背景

在快速城市化、全球变暖、热浪频率和强度不断增加的背景下，城市地区植被的缺乏导致了城市热岛的形成，显著增加了居民的热应激反应，也增加了疾病发生率和死亡率，相关部门考虑了多种策略和方法来应对城市热岛效应。主要包括：合理布局城市空间，最大限度地减少热增益，并通过加强城市通风释放热量；通过提高能源效率和减少车辆使用减少人为热量的产生；通过增加建筑材料和表面（尤其是屋顶）的反射率来减少短波和长波吸收；拓展湖泊河流等蓝色空间；通过城市绿化蒸腾作用促进降温。事实上，加强城市绿化建设，包括公园绿地扩建、屋顶绿化和垂直绿化——已被视为有效缓解城市热岛的重要策略。同时，在碳储存、植物修复、改善空气质量，促进生物多样性方面也提供了多样的生态系统服务功能。

城市绿化通过地面绿化（公园绿地）和建筑物绿化（屋顶和墙壁绿化）实现遮荫和蒸腾，从而降低城市环境温度。地面上的绿色植物可将表面峰值温度降低2–9℃，而屋顶绿化和垂直绿化可将表面温度降低约17℃，还可为建筑提供额外的隔热效果。然而，由于城市建设模式、公园形状大小、植物种类组合的不同，降温能力存在显著差异。因此，城市规划者必须结合实际优化设计，最大限度地发挥城市绿化缓解城市热岛的作用。

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城市绿化降温的主要机制

植物遮荫是降低城市小气候温度最直接和有效的手段。根据树冠的冠幅和密度，植物能够拦截70–90%的太阳辐射，而落叶树在冬季叶片数量大幅减少时仍然能够拦截50%太阳辐射。短波和长波辐射的减少，使建筑物、道路和人行道等表面大幅降温，进而降低周围空间的平均气温。

植被蒸腾将液态水转化为水蒸气，使显热变为潜热。与由于没有水而发生显热增益的不透水城市环境相比，蒸腾降温效应提供了降低周围景观环境温度的重要功能。显热增益的减少也会降低植物冠层表面温度，减少向周围环境的长波辐射。

绿色植物可以提高高度城市化环境的反射率。人工建筑物的反射率从0.1到0.2不等，而植物的反射率可以接近0.3。但鉴于植物的反射率值范围有限，由反射率变化产生的降温效果低于提供遮荫和蒸腾降温效果。

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公园绿地的降温效果研究

城市公园绿地提供了缓解城市热岛效应的有效方式。植被冠层提供的遮荫可以阻挡短波和长波辐射，同时还能促进蒸腾降温。对于大型城市公园，还可以最大限度地减少城市人为热源。通过这些因素的组合，公园绿地提供了一种降低城市热岛强度的有效方法，通过对不同气候带的24项分析研究表明，城市公园绿地使空气温度平均降温为0.94℃，其中，长春降温达到4.52℃，名古屋降温达到6.82℃。通过对跨越不同地理区域的30项研究表明，城市公园绿地可使空气温度平均降低约3℃，范围为2-4℃。

在评估城市表面温度（而非空气温度）时，公园绿地的降温效果更为明显，主要因为与空气相比，固体表面的导热性更好。通过遥感降温估算，平均表面温度降低了4.2℃，范围为1.9-6.7℃，而现场测量显示平均表面温度降低了14℃，范围为9.2–19℃。

季节气候对降温效果的影响

公园绿地的降温效果受早晚和季节周期的影响。公园绿地相关的最大温度降低往往发生在白天。在香港，白天一个城市公园比周围环境温度低8℃，而在夜间则只有2℃。这种时间差异可归因于持续的日温度梯度；白天，直接暴露在太阳辐射下会在公园绿地和城市空间之间产生巨大差异，但到了傍晚，热量会以长波辐射的形式释放回城市环境中，从而最大限度地减少城市与周边区域的差异。

降温效果的变化在不同季节也非常明显，在夏季达到峰值。在名古屋，与公园相关的降温夏季（1.9℃）比冬季（0.3℃）明显得多。这些差异是由于遮荫效果和蒸腾量的明显差异产生，在秋季和冬季，当树木落叶和树冠覆盖减少时，蒸腾量会急剧减少。

虽然降温幅度在不同季节有所不同，但降温幅度不同与特定的气候区域没有明显的相关性。实验证明，在热带、亚热带和温带气候，以及湿润和干旱地区，地面上的公园绿地都可以有效地提供有效降温。

公园绿地大小和形状对降温效果的影响

较大公园绿地具有更明显的降温效果。例如，在苏州，小面积（4ha）公园绿地的平均降温效果为1.75℃，中等面积（4-10ha）公园绿地的平均降温效果为2.66℃，而大面积公园绿地（10ha）的平均降温效果为3.32℃；在福州，最有效的降温发生在公园绿地大小为约4.5ha时，而在台北、莱比锡和重庆的有效降温分别发生在公园大绿地大小为为3ha、5.6ha和14ha时。相关研究中公园绿地规模的效率阈值（TVoE）提供了公园绿地规模降温的指示值。TVoE规模在哥本哈根和罗马等温带城市为0.5ha到0.69ha不等，亚洲热带城市的0.6ha到0.95ha不等。可见公园规模降温效益也受到城市布局的限制和影响。

较小公园绿地的降温效果往往是矛盾的。与大型公绿地相比，小型公园绿地也有一定降温效果。但受城市布局结构和盛行风条件影响更为明显，如果条件不适宜，这样的小空间往往更容易受到城市和人为影响。台北61个小公园中，有14个公园的平均温度比周围环境高0.42℃，在墨尔本，当天早些时候气温也升高了0.2℃。对于面积超过ha的大型公园，降温效果可能会延伸到公园外围几百米之外，而小型绿地（小于0.1ha）的降温效果甚至可能不会延伸到公园边界之外。

公园绿地形状也会影响降温效果。方形或圆形等规则形状的公园绿地具有更高的降温效率，随着形状变得更复杂，降温效率会下降。此外，当公园绿地为多边形（圆形或正多边形）时，公园的降温效率最高，而狭长带状的公园绿地则效率较低。这种差异部分可以归因于公园形状对植物选择的影响。带状公园往往由相同的树种组成，通常缺少较小的树木和灌木。因此容易受到来自绿地以外区域的热量影响，整体降温幅度较小。相比之下，多边形绿地往往通过小树和灌木更有效地捕捉降温空气，从而保持更大的温差。

公园绿地对周围空间的降温效果影响

公园绿地产生的凉爽空气能够影响到周围环境并降低温度，从而缓解城市热岛。在北京，30个城市公园的降温效果范围为2.3℃至4.8℃，并延伸到公园外35-m，影响距离取决于公园的大小和周围环境的特征。建筑密度高的区域可能会阻碍空气流动，阻碍公园与周围环境的冷空气交换。在伦敦，公园相关的降温在距离绿地m的地方很明显，降温距离再次与绿地面积成线性比例，但也与树冠延伸成线性比例有关。在强风条件下，降温效果会增加，因此通风条件很重要。

因此，尽管降温的空间范围有很大的差异，但很明显，绿地不仅能在公园内提供降温，还能在公园绿地以外提供降温，通过在城市区域以大于1ha的规模，小于1km的距离合理布局，可以有效发挥公园绿地对周边区域的降温效果。

公园植物的选择和布置对降温效果的影响

植物的选择和布置对与公园相关的降温起着基础性作用。与灌木和草坪相比，树木具有更大的冠幅，因此提供了更大的降温效果。德国的现场测量，树木下的平均辐射温度降低了39.1℃，而草原上的平均辐射温度仅降低了7.5℃。

然而，由于树冠和叶面积等不同的植物特性，树木本身的降温效果存在显著差异，这两者都会影响遮荫。根据叶面积指数（LAI）估算的冠层覆盖率与温度降低正相关；树冠越大，降温越明显。树冠茂密、覆盖面积大的树种，是改善城市小气候的理想选择。

考虑到植被和建筑物对城市小气候的影响，还必须考虑它们之间的相互作用。当树木的阴影与建筑物的阴影重叠时，树木的阴影在降低温度方面就变得不那么有效。树木或灌木的放置也会影响整体通风，模型模拟表明，由于密集植被的存在，污染物浓度会增加40%。

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建筑绿化的降温效果研究

根据研究表明，屋顶绿化可将峰值气温降低约3℃（范围为1.5-4.1℃），将峰值表面温度平均降低约17℃（范围为11-22.4℃）。同样，垂直绿化能够将峰值空气温度平均降低约3℃（范围为2-4℃），将峰值表面温度平均降低约16℃（范围为10.7-18.8℃）。但这些系统内部存在影响降温的显著差异。

季节气候对降温效果的影响

通常情况下，屋顶绿化和垂直绿化在夏季降温最有效，此时有较高的蒸腾量和树叶密度。地中海气候区（意大利）的屋顶绿化已被证明能在短时间内将表面峰值温度降低20-30℃，但在冬季仅降低10-13℃。对意大利垂直绿化的季节性分析也显示了类似的模式，其中表面温度的降低在夏季达到约6–7℃的峰值，但在冬季仅为3.5℃。因此，建筑表面绿化可以减少夏季的热量增加，减少冬季的热量损失。

除了季节，屋顶绿化和垂直绿化的效果也受到气象条件的显著影响。在晴朗的天气下，降温最有效，在阴天或雨季降温效果会减弱；以香港为例，在晴天、多云和多雨的天气中，屋顶绿化的最大表面温度降温分别为19.8℃、7.74℃和7.85℃。这种气象敏感性源于多云天气期间长波和短波辐射的减少、温度上升的抑制以及降温效率的降低，以及高云量或降雨天气期间蒸腾量的减少。

立体绿化形式对降温效果的影响

屋顶绿化包括花园型和开阔型两类；花园型绿化屋顶的土壤深度较深（＞mm），可以容纳大型灌木或小树，而开阔型绿化屋顶的土壤深度较浅（＜mm），仅限于肉质植物和灌木。因此，花园型系统表现出更大的热吸收和更低的温度波动，研究证明花园型屋顶绿化可以将表面温度降低30℃，也可以在0.3米的高度将空气温度降低4.2℃。相比之下，对于由景天属植物组成的开阔型屋顶绿化进行的分析，温度降低不到2℃。

垂直绿化也包括镶嵌型和攀援型两类。由于下部结构、基质和植物层的不同，镶嵌型系统往往比攀援系统表现出更大的隔热能力。在某些情况下，有接近11℃的差异，在西班牙实测数据，镶嵌系统和攀援系统分别达到了21.5℃和10.7℃的表面降温，节能率达到23%和19%。

在城市环境中，屋顶绿化和垂直绿化的降温能力取决于不同形态因素，例如墙的大小和形状，以及它们周围的条件。如果相邻建筑物已经提供了遮荫，或者缺乏阳光阻碍了蒸腾过程，则植物从遮荫和蒸腾中降温效果可能会受到明显影响。考虑到屋顶绿化通常位于建筑物的高处，被更高的结构遮挡的可能性通常很小。

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对城市绿地规划设计的启示

综上所述，城市绿化在降低城市环境温度方面是十分有效的，公园绿地可将空气和地表温度平均分别降低3℃和7℃，而屋顶绿化和垂直绿化可将表面峰值温度降低约17℃。

公园绿地的应对策略

相关研究表明，城市公园绿地面积0.5-1ha，保证一定规则形状，并以间距不到1km均匀地分布在整个城市，可以最大限度地发挥其降温效果。同时应尽可能多地种植树木，以阻挡直接的太阳辐射。为了使较小的绿地也能提供有效的降温，可以通过模拟工具来对比树木的降温效果。尽管路边树木对降低路面和空气温度影响不显著，但对人类活动影响明显。如果选择有更大树冠的树木，可以在白天沿着人行道提供更多的荫凉。

在伦敦的愿景规划中，城市绿地是“创建健康城市”和“提高城市宜居和韧性”的关键组成部分。规划提出，到年大伦敦一半以上的土地为绿色空间，通过不断完善绿色基础设施，在城市内建设类型多样的可进入公园绿地，可以提高城市应对气候变化和城市热岛的适应能力。

立体绿化的应对策略

在实施屋顶绿化和垂直绿化之前，应进行太阳光照模拟，包括相邻建筑物，以考虑可能的阴影效应。太阳辐射强的建筑墙体适合绿色墙体安装。

镶嵌系统是实心墙的首选，因为它们提供了更好的绝缘性，并在整个垂直绿化中提供了一致的覆盖。攀援系统可用于玻璃幕墙，但设计必须考虑可视、通行和可维护性等因素。设计师可能会选择较小的网格间距，并在每个网格上种植多株攀缘植物，以提供更厚、更一致的覆盖。并选用大叶（高叶面积指数）的植物，如马兜铃，因为与较小叶的植物（如卷柏）相比，它们提供了更多的遮荫，且过度拥挤的风险较小。

新加坡最新的总体规划明确了增加绿化的目标，这些目标得到了诸如景观置换政策和BCA绿色标志计划等立法的支持，该计划鼓励采用空中绿化（屋顶绿化和垂直绿化），重点是植物提供遮荫，以减少城市热岛。通过采用绿地容积率（GnPR）指标对绿化密度进行量化，从而推进立体绿化的建设。

综合应对策略

在考虑城市绿化对于城市热岛的综合影响时，必须明确解决方案的空间尺度。

在城市尺度上，优先改善现有公园的种植形式，而对于新公园绿地的规划，应使用城市空间规划建模工具量化降温强度和降温有效距离。在街区尺度上，街道的尺度空间特征起主要作用，行道树和垂直绿化是最合适的解决方案。在社区尺度上，应确定市民可能因过热而面临高死亡率和高发病率的地区，袖珍公园、小微绿地和垂直绿化是优先考虑的方法。

为了更好地缓解城市热量，建议采用公园绿化种植与垂直绿化和屋顶绿化相结合的方式。

通过对所有表面（包括地面和建筑表面）进行太阳照射模拟，以确定高辐射区域，并优先考虑增加绿化方式。这种增加可能是选择带有大冠幅的树木来遮挡主要的行人通道，或者为暴露在高辐射下的立面指定垂直绿化。因此，应对区域建筑物进行整体建模分析，并使用适当的天气软件来模拟全年的气候条件。一旦确定了脆弱区域，设计师就可以开始选择合适的植物种类或绿化形式。在使用太阳模拟结果进行设计后，建筑师还可以进行迭代模拟研究，以确定其绿化设计方案对热舒适性和节能的影响。这个过程可以重复进行，直到达到预期的结果。城市规划师也应采用类似模拟推演的方式规划公园绿地。通过使公园绿地均匀地分布在整个城市中，并最有效地提高林荫覆盖率，从而实现良好的城市降温效果。

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