以上海大都市圈为例”（编号：52178053）； 上海市住房和城乡建设管理委员会2023年度重点科研项目“公园城市蓝绿灰基础设施生态韧性复合关键技术研究与应用”（编号：沪建科2023-Z02-005）；

自从19世纪初绿地生态网络思想在欧美国家被提出，国内外已有大量城市基于其自身生态环境基础构建起科学合理的城市绿地生态网络[1]，例如美洲各国共同构建起总长约4万km的生态廊道[2]，国内上海[3]、济南[4]、珠江三角洲[5]等城市与区域已初步建设城市绿地生态网络。研究表明，城市绿地生态网络作为由城市中的公园、绿地、农田、水体、湿地等构成的完整生态系统[1]，同时具有粮食供给、气候调节、水源涵养、土壤保持、生物多样性维持、景观美学欣赏等多种生态系统服务功能[6]。早期关于城市绿地生态网络的研究与实践大多从生态安全角度切入[7]，识别主要生态源地并构建生态廊道[8]，主要关注生态资源的保护与利用，如王浩等[9]在南京市绿地系统规划中通过形成绿廊维持景观生态过程。近几年，随着越来越多城市绿地生态网络建设进入存量更新和结构性优化并存发展的阶段，有学者开始关注并探索绿地生态网络的多种生态系统服务功能的提升途径，如彭建等[6]基于多种生态系统服务供需平衡提出广东省绿地生态网络分区方案，王敏等[10]结合健康游憩需求构建太原市中心城区绿地生态网络。生态安全优先基础上如何进一步提升城市绿地生态网络的多种生态系统服务功能已成为新发展阶段风景园林实践研究的重要议题。

伴随着城市化迅速发展与温室气体大量排放，全球气候暖化严重，频繁引发高温热浪[11]、极端强降水[12]等极端天气，严重威胁人居环境质量。相关实践研究表明，促进城市自然通风能有效缓解夏季热岛效应，降低冬季雾霾，提高城市环境宜居性[13]；蓝绿空间是城市通风的重要载体，同时还具有降温、增湿等微气候效应[14,15,16]。当前诸如北京通州城区、武汉市等地在城市绿地生态网络规划实践中越来越重视通风廊道建设[17,18]，发挥城市绿地在气候调节上起重要作用。然而梳理现有研究与实践进展，街区尺度绿地生态网络建设往往较多关注夏季缓解热岛效应问题，而忽略了其在冬季形成通风可能对人体舒适带来的消极影响[19]，亟待从优化小气候整体舒适性及协同冬、夏季气候需求的角度探索城市绿地生态网络的构建方法与生态修复途径。

基于此，本文从气候调节视角切入，选取江苏省昆山市密集城区为研究区域，在街区尺度上分析现状城市绿地生态网络通风效能及其与冬、夏季小气候环境特征的空间耦合关系，识别城市绿地生态网络在气候调节上存在的通风低效问题并从冬夏小气候环境协同优化的角度提出精准修复策略，以期提升绿地生态网络小气候调节服务功能，打造舒适宜人的人居环境。

1、研究区域

研究区域为江苏省昆山市中心密集城区。昆山市地处东经120°48′21″-121°09′04″、北纬31°06′34″-31°32′36″之间，属于夏热冬冷地区，气候类型为亚热带季风气候。受冬、夏季风影响，昆山市冬、夏主导风向差异较大。夏季主导风向为东—东南风，平均风速为2.1 m/s；冬季主导风向为西北与东北风，平均风速为1.9 m/s。根据昆山市气象站2015-2019年监测数据，昆山市月平均气温最高出现在7月（29.39℃），最低出现在1月（5.25℃）；近年来极端气温多发，多次出现超过38℃的极热天气及低于0℃的低温天气，气候条件恶劣。同时，昆山属于湿润地区，年平均降水量大，相对湿度高，一年中频繁出现极端潮湿天气，更加剧了人体的不舒适。因此，进一步优化城市绿地生态网络的气候调节能力对提升昆山的小气候宜居性、建设气候适应型城市具有重要意义。

本研究选取昆山市城市总体规划中的10个城镇综合单元作为研究区域，面积共110.1 km2。参考昆山市15 min社区生活圈规划，根据主要道路及河流等将研究单元细分为共189个街区，平均规模为39.7 hm2。依托丰富的河湖水系本底资源，经过多年规划建设，该区域已建成不同规模的城市公园、沿道路和河流的带状绿地，以及广泛分布的小微绿地和附属绿地，蓝绿空间面积占比38.23%，城市绿地生态网络已经基本形成（图1）。

2、研究方法

2.1技术路径

为了揭示昆山市密集城区现状绿地生态网络在小气候调节功能上存在的问题并进行精准修复，研究主要分三步展开。首先，基于遥感反演，对街区单元冬、夏季热环境及湿环境进行评价，并通过聚类分析识别街区单元主要小气候特征；其次，通过现状城市绿地生态网络与风环境模拟结果叠加，提取适于通风的现状生态廊道，并从宽度、方向、类型等方面对现状绿地生态网络冬、夏季通风效能进行评估；最后，结合绿地生态网络通风效能评估结果与街区小气候特征类型，判断现状绿地生态网络在小气候调节上存在的低效问题，并提出城市绿地生态网络基于气候调节的精准修复策略（图2）。

2.2冬、夏温湿环境特征的数字识别与评价方法

冬、夏温湿环境的数字识别基于遥感反演进行，因而需选择清晰无云的遥感影像作为反演的基础数据。冬季典型日选择有清晰遥感影像的2021年1月30日，该日气象站录得平均气温为8.6℃，相对湿度为50%，与2021年冬季平均气温7.5℃、相对湿度66%比较接近；夏季典型日选择有清晰遥感影像的2021年8月26日，该日平均气温为29.9℃，相对湿度为71%，与2021年夏季平均气温28.2℃、相对湿度78%比较接近。

冬、夏季热环境评价主要以平均空气温度估算结果作为评价指标。基于Landsat 8遥感影像，利用辐射传输方程法分别对研究区冬、夏季地表温度进行反演[20]，并估算空气温度[21]。参考空气温度对人体舒适度的影响[22]，结合研究区冬、夏季温度情况，将夏季温度从低到高分为5个等级，并进行1～5分赋值；由于冬季整体温差较小，仅将温度从低到高分为3个等级，并进行1、3、5分赋值。

图1研究区域街区单元及现状城市绿地生态网络  

图2技术路径  

图3冬、夏季风环境模拟结果对比  

因常用的湿度指标通常缺少空间属性，难以用于街区尺度研究，本研究选择与地面湿度参量有明显相关性[23]的平均大气水汽含量反演结果作为街区冬、夏季湿环境评价指标。基于Landsat 8遥感影像，利用劈窗协方差—方差比值法[24]对研究区冬、夏季大气水汽含量进行反演，并根据研究区整体情况，以自然断点法将夏季大气水汽含量从低到高分为5个等级，并进行1～5分赋值；由于冬季大气水汽含量整体集中于较低水平，为了与夏季统一评价标准，将冬季大气水汽含量从低到高分为3个等级，并进行1、3、5分赋值。

在单一小气候环境评价基础上，以街区为单元提取冬、夏季热环境及湿环境评价结果，并通过K-Means聚类算法得到街区主要小气候特征类型分类。

2.3现状适于通风的生态廊道提取及通风效能评估方法

通过将现状绿地生态网络与风环境模拟结果叠加，提取现状适于通风的生态廊道。本研究利用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics）对风环境进行模拟[25]。选取研究区中一个300 m×270 m的小街区，分别进行冬、夏季风环境模拟并提取其风速≥0.5 m/s的区域作为可通风区域，对二者结果进行对比发现分布趋势基本一致（图3），因此本研究基于夏季风环境模拟所提取的可通风区域研判研究区现状冬、夏两季可通风区域分布情况。利用ENVI-met软件对研究区夏季风环境进行模拟，选取其中一个模拟单元的模拟数据，与中国气象数据网站上GIS数据页面的实时风速进行对比验证，误差约为7.3%，在可接受范围内，可认为模拟模型较为可靠。

图4冬季典型日热环境评价  

因此研究选择基于研究区基础地理数据与夏季典型日气候条件，以6 m×6 m网格进行建模，运用ENVI-met软件对研究区夏季风环境进行模拟，并提取风速≥0.5 m/s的蓝绿空间及其所依托的绿道、河流等作为现状适于通风的生态廊道。

从宽度、方向、类型等方面对现状绿地生态网络的潜在通风效能进行分析。其中，宽度分析参考相关研究[26]及其他城市通风廊道规划经验[27]，根据不同宽度廊道形成通风能力的差异，将生态廊道及斑块按宽度分为三类：80 m以上宽度生态廊道及连续斑块具有较优通风条件；30～80 m宽度生态廊道及连续斑块通风条件一般；30 m以下宽度生态廊道通风条件较差。方向分析分别将现状绿地生态网络方向与冬、夏季主导风向进行比对，判断其在冬、夏季所能获得的通风能力：与主导风向平行通风条件最佳，夹角在30°以内通风条件一般，而夹角大于30°则通风条件较差[26]。类型分析上，根据生态廊道及斑块的主要下垫面对通风造成不同的效果，将其分为绿色道路型、绿色河流型、绿带型等。绿色道路型易在通风过程中使气流迅速升温；绿色河流型由于其表面蒸发在通风时易导致气流湿度增加；绿带型可能会在冬季获得较湿冷的通风[28]。

3、研究区域温湿环境评价与问题识别

3.1冬、夏季热环境评价

分别根据2021年1月30日（冬季典型日）及2021年8月26日（夏季典型日）遥感影像反演地表温度并估算空气温度，将所得结果与地面监测站实测数据进行比较验证，误差均较小，在可接受范围内，说明该结果能较好反映城市热环境情况。

冬季典型日反演结果显示（图4），研究区当日气温在-3.7～14.5℃，平均温度为6.75℃。研究区内街区单元整体气温较低，呈东北热西南冷的趋势；根据其平均气温可分为三类，大部分街区冬季气温处于偏冷水平，广泛分布于研究区中（街区1、3、4等）；冬季较冷的街区主要集中分布于研究区西部与南部绿地（街区78、79等），也有少量散布于东部（街区143、167等）及北部（街区6、10等）；冬季较温暖的街区主要分布于研究区东南部（街区62、69等）及北部邻近工业用地处（街区11、12等）。

夏季典型日反演结果显示（图5），研究区当日气温在17.8～42.5℃，平均气温为27.38℃。研究区内街区单元夏季气温跨度较大，整体呈西热东凉的趋势；根据其平均气温可分为5类，其中气温水平极热的街区集中分布于研究区北部建筑密集处（街区9、11等）；较热的街区广泛分布于研究区中部（街区72、74等）及西部（街区1、178等），少数散布于东部（街区22、147等）；偏暖的街区分布较为零散，广泛分布于研究区内各处（街区6、20等）；较舒适街区主要分布于研究区东部（街区40、41等）及南部（街区96、99等）；舒适街区数量最少，主要分布于主要河流沿岸及绿地充足处（街区69、81等）。

3.2冬、夏季湿环境评价

根据2021年1月30日（冬季典型日）及2021年8月26日（夏季典型日）遥感影像反演大气水汽含量，利用所得结果计算相对湿度并与地面监测站实测数据进行比较验证，误差在可接受范围内，说明反演结果相对可靠。冬季典型日大气水汽含量反演结果显示（图6），研究区平均大气水汽含量约为4.95 g/cm2，参照湿度标准将街区分为三类，其中大部分为干燥街区与湿润街区，极少数潮湿街区集中分布于研究区北部（街区5、8等）及西部（街区83、84等）。夏季典型日大气水汽含量反演结果显示（图7），研究区平均大气水汽含量约为6.82 g/cm2，整体呈东高西低分布。参照湿度标准将街区分为5类，其中湿度最高的街区集中分布在研究区中部（街区39、40等）及东北部（街区15、16等），湿度最低的街区集中分布于西部（街区80、81等）及南部（街区102、103等）。

图5夏季典型日热环境评价 

图6冬季典型日湿环境评价  

3.3街区单元小气候类型识别

基于街区冬、夏季热环境及湿环境评价结果，通过K-Means聚类分析，将189个研究的街区单元分为7类，分别为夏季热湿型街区共19个，夏季暖湿型街区共30个，夏季潮湿型街区共24个，冬冷夏暖型街区共32个，冬冷夏湿型街区共37个，夏热全年潮湿型街区共30个，以及舒适型街区共17个（表1，图8）。夏季热湿型街区（街区9、11等）夏季高温高湿问题显著，而冬季相对干暖舒适，主要在内环线附近沿河流分布；夏季暖湿型街区（街区33、35等）在夏季高温问题上较夏季热湿型街区稍缓和，但仍存在夏季高湿问题，冬季温度适中且干燥，大部分集中分布于研究区中南部，少量散布于西南、西北、东北部；夏季潮湿型街区（街区39、71等）夏季潮湿问题显著但气温凉爽，冬季温度适中且干燥，主要分布在等级较高的河流两侧；冬冷夏暖型街区（街区32、177等）主要面临着冬季温度较低的问题，且夏季气温偏暖，主要分布于绿地占比较高的街区中；冬冷夏湿型街区（街区59、67等）冬季偏冷干燥，而夏季凉爽潮湿，大部分集中分布于研究区南部，而少量散布于北部；夏热全年潮湿型街区（街区10、13等）全年潮湿问题显著，气温夏热冬暖，主要分布于临靠河流且建筑密集的街区中；舒适型街区（街区62、189等）全年气候条件最佳，夏季凉爽湿润，冬季温暖干燥，主要分布于绿地占比较高的滨水街区。

4、现状绿地生态网络通风区域提取与效能评估

4.1适于通风的生态廊道提取

通过对现状绿地生态网络与夏季风环境模拟结果进行叠加，提取现状适于通风的生态廊道。根据风环境模拟结果，提取风速≥0.5 m/s的区域与现状绿地生态网络进行叠加分析，得到现状适于通风的生态廊道分布（图9）。现状生态廊道整体通风效果良好，大部分廊道风速在0.5～3.51 m/s；其中居住区及工业区中的附属绿地风速较低，乔木密集的公园绿地及农林用地风速一般，而水体、裸地处风速明显较高；其余大部分区域风速在1.3～1.6 m/s，极少出现风速大于2.6 m/s的区域。

4.2现状绿地生态网络通风效能评估

从宽度、方向、类型三方面对现状绿地生态网络在冬、夏季通风效能上进行进一步评估。根据现状生态廊道及斑块的宽度对其通风能力的影响将其分为三级（图10-a），其中宽度较窄导致通风条件不佳的生态廊道数量最多，主要由居住用地、商业用地及工业用地等的附属绿地以及等级较低的绿道、河流等构成；中等宽度、通风条件一般的生态廊道呈四周多中部少的特征分布，主要为等级较高的绿道及河流；较大宽度而能获得较强通风能力的生态廊道及斑块主要由贯穿研究区的重要河流、连串面积较大的公园绿地、快速道路及铁路等两侧的防护林带以及东西部开阔的农林用地构成。

表1街区冬、夏小气候特征分类结果  

图8街区单元小气候类型分类  

图9现状适于通风的生态廊道识别  

图1 0现状绿地生态网络潜在通风效能评估

图7夏季典型日湿环境评价  

根据绿地生态网络与昆山市夏季主导风向形成的夹角大小，将其方向对夏季通风能力的影响分为三级（图10-b）。现状绿地生态网络中，平行于夏季主导风向的（67.5°～112.5°、135°～180°）数量最多，总占比为57.7%，其中以东—西向的生态廊道为主，大部分为位于密集街区建筑之间的附属绿地，宽度较窄且连续性较差，小部分为东西方向的主要河流、绿道等，宽度及连续性均较高；东南—西北方向的生态廊道数量较少，主要位于外围蓝绿空间中，宽度较宽，通风条件更好。与夏季主导风向之间形成不大于30°夹角的生态廊道（37.5°～67.5°、112.5°～135°、180°～210°）占总体的40.2%，呈四周多中央少的趋势分布。与夏季主导风向夹角超过30°的生态廊道（210°～217.5°）数量极少，仅占总体的1.9%，而该方向上连续分布的大面积公园绿地或农林用地斑块较多，对整体通风影响较小。

根据绿地生态网络与昆山市冬季主导风向形成的夹角大小，将其方向对冬季通风能力的影响分为两级（图10-c）。现状生态廊道中，与冬季主导风向形成夹角的生态廊道及斑块（67.5°～112.5°、165.5°～202.5°）数量最多，占总体的70%，其中大部分为研究区中部密集街区中东西方向狭长的附属绿地，通风条件较差；也有部分依靠研究区中绿道、河流及公园绿地等形成，在冬季仍会形成一定通风。与冬季主导风向平行的生态廊道（22.5°～67.5°、112.5°～165.5°）数量较少，主要分布在研究区东西部。

根据现状生态廊道及斑块主要下垫面类型，将其分为绿色道路型、绿色河流型与绿带型（图10-d）。其中绿色河流型在研究区中主要有东西向6条、南北向5条生态廊道，贯穿研究区域。绿带型以公园绿地、防护林地、农林用地及附属绿地等为主，在研究区中部分布较为分散，与绿色道路型交错分布；在研究区西部、东北部能较连贯分布。绿色道路型在研究区中部连续性较差且宽度较小，而在东、西部能较连贯分布。

5、基于气候调节的现状绿地生态网络低效识别与精准修复

5.1低效生态廊道识别

耦合189个街区单元的小气候特征类型与现状生态廊道通风效能评估结果，分析研究区域现状绿地生态网络在气候调节上的通风低效问题。

(1）夏季热湿型街区。夏季热湿型街区如街区9、11等，存在大量以附属绿地为主的东西方向狭长生态廊道，而少数存在较大型的生态廊道又与夏季主导风向之间形成夹角，因而街区内绿地生态网络整体通风能力较低，易造成夏季街区中热量、水汽等的聚集。另一方面，该类型街区多紧邻大型河流廊道，因而加剧了街区内的潮湿问题。

(2）夏季暖湿型街区。夏季暖湿型街区如街区33、35等，多位于河流廊道的北岸或西岸，因而潮湿气流会随着夏季主导风吹向街区内部，造成街区夏季潮湿问题。同时街区中还以东西向的狭长绿带廊道为主，通风条件一般，因而导致街区夏季气温偏高。

(3）夏季潮湿型街区。夏季潮湿型街区如街区39、71等，主要围绕几条重要河流廊道分布，其中大部分街区内有平行于夏季主导风向的大型河流廊道，或是垂直于河流的大型绿带生态廊道，易于将潮湿空气引入街区内部，导致街区夏季空气湿度较高。

(4）冬冷夏暖型街区。冬冷夏暖型街区如32、81等，大部分有大型生态廊道经过，易在夏季形成良好的通风而起到较好的散热降温作用，因而夏季气温能控制在偏暖的水平。但同时由于其宽度过大，且其中部分平行于冬季主导风向，也易于在冬季形成通风，加剧了冬季热量流失，造成了街区冬季低温不适的问题。

(5）冬冷夏湿型街区。冬冷夏湿型街区如街区176、177等，主要受街区中平行于夏季主导风向的大型河流廊道影响，且街区内部也存在较大型绿带生态廊道与河流廊道连接，使得来自河流的水汽更容易进入街区内部，致使街区夏季湿度较高。而在冬季，由于主导风向的改变，街区不再受河流廊道的潮湿气流影响，转而因街区内众多大型绿带生态廊道在冬季形成通风而造成热量迅速流失，最终导致街区冬季气温偏低。

(6）夏热全年潮湿型街区。夏热全年潮湿型街区如街区10、13等，大部分为建筑密集的街区，街区内以狭长的绿带廊道为主，缺少平行于夏季主导风向的大型生态廊道，夏季通风潜力不佳，因而造成街区夏季高温；另有少数街区虽有较大型生态廊道经过，但以硬质下垫面为主，植被覆盖率较低，也会造成街区夏季高温。另外，夏热全年潮湿型街区还受邻近的河流廊道影响，而导致全年湿度均较高。

5.2城市绿地生态网络精准修复

针对不同类型街区现状绿地生态网络在气候调节方面存在的低效问题，提出修复策略（表2）。其中，夏季热湿型街区以缓解夏季高温问题为首要任务，应尽量增加平行于夏季主导风向的大型生态廊道以获取夏季较良好的通风，同时可增加点状公园绿地进行局部降温。夏季暖湿型街区需平衡夏季高温与潮湿问题，因而应增加中大型绿色道路型或绿带型生态廊道，并在现状河流廊道两侧设置绿地植被屏障，以阻隔潮湿气流。夏季潮湿型街区可通过在现状河流廊道两侧增加绿地并种植气根植物以减少气流中的水汽[29]。冬冷夏暖型街区需同时兼顾冬季寒冷与夏季偏暖的问题，因此应尽量保留正南北或正东西方向的生态廊道，而削弱其他方向生态廊道的通风能力，控制廊道宽度以在保持夏季通风的同时尽量降低冬季的风速；类型上应以种植落叶乔木的绿带廊道或河流廊道为主，夏季通过遮阴及水汽蒸散促进街区降温，冬季通过增加地面辐射为街区增温；同时可增加点状绿地降温以弥补夏季通风的削弱。冬冷夏湿型街区应以缓解冬季寒冷问题为主，并同时兼顾夏季潮湿问题，因此应把街区中生态廊道宽度尽量控制在30 m及以下，以减少冬季通风；类型上应以种植落叶乔木的绿道为主，提升冬季温度并缓解夏季潮湿问题。夏热全年潮湿型街区需同时兼顾夏季高温以及全年的潮湿问题，因此可通过增加连串的公园绿地以增设多条宽度在30 m以上且为东南—西北方向的生态廊道，以保障全年一定的通风；且应在现状河流廊道两侧密植常绿乔木，并在垂直于河流的其他生态廊道两侧补植有气根的植物，以缓解潮湿问题；同时还应增加广场、绿道等的植被覆盖，以削弱夏季地面辐射。舒适型街区需保持至少一条80 m以上，多条30 m以上的绿带廊道，以维持舒适的现状。

表2基于气候调节的城市绿地生态网络精准修复策略  

6、结语

经过近30年城镇化加速发展，如今许多城市已进入存量发展阶段，如何提升现有用地的利用效率成为城市建设的重要议题。与此同时，全球正在面临严峻的气候危机，气候变化、极端天气多发使得人居环境逐渐失去其宜居性。本研究以夏热冬冷典型地区——昆山市密集城区为例，采用定量和定性研究相结合的方法，通过引入遥感反演、计算流体动力学模拟等数字方法，基于对社区冬、夏小气候特征的综合评价，识别现状绿地生态网络在气候调节上存在的低效问题，并提出针对性优化策略，以提升其气候调节服务效率，为提升城市绿地生态网络生态系统服务综合效能提供新思路。

由于本研究聚焦于绿地生态网络的优化提升，因而在问题识别与修复策略中主要关注绿地生态网络内因下垫面性质而引起的气候调节低效问题。而在实际气候适应规划实践中，绿地生态网络周边用地的管控同样对促进气候调节效应起到积极作用，例如紧邻廊道的地块应以低层或小尺度建筑为主，建筑之间应保持适当距离[31]。同时，在街区冬夏季小气候特征识别中，本研究受限于遥感反演对影像的要求，仅各选取了一个有清晰影像的典型日进行遥感反演，虽所选典型日气象数据尽量接近冬、夏季平均值，但所得评价及特征聚类结果仍可能与实际情况有一定出入。后续研究中，将进一步基于长时序遥感反演及微气候数值模拟，对街区冬、夏季小气候特征及协同优化策略的长期性与季节性作用进行探究。

注：文中图表均由作者绘制。

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基金资助:国家自然科学基金面上项目“基于多重价值协同的城市绿地空间格局优化机制:

文章来源:王敏,潘文钰.基于街区小气候环境冬夏协同优化的城市绿地生态网络精准修复[J].园林,2024,41(01):28-37.