量斑塊破碎度的指標(biāo)，LSI表示斑塊形狀的復(fù)雜度，AI代表景觀的聚集度。這幾個(gè)景觀格局指數(shù)的數(shù)值越高，分別說明景觀斑塊越破碎，形狀越不規(guī)則，越聚集(Xuetal.,2020)。結(jié)果表明，景觀構(gòu)建對城市熱條件施加了重要影響（圖1.2）。例如，雖然在蓮湖區(qū)的5個(gè)代表性UI梯度中，冷熱點(diǎn)之間的林地PLAND都是相同的，但其對應(yīng)的地表溫度卻有很大的差異（圖1.2b）。這可能是由于林地和不透水地表的景觀結(jié)構(gòu)不同造成的。熱點(diǎn)中林地的PD、ED和LSI普遍高于對應(yīng)的冷點(diǎn)，特別是在50%和75%的UI梯度上。而在97.5%的UI梯度下，冷點(diǎn)樣方的LSI高于對應(yīng)的熱點(diǎn)樣方。在相同的UI梯度下，不透水面的景觀結(jié)構(gòu)在冷熱點(diǎn)之間也存在差異。在50%和75%的UI梯度下，熱點(diǎn)的不透水面的ED和LSI明顯高于冷點(diǎn)，而AI相反。相比之下，在2.5%的UI梯度下，熱點(diǎn)的不透水面的PD、LSI明顯低于冷點(diǎn)樣方，而AI更高（圖1.6b）。其他地區(qū)的景觀構(gòu)成比蓮湖區(qū)更多樣化，當(dāng)冷熱點(diǎn)之間的景觀構(gòu)成相似時(shí)，可以明顯看出景觀結(jié)構(gòu)對地表溫度的影響。例如，新城區(qū)和雁塔區(qū)97.5%的UI梯度上林地的景觀結(jié)構(gòu)、未央?yún)^(qū)97.5%的UI梯度上草地的景觀結(jié)構(gòu)都對冷熱點(diǎn)的LST起到了一定的分化作用，熱點(diǎn)的景觀構(gòu)建普遍比較破碎，形狀比較不規(guī)則（圖1.2b,1.2c,1.2e）。1.1.2西安市水體覆蓋度梯度上冷點(diǎn)和熱點(diǎn)的景觀結(jié)構(gòu)差異圖1.3西安市城六區(qū)在水體覆蓋度梯度上冷點(diǎn)和熱點(diǎn)的景觀結(jié)構(gòu)示例Figure1.3DemonstrationsoflandscapestructureassociatedwiththermalhotspotsandcoolspotsatwaterbodycoveragegradientsofsixdistrictsinXi’an上述結(jié)果已經(jīng)證明了水體是最有效的降溫措施，為比較相同水體覆蓋度下冷熱點(diǎn)的景觀結(jié)構(gòu)差異，同樣也選取了五個(gè)水體覆蓋度（即2.5%、25%、50%、75%和97.5%）進(jìn)行對比。圖1.3展示了選定的水體覆蓋度下冷點(diǎn)與熱點(diǎn)樣方景觀結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。結(jié)果表明：在水體覆蓋度梯度上，不同的水體覆蓋度下的景觀結(jié)構(gòu)有較大差異，同一水體覆蓋度下的冷熱點(diǎn)景觀結(jié)構(gòu)特征不同（圖1.3）。城三區(qū)幾乎沒有高水體覆蓋度的樣方，熱點(diǎn)通常與面積較大的不透水面斑塊有關(guān)，而冷點(diǎn)中存在更多的林地或草地斑塊（圖1.3a-c）。在郊三區(qū)中，水體覆蓋度較低的梯度的冷熱點(diǎn)溫差很大（圖1.3d-f），例如灞橋區(qū)2.5%水體覆蓋度的冷熱點(diǎn)溫差高達(dá)11.21℃（圖1.3f）。這種溫度差異很大程度上是由地表景觀決定的，在水體覆蓋度相同的條件下，不透水面和綠地覆蓋度的不同造成了巨大的溫度分異，在現(xiàn)有的樣方中，熱點(diǎn)的高溫幾乎都是由于不透水面導(dǎo)致的。而郊三區(qū)在水體覆蓋度較高的梯度上，冷熱點(diǎn)的溫差較小，雁塔區(qū)97.5%分位水體覆蓋度梯度上冷熱點(diǎn)溫差僅有0.32℃（圖1.3d），這表明水體對地表溫度的調(diào)節(jié)作用更為顯著。對城六區(qū)整體而言，選定的水體覆蓋度梯度上的冷熱點(diǎn)樣方內(nèi)的景觀以水體和綠地為主，冷熱點(diǎn)之間的溫差則更多地依賴于水體自身或綠地的景觀構(gòu)建特征。圖1.4和附表A.7顯示了西安市城六區(qū)在代表性水體覆蓋度梯度上冷點(diǎn)和熱點(diǎn)景觀所對應(yīng)的景觀格局指數(shù)。從景觀構(gòu)成的角度看，幾個(gè)區(qū)的熱點(diǎn)中不透水面的PLAND基本都大于冷點(diǎn)，而冷點(diǎn)樣方中草地和林地的PLAND大于熱點(diǎn)（圖1.4a-g）。從景觀構(gòu)建的角度看，對于水體本身而言，城三區(qū)冷熱點(diǎn)內(nèi)水體的PD、ED、LSI和AI的差異并不明顯，水體斑塊都較為聚集，形狀也比較規(guī)整。郊三區(qū)中，雁塔區(qū)冷點(diǎn)中水體自身的PD、ED和LSI幾乎都高于熱點(diǎn)，而AI相反，表明在雁塔區(qū)中，破碎復(fù)雜且離散的水體斑塊更有利于降溫。未央?yún)^(qū)、灞橋區(qū)和城六區(qū)整體的水體的PD、ED和LSI在水體覆蓋度梯度上均呈現(xiàn)先升后降的特征，且在較低的水體覆蓋度梯度（2.5%和25%）上，冷點(diǎn)內(nèi)水體的PD、ED和LSI高于熱點(diǎn)，AI相反。而在中高等水體覆蓋度梯度（50%和75%）上，熱點(diǎn)的PD、ED和LSI超過了冷點(diǎn)。在水體覆蓋度到達(dá)97.5%時(shí)冷點(diǎn)的值更大。這表明在中高等水體覆蓋度的區(qū)域，聚集且形狀簡單的水體斑塊降溫效果更明顯，而在水體覆蓋度較低和較高的區(qū)域則相反。對綠地而言，在未央?yún)^(qū)的75%和97.5%、灞橋區(qū)50%以及城六區(qū)25%和50%的水體覆蓋度梯度中可以觀察到冷熱點(diǎn)草地的景觀構(gòu)建差異，除城六區(qū)整體的25%梯度外，其他各區(qū)都呈現(xiàn)熱點(diǎn)草地斑塊的PD、ED和LSI高于冷點(diǎn)、而AI低于冷點(diǎn)的特征。城六區(qū)整體75%水體覆蓋度上的冷熱點(diǎn)的林地斑塊也表現(xiàn)出了相似的景觀構(gòu)建特征。表明在水體覆蓋度為中等或較高時(shí)，形狀簡單且聚集的綠地斑塊有更強(qiáng)的降溫作用。圖1.4西安市城六區(qū)在水體覆蓋度梯度上的冷熱點(diǎn)的景觀指數(shù)Figure1.4LandscapemetricsunderlyingthermalhotspotsandcoolspotsatwaterbodycoveragegradientsofsixdistrictsinXi’an.1.1.3西安市在草地覆蓋度梯度上的冷熱點(diǎn)景觀差異草地對于地表溫度的影響較小，草地作為綠地景觀的一種，對于地表溫度有一定的降低作用，但因?yàn)椴莸氐耐寥浪终舭l(fā)蒸騰損失總量比林地小，草地覆蓋面積也比其它植被少，因此在大多數(shù)情況下草地的降溫效果不如林地顯著(Yangetal.,2017)。在五個(gè)代表性的草地覆蓋度上冷熱樣方的景觀結(jié)構(gòu)存在明顯差異。在城三區(qū)中，一些樣方在林地的幫助下成為了同草地覆蓋度梯度下的冷點(diǎn)，有林地斑塊的樣方比單純由草地和不透水面構(gòu)成的樣方的地表溫度低（圖1.5a-c）。而在郊三區(qū)和西安城六區(qū)中，冷點(diǎn)樣方中的景觀類型更多的是水體，這也驗(yàn)證了水體的降溫強(qiáng)度比林地、草地等綠地的降溫強(qiáng)度更大。六個(gè)區(qū)及其整體在選定的草地覆蓋度梯度上的冷點(diǎn)樣方的景觀類型通常更豐富，斑塊之間的鑲嵌結(jié)構(gòu)也更復(fù)雜（圖1.5）。圖1.5西安市城六區(qū)在草地覆蓋度梯度上冷點(diǎn)和熱點(diǎn)的景觀結(jié)構(gòu)示例Table1.5DemonstrationsoflandscapestructureassociatedwiththermalhotspotsandcoolspotsatgrasscoveragegradientsofsixdistrictsinXi’an圖1.6和附表A.8展示了草地覆蓋度梯度上冷熱點(diǎn)的景觀指數(shù)，在景觀構(gòu)成方面，冷點(diǎn)多與水體和林地有關(guān)，相同草地覆蓋度梯度下冷點(diǎn)樣方中水體和林地的PLAND大于其對應(yīng)的熱點(diǎn)樣方。在景觀構(gòu)建方面，對于草地本身而言，與水體類似，在較低的草地覆蓋度梯度上，冷點(diǎn)內(nèi)水體的PD、ED和LSI高于熱點(diǎn)，AI相反；在中高等草地覆蓋度梯度上熱點(diǎn)的PD、ED和LSI大于冷點(diǎn)；而在高草地覆蓋度梯度上，冷點(diǎn)的這些景觀指數(shù)大于熱點(diǎn)。在草地覆蓋度較低或較高時(shí)，破碎的草地斑塊能為環(huán)境降溫，而在中等水平的草地覆蓋度上，連片聚集的簡單草地斑塊比破碎的草地斑塊更有利于緩解城市熱島效應(yīng)。對于不透水面的景觀結(jié)構(gòu)而言，碑林區(qū)中25%草地覆蓋度梯度下冷點(diǎn)樣方中不透水面的PD、ED和LSI大于熱點(diǎn)樣方，AI小于熱點(diǎn)樣方，而蓮湖區(qū)25%、50%草地覆蓋度梯度則相反。圖1.6西安市城六區(qū)在草地覆蓋度梯度上的冷熱點(diǎn)的景觀指數(shù)Figure1.6LandscapemetricsunderlyingthermalhotspotsandcoolspotsatgrasscoveragegradientsofsixdistrictsinXi’an.1.1.4西安市在林地覆蓋度梯度上的冷熱點(diǎn)景觀差異林地景觀在調(diào)節(jié)城市地表溫度方面有重要作用，在林地覆蓋度梯度上，景觀指數(shù)隨著林地覆蓋度的大小而改變，冷熱點(diǎn)樣方之間的景觀結(jié)構(gòu)差異也各有特點(diǎn)，反映了城市景觀結(jié)構(gòu)特征的復(fù)雜性。圖1.7描繪了選定的林地覆蓋度梯度上冷熱點(diǎn)樣方的景觀，同樣的，水體幾乎只出現(xiàn)在冷點(diǎn)樣方中（碑林區(qū)97.5%林地覆蓋度梯度除外），冷點(diǎn)中水體與林地的鑲嵌組合帶來了非常有效的降溫效果，而熱點(diǎn)樣方除林地外由草地、耕地和建設(shè)用地構(gòu)成。圖1.7西安市城六區(qū)在林地覆蓋度梯度上冷點(diǎn)和熱點(diǎn)的景觀結(jié)構(gòu)示例Figure1.7DemonstrationsoflandscapestructureassociatedwiththermalhotspotsandcoolspotsatforestcoveragegradientsofsixdistrictsinXi’an.本文的研究目的之一是在有限的城市空間中，探究如何在林地面積相同（PLAND相同）的條件下，通過改變林地的景觀構(gòu)建緩解熱島效應(yīng)，利用林地覆蓋度梯度可以幫助更直觀地討論景觀結(jié)構(gòu)特征對地表溫度的影響。具體的景觀指數(shù)值如圖1.8和附表A.9所示，冷點(diǎn)溫度低得益于水體的PLAND大而不透水面的PLAND小。林地覆蓋度梯度上冷熱點(diǎn)樣方內(nèi)林地本身的景觀結(jié)構(gòu)有較大差異，且林地斑塊的景觀結(jié)構(gòu)隨著林地覆蓋度梯度和區(qū)域變化。在林地覆蓋度梯度上，中等覆蓋度時(shí)林地斑塊的破碎度和形狀復(fù)雜度最大，而低覆蓋度和高覆蓋度下林地斑塊的景觀指數(shù)數(shù)值都較小。幾個(gè)區(qū)冷熱點(diǎn)之間林地斑塊景觀構(gòu)建特征的差異主要體現(xiàn)在97.5%林地覆蓋度梯度之前，其中，在林地覆蓋度較低（2.5%）時(shí)，未央?yún)^(qū)和城六區(qū)整體熱點(diǎn)中林地斑塊的AI更大，而冷點(diǎn)中林地的PD、ED和LSI幾乎都比熱點(diǎn)大，表明涼爽地區(qū)的林地斑塊可能更破碎復(fù)雜且分散。碑林區(qū)、蓮湖區(qū)、新城區(qū)、雁塔區(qū)和灞橋區(qū)則相反。在中等林地覆蓋度上（50%左右），碑林區(qū)、雁塔區(qū)、未央?yún)^(qū)和城六區(qū)的連續(xù)聚集的林地景觀結(jié)構(gòu)有更強(qiáng)的降溫作用，其他區(qū)相反。在高林地覆蓋度梯度上（97.5%），各個(gè)區(qū)冷熱點(diǎn)樣方的林地景觀結(jié)構(gòu)特征是類似的，樣方幾乎被林地斑塊完全覆蓋，林地斑塊都較為規(guī)整和聚集。圖1.8西安市城六區(qū)在林地覆蓋度梯度上的冷熱點(diǎn)的景觀指數(shù)Figure1.8LandscapemetricsunderlyingthermalhotspotsandcoolspotsatforestcoveragegradientsofsixdistrictsinXi’an.1.1.5西安市在耕地覆蓋度梯度上的冷熱點(diǎn)景觀差異圖1.9顯示了五個(gè)選定的耕地覆蓋度上冷熱點(diǎn)樣方的現(xiàn)有景觀，由于碑林區(qū)、蓮湖區(qū)和新城區(qū)耕地斑塊數(shù)量極少，故在其景觀示例在此不做展示。與草地類似，耕地對地表溫度的影響也很微弱，冷點(diǎn)的溫度甚至?xí)S著耕地覆蓋度梯度的上升而增大，因此耕地并不是最理想的降溫景觀類型。目前許多學(xué)者在針對土地利用類型與熱環(huán)境關(guān)系的研究中已經(jīng)證實(shí)了，某些地區(qū)增加耕地面積會(huì)使地表溫度上升，這可能與農(nóng)作物類型有很大關(guān)系(Zhouetal.,2014;Liuetal.,2015;Yangetal.,2017)。在西安市郊三區(qū)和整體的景觀示例圖中，冷點(diǎn)往往與水體、草地和林地有關(guān)，而熱點(diǎn)由耕地及其周圍的不透水面組成。圖1.9西安市城六區(qū)在耕地覆蓋度梯度上冷點(diǎn)和熱點(diǎn)的景觀結(jié)構(gòu)示例Figure1.9DemonstrationsoflandscapestructureassociatedwiththermalhotspotsandcoolspotsatcultivatedlandcoveragegradientsofsixdistrictsinXi’an.耕地覆蓋度梯度上的景觀指數(shù)如圖1.10和附表A.12所示，在同一耕地覆蓋度梯度上，熱點(diǎn)中不透水面的PLAND高于冷點(diǎn)，而冷點(diǎn)中水體、草地、林地的PLAND高于熱點(diǎn)。在景觀構(gòu)建方面，耕地自身在耕地覆蓋度梯度上的景觀構(gòu)建特征也是十分復(fù)雜的。未央?yún)^(qū)、灞橋區(qū)和城六區(qū)耕地的PD、ED、LSI和AI沿梯度的起伏變化不明顯，同一梯度下冷熱樣方中耕地的PD、ED、LSI和SPLIT的值也差異不大。在未央?yún)^(qū)、灞橋區(qū)和城六區(qū)的75%和97.5%耕地覆蓋度梯度上可以觀察到冷熱點(diǎn)樣方中不透水面斑塊的景觀構(gòu)建對比。結(jié)果表明，在耕地覆蓋度較高時(shí)，不透水面如果比較破碎和離散，其帶來的增溫效應(yīng)可能會(huì)減弱。圖1.10西安市城六區(qū)在耕地覆蓋度梯度上的冷熱點(diǎn)的景觀指數(shù)Figure1.10LandscapemetricsunderlyingthermalhotspotsandcoolspotsatcultivatedlandcoveragegradientsofsixdistrictsinXi’an.以上結(jié)果表明了城市景觀是非常復(fù)雜的，可以通過優(yōu)化景觀結(jié)構(gòu)來緩解城市熱島效應(yīng)，水體和林地在城市降溫方面有非常突出的貢獻(xiàn)。通過對比冷熱點(diǎn)景觀指數(shù)差異可以對不同的行政區(qū)以及不同的景觀梯度提出具有針對性的緩解熱島效應(yīng)的城市景觀設(shè)計(jì)策略。1.2緩解西安市城市熱島效應(yīng)的城市規(guī)劃建議1.2.1景觀結(jié)構(gòu)與地表溫度的關(guān)系對緩解西安市城市熱島效應(yīng)的啟示西安市熱環(huán)境存在巨大的空間異質(zhì)性，冷點(diǎn)和熱點(diǎn)共存，表明城市本身具有調(diào)節(jié)地表溫度的潛力，景觀結(jié)構(gòu)對緩解城市熱島效應(yīng)有非常重要的意義。上述研究結(jié)果對西安市及其他古都城市緩解城市熱島效應(yīng)提供了寶貴的啟示。首先，優(yōu)化景觀結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)城市熱環(huán)境，并且存在一個(gè)景觀覆蓋度閾值，為了達(dá)到更大的降溫效果，在低于閾值或高于閾值的地方改變景觀結(jié)構(gòu)是最大程度發(fā)揮景觀降溫作用的景觀覆蓋度區(qū)間。其次，隨著城市化程度的提高，地表溫度的變異性有所降低，緩解城市熱島的潛力越來越小，但是即使在城市強(qiáng)度很高的區(qū)域，冷熱點(diǎn)之間還有相當(dāng)大的溫差，城三區(qū)中高城市強(qiáng)度下的降溫潛力甚至比低城市強(qiáng)度下的大，這可能與西安市中心城區(qū)保留的古都設(shè)計(jì)有關(guān)。第三，各種景觀覆蓋度梯度上的冷點(diǎn)和熱點(diǎn)在景觀構(gòu)成和景觀構(gòu)建上有明顯差異（圖1.1-1.10），在西安市高度城市化地區(qū)，仍然有現(xiàn)成的景觀結(jié)構(gòu)來維持適宜的地表溫度。這很有可能得益于西安古色古香的城市設(shè)計(jì)，城市景觀布局中融入并保留了古人的智慧。西安作為中國的十三朝古都，基本沿襲了唐代長安城的城市景觀格局。其中城三區(qū)內(nèi)保留了我國現(xiàn)存最大、保存最完好的古城墻的城市景觀風(fēng)貌，城市景觀格局具有軸線對稱、棋盤路網(wǎng)的特點(diǎn)。更重要的是，西安市對各城區(qū)的規(guī)劃原則是保持保護(hù)古城歷史風(fēng)貌、城市格局和空間環(huán)境，體現(xiàn)歷史特色(西安歷史文化名城保護(hù)條例,2002)。古城墻內(nèi)外的建筑高度也受到嚴(yán)格控制。例如，古城墻內(nèi)的整體建筑高度不得超過36米（古城內(nèi)地標(biāo)建筑西安鐘樓的高度）。學(xué)者的研究表明，較低的建筑會(huì)導(dǎo)致其周圍的地表溫度較低，因?yàn)槠湮盏奶栞椛漭^少，通風(fēng)效果較好(Yang&Li,2015;Guoetal.,2016)。1.2.2緩解城市熱島效應(yīng)的城市景觀規(guī)劃建議城市熱環(huán)境的高度異質(zhì)性和同一景觀覆蓋度梯度下地表溫度變異性較大的特點(diǎn)，可能為城市景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)緩解城市熱問題提供了新的視角。而冷點(diǎn)和熱點(diǎn)現(xiàn)有的景觀結(jié)構(gòu)，代表了最理想的和最不理想的景觀設(shè)計(jì)，在城市規(guī)劃中應(yīng)當(dāng)采用冷點(diǎn)的景觀結(jié)構(gòu)而避免熱點(diǎn)的景觀結(jié)構(gòu)。城市景觀是由藍(lán)色、綠色和灰色結(jié)構(gòu)交織而成的復(fù)雜空間集合(Pickettetal.,2016)，景觀構(gòu)成和景觀構(gòu)建都會(huì)影響城市熱環(huán)境。藍(lán)色和綠色基礎(chǔ)設(shè)施（如水體和綠地）是城市中的冷源，而不透水面等灰色基礎(chǔ)設(shè)施則是熱源。為理解不同景觀類型的景觀結(jié)構(gòu)如何影響地表溫度，針對不透水面、水體、草地、林地和耕地分別探究了在其覆蓋度梯度上冷熱點(diǎn)的景觀結(jié)構(gòu)差異。結(jié)果表明，從景觀構(gòu)成來看，水體的降溫效果比綠地強(qiáng)，而林地相對于草地或耕地的降溫效果更強(qiáng)。研究區(qū)范圍內(nèi)4個(gè)冷點(diǎn)的聚集區(qū)都在水體附近，其中3個(gè)位于灞橋區(qū)（圖3.1）。作為古都，西安市城區(qū)的優(yōu)越之處在于其位于在中國大陸的中心位置，地形平坦，水網(wǎng)密集，灞橋區(qū)更是享有“八水繞長安，灞橋有其三”的美譽(yù)。雖然水體是最強(qiáng)大的降溫景觀，為西安市的熱舒適度做出了巨大貢獻(xiàn)，但由于增加水體面積或重建水體可能并不可行，因此水體并不是最具有經(jīng)濟(jì)效益的降溫策略(Gunawardenaetal.,2017;Targinoetal.,2019)。另外，由于城市綠化是城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)中不可缺少的一部分，因此擴(kuò)大城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施可能是解決城市熱點(diǎn)效應(yīng)挑戰(zhàn)的最實(shí)用和最可行的自然的解決方案(Tranetal.,2017;Cousins,2021)。我們的結(jié)果還表明，綠地的降溫效果將取決于植被的類型，這與之前的研究一致(Edmondsonetal.,2016；Yangetal.,2017)。為了最大限度地利用有限的空間為城市降溫，應(yīng)該更多地鋪設(shè)林地而非草地或耕地。西安市現(xiàn)存的許多有林地的歷史遺跡，如漢長安城遺址、大明宮和未央宮遺址等，目前已被保留為城市綠地公園。它們體現(xiàn)了城市綠地在降低周邊工廠和居民區(qū)環(huán)境溫度方面的重要作用。隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，可供水體和綠地?cái)U(kuò)展的空間越來越不足。在這種情況下，如何優(yōu)化水體和綠地的空間布局將是實(shí)現(xiàn)降溫目標(biāo)的可能選擇(Jia&Zhao,2020)。在城市強(qiáng)度梯度較高的情況下，景觀構(gòu)建對降低城市地表溫度的作用更為明顯。在高城市強(qiáng)度下，新城區(qū)和雁塔區(qū)中林地理想的降溫結(jié)構(gòu)往往形狀更規(guī)則、更聚集，標(biāo)志著城市綠地降溫的聚集效應(yīng)(Masoudi&Tan,2019)。蓮湖區(qū)可以充分看到景觀構(gòu)建的影響，在5個(gè)代表性UI梯度上，冷點(diǎn)和熱點(diǎn)均由林地和不透水面組成，景觀構(gòu)建隨城市強(qiáng)度而變化。在UI梯度較低的情況下，尤其是UI為2.5%時(shí)，不透水面本身的景觀構(gòu)建是城市降溫策略的重點(diǎn)，應(yīng)追求設(shè)計(jì)形狀更為不規(guī)則、更為分散的灰色基礎(chǔ)設(shè)施以降低UHI效應(yīng)，這可能是因?yàn)橄鄬Ψ稚⒌幕疑A(chǔ)設(shè)施斑塊散發(fā)的熱量很容易被抑制。在中等UI梯度（即50%和75%）的熱緩解策略中，林地和不透水面的景觀構(gòu)建應(yīng)以碎片化和較規(guī)則的形狀為目標(biāo)。此外，當(dāng)所有其他景觀結(jié)構(gòu)特征非常相似時(shí)，蓮湖區(qū)的高UI梯度（97.5%）下不規(guī)則林地斑塊可以使地表溫度降低約6.84℃。水體和林地自身覆蓋度梯度上的冷熱點(diǎn)反映了相同景觀構(gòu)成下，水體和林地的景觀構(gòu)建特征對地表溫度的影響。隨著水體覆蓋度的提高，城市地表溫度迅速下降，碑林區(qū)、蓮湖區(qū)和新城區(qū)的冷熱點(diǎn)內(nèi)水體斑塊呈現(xiàn)規(guī)整聚集的特征，它們之間的景觀構(gòu)建差異并不明顯。在雁塔區(qū)中，水體斑塊越破碎復(fù)雜且離散將會(huì)更有利于降低UHI。在未央?yún)^(qū)、灞橋區(qū)和城六區(qū)，水體覆蓋度比較高時(shí)，聚集且形狀簡單的水體斑塊降溫效果更明顯，而在水體覆蓋度較低和較高的區(qū)域，離散分布的水體斑塊是降溫更好的選擇。在林地覆蓋度梯度上，在林地覆蓋度較低（2.5%）時(shí)，未央?yún)^(qū)和城六區(qū)破碎復(fù)雜且分散的林地更為涼爽，碑林區(qū)、蓮湖區(qū)、新城區(qū)、雁塔區(qū)和灞橋區(qū)則適合選擇聚集的林地斑塊來降溫。在中等林地覆蓋度上（50%左右），對于碑林區(qū)、雁塔區(qū)、未央?yún)^(qū)和城六區(qū)而言，林地降溫的更優(yōu)構(gòu)建模式是連續(xù)而聚集的，其他區(qū)相反。在高林地覆蓋度梯度上（97.5%），各個(gè)區(qū)林地斑塊都較為規(guī)整和聚集?？傊?，研究結(jié)果表明，城市是一個(gè)高度復(fù)雜和異質(zhì)的系統(tǒng)，用城市景觀規(guī)劃和設(shè)計(jì)策略緩解城市熱島效應(yīng)時(shí)應(yīng)當(dāng)針對城市內(nèi)部和城市之間的具體環(huán)境，可以利用天然降溫措施減緩城市熱壓力，建設(shè)和發(fā)展可持續(xù)的城市景觀。1.3小結(jié)從不透水面、水體、草地、林地和耕地五種景觀類型覆蓋度梯度出發(fā)，在選定的梯度上詳細(xì)地對比了冷點(diǎn)與熱點(diǎn)樣方的景觀組成與景觀構(gòu)建的差異，詳細(xì)地探討了不同景觀類型的景觀結(jié)構(gòu)特征對城市熱環(huán)境的影響。研究結(jié)果表明：(1)城鄉(xiāng)梯度上樣方的景觀結(jié)構(gòu)不僅在不同的代表性UI梯度之間存在差異，而且在同一UI梯度內(nèi)冷熱點(diǎn)之間也存在差異，在不同的區(qū)域之間，冷熱點(diǎn)的景觀構(gòu)成和景觀構(gòu)建也是不同的。PLAND反映了景觀構(gòu)成特征。大多數(shù)水體斑塊都位于冷點(diǎn)樣方，且冷點(diǎn)水體斑塊的PLAND大于熱點(diǎn)。景觀構(gòu)建可以用PD、ED、LSI和AI來表示，景觀構(gòu)建對城市熱環(huán)境有重要影響。例如，雖然在蓮湖區(qū)的5個(gè)代表性UI梯度中，冷熱點(diǎn)之間的林地PLAND都是相同的，但林地和不透水面的景觀結(jié)構(gòu)不同，而