规划问道本刊“学术动态（Planning Reviews）”栏目，推介国内外学术书籍和文献报告、关注国际研究动态和前沿热点、分享规划案例研究。本期“城乡可持续发展”专栏，向大家推介1篇关于绿色基础设施尺度研究的文献。
（专栏编辑：干靓，同济大学建筑与城市规划学院副教授）
来源：MIKHAIL V , VIACHESLAV V , YURY D , et al.Does size matter? modelling the cooling effect of green infrastructures in a megacity during a heat wave.[J].The Science of the Total Environment, 2023, 902:165966-165966.
21世纪全球变暖现象增加了人们对极端高温和相关公共卫生风险的担忧。研究证明，热浪会扩大城市热岛效应造成城市内居民热应激（heat stress） 甚至提高温致死率（heat-related mortality）。减轻热应激和降低城市热岛效应正成为城乡规划领域关注的问题。城市绿色基础设施（urban green infrastructure,UGI） 作为一种基于自然的解决方案，在城市降温、应对气候变化等方面的功效已被广泛认可。既往研究证明UGI的降温效果取决于绿色空间的尺度、位置和几何形状，但这些要素对UCI降温效果的影响程度和内在联系仍未得出清晰结论。特别是在极端的热浪条件下，降低温度和削弱城市热岛效应的最佳UGI尺度尚无定论。本研究通过中尺度气候模式的数值模拟，对特大城市莫斯科不同尺度类型的UGI在极端热浪条件下的降温效果进行全面调查，重点探究三方面问题：①UGI尺度与降温效果之间的关系；②UGI的影响范围与UGI尺度之间的关系；③提升市民的热舒适程度的最佳UGI尺度。
本研究的创新之处在于：
（1） 极端热浪条件的超精细中尺度气候模式数值模拟：研究采用超精细（250m 分辨率） 的中尺度模拟，全面和详细地分析UGI的降温效果。这种较微观模式的中尺度模式可以更好的展示UGI对局部和非局部影响。对极端热浪条件的关注也有利于阐明UGI在极端条件下的降温效果，便于制定切实有效的降温政策。
（2） 探究UGI降温效果与UGI尺度间的联系：研究不同UGI尺度类别的单位面积制冷效率，为不同尺度UGI对城市热环境的影响程度提供了有价值的见解。
（3） 明确UGI对城市居民的影响：对比多尺度UGI对城市居民的影响，通过定量分析UGI对人们生活和工作的热环境的贡献，展现出小尺度UGI的重要性。
研究首先对使用COSMO气象模式的超高分辨率城市数值拟过程进行说明。描述识别和分类UGI斑块的方法、模型相关参数计算和导出过程以及用于评估UGI降温效果的度量指标。
识别和分类UGI 方面，研究创建嵌套域D1-D3，格网尺度设置为3km(240 × 240网格单元)、1km(240× 240网格单元)和250m(600 × 600网格单元)，以便评估UGI 对局部与非局部地区的影响。使用ESAWorldCover 数据集的土地覆盖数据（分辨率为10m），识别莫斯科的UGI斑块。土地覆盖数据二值重分类为绿色/非绿色要素，城市树木、灌木、草地和裸土等绿色要素赋值为1，其余水体、密封表面（sealed surface）等非绿色要素赋值为0。应用基于R语言的景观指标集合工具包——景观计量学（landscapemetrics）划定单独的绿色斑块并计算斑块指标（面积及周长等）。识别完成的UGI斑块根据尺度分类为四种尺度类别(S、M、L和XL)。
模型相关参数设置及导出方面， 基于ESA WorldCover 数据集、Copernicus Global Landcover（CGLC）、Open Street Map(OMP)、莫斯科当地气候带的栅格图等数据，结合COSMO 和TERRA_URB 算法，构建具有城市土地覆盖和UGI 真实情况的模拟情景(CTRL情景)和UGI对象被移除(即被建成区取代)的无GI湮灭情景(no GI annihilation approach)，并分别导出相关的城市描述参数数据集。CTRL情景下的城市描述参数数据集主要包括：城市树冠覆盖面积比例、不透水面积比例、植被覆盖面积比例、建筑物面积比例、建筑物高度、街谷高宽比率（H/W比率）。四种无GI湮灭情景——无S（小） 尺度UGI、无M （中） 尺度UGI、无L （大） 尺度UGI、无XL （特大） 尺度UGI下的城市描述参数数据集主要包括：不透水面积与城市冠层覆盖面积的比值、建筑面积与城市冠层覆盖面积的比值、建筑面积与不透水面积的比值、平均建筑高度、一幢建筑物的平均面积等。该些参数对研究网络单元的相关情况进行定义。
评估UGI降温效果的度量方面，研究分析在标准高度为2 m, T(温度)的空气温度下UGI产生的降温效果。使用平均温差（mean temperature） 和加权平均温差（weighted mean temperature） 表示UGI空间内的局部降温、其附近的非局部降温及城市规模的降温效果。
随后，对2021年莫斯科夏季热浪期间UGI尺度与降温效果之间的关系的分析结果进行说明。研究发现：UGI冷却效率随着UGI面积的增加呈对数增长，大尺度UGI局部降温效果最强。COMSO模型模拟结果证明莫斯科UGI在热浪期间具有强大的降温效果，大尺度UGI比小尺度UGI更能有效地对周围区域进行降温。规模较大的UGI ，特别是那些被归类为XL尺度(大于250 hm2)的UGI，表现出最强的局部降温效果：热浪条件下，平均温度降低1.7°C，最高降低3.4°C。较小的UGI (S尺度)得平均温度仅降低0.5°C，最高降低2°C。XL类的降温效果在绿地内(局部)比S类高23%，在绿地周围缓冲区(非局部)比S类高40-90%，在整个城市比S类高35%。原因在于大型UGI能够更有效地降温，是由于它们具有更强的公园微风效应（park breeze effect），即对气流的影响增加了绿地上的幅散度，促进了冷空气沿气流的扩散，助于冷空气从UGI斑块的中心转移到其外围和更远的边界。但是，UGI大小与城市树冠覆盖面积或建筑面积加权的降温效果之间存在相反的依赖关系，后者可以作为人口密度的代表。即中小型UGI对人们生活和工作的建筑区域的局部降温更有价值。原因在于S和M尺度的UGI斑块与建筑环境的混合程度更高，大尺度UGI斑块影响的建筑环境处于其缓冲区中，由最大的UGI引起的更强的非局部降温不能补偿它们与建筑环境的距离。
最后，论文对研究局限性及研究成果推介进行总结。研究所采用的250m单元并不能完全解决城市中植被和铺砌区域的异质性，因此仍需进一步研究。根据研究结果，建议城市规划师应权衡不同尺度UGI降温效应的价值，合理配置多尺度UGI，以避免城市内绿地分布不均。
（供稿：翟启明, 同济大学建筑与城市规划学院博士研究生）
本文为《城市规划学刊》原创文章
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原文始发于微信公众号（城市规划学刊upforum）：【学术动态】绿色基础设施的尺度重要吗？模拟特大城市夏季热浪期间城市绿色基础设施的降温效果 | 2024年第1期
