018、城市热环境定量分析与生态城市规划研究——以福州市为例

城市热环境定量分析与生态城市规划研究——以福州市为例余婷汪淳赵利民李昊李英汉韩志刚摘要：热环境作为影响城市生态环境的重要要素之一，在逐渐兴起的生态城市规划中，如何处理热环境与生态城市的关系，是生态城市规划需要解决的关键问题之一。

本文以福州市为例，通过对福州市热环境现状的量化分析，寻找影响热环境的主要成因。

在这些影响因素中，有不可控因素和可控因素两类。

对其中可控因素，提出福州市的热环境改善策略。

在福州市的生态城市规划中，根据对现状及存在问题的分析和梳理，提出生态城市规划内容，并梳理出热环境分析与各项规划内容的关系。

一方面规划内容是以热环境分析作为基础依据，制定规划方案；另一方面又从规划角度落实热环境改善策略，从城市全局的角度实现城市热环境改善的目标。

文章总结的热环境分析与规划内容的关系，及热环境改善策略，为其他城市在生态化建设中，如何发现与处理各项规划内容与热环境的关系，以及如何改善城市热环境提供了参考。

关键词：热环境，定量分析，生态城市，规划，福州市引言随着经济的发展，城市面临着越来越突出的资源环境约束。

针对日益严峻形势，党的十八大报告提出把生态文明建设放在突出地位。

在“生态文明建设”发展要求的指导下，全国各地围绕生态文明建设开展了有效的研究和实践探索，生态城市规划逐渐成为规划行业的新热点。

作为影响城市生态环境的重要要素之一的城市热环境，近年随着高速城市化，全球逐渐变暖，也逐渐成为城市规划、全球变化乃至人居环境研究中的重点关注对象[1]。

城市热岛（Urban Heat Island, UHI）是城市热环境特征的直观表现，UHI的空间分布主要利用地表温度（Land Surface Temperature, LST）计算得出。

Weng、Li、Zhou等学者对LST的影响因素进行分析,可看出热岛的形成是一个长期的过程，与城市建设模式、人类行为方式相关[2-4]。

因此，城市热环境问题是生态城市规划中不可忽略的重要研究内容。

本文以热环境特征突出的福州市为例，利用热红外遥感技术获取福州地区的LST，在此基础上，以热环境定量分析为规划准则，以热环境改善为规划目标，梳理生态城市规划各项内容与热环境的关系，在规划方案中落实热环境改善策略。

在规划之初从全局的角度进行统筹考量，提出规划方案，并落实在可实施层面。

1福州市热环境特征提取及分析在2000~2009年高温（气温超过35℃）城市排行榜中，福州市以10年375个高温天位居榜首，热环境情况十分严峻（图1）[5]。

根据徐涵秋的研究成果，福州市1976年城区只有少数零星分布的小热岛，而2006年整个建成区基本沦为热岛区，热岛效应已经从早期的微弱程度发展到相当严重的程度[6]，呈现出极为突出的城市热岛效应。

图1：2000-2009年中国城市高温天数前十位排名[1]图2：1976~2006年福州市热岛情况1.1福州市热环境特征提取使用2010年08月04日福州市Landsat5TM卫星影像反演城市LST（图3），可以看到福州市中心城区LST30 °C以下区域仅占中心城区面积的12%，大于35°C的区域占34.3%。

在建设密集的三环内，去除闽江水域，几乎没有30°C以下区域，而35°C以上区域占三环范围的90%以上，40°C以上区域高达60%（表1）。

将LST转换成人体对热的感知程度，对福州市热环境进行分级评价[7]。

可看到中心城区范围内，人体感知到热或更热的区域占中心城区面积49.74%，其中酷热及炎热地区占27.18%。

三环内除去闽江，几乎全部处于人体舒适度较低的状态，炎热酷热地区占84%左右，其中酷热地区更是高达近60%（表2）。

图3：中心城区2010年8月4日LST表1：福州市2010年8月4日LST分布比例（℃）占中心城区用地比例（%）三环内用地比例（< 30 12.030 - 35 53.735 - 40 20.6> 40 13.7计100.0图4：福州市中心城区热环境指数分级表2：福州市热环境指数分布比例1.2福州市热环境成因分析城市热环境影响因素可从城市、街区、甚至建筑单体各种尺度进行分析[8]，通过对福州的分析，发现除了城市所处的盆地环境以及闽江沿岸建筑影响外[9]，影响福州热环境的主要因素还有城市下垫面、用地类型和城市人口密度等方面。

1.2.1城市下垫面与热环境的关系城市下垫面即大气底部与地表的接触面，随着城市建设，城市内大量人工构筑物如铺装地面、各种建筑墙面等，改变了下垫面的热属性。

城市地表含水量少，热量更多地以显热形式进入空气中，导致空气升温。

为了深入分析下垫面与城市热岛的量化关系，将城市下垫面分为不透水表面和透水表面，其中透水表面又分为植被和水体。

发现不透水表面与LST 呈指数正相关关系[6]，见图5，表明随着不透水面指数的升高，LST 也急剧上升。

而LST 与植被呈线性负相关，即植被指数越高，LST 越低。

LST 与水体的关系，和植被一样呈线性负相关，即水体指数越高，LST 越低。

(a) （b ） （c ）图 5：(a)不透水指数与LST 的关系，(b) 植被指数与LST 的关系，(c) 水体指数与LST 的关系大量研究表明植被与水体的综合降温幅度，都不足以抵消同量不透水表面的升温幅度。

植被和水体指数各增加0.1，综合降温0.904℃；而不透水面指数增加0.1，温度升高0.975℃，不透水面对地温的影响超过植被与水体之和[6]。

因此要改善热环境，不光要增加绿地和水体，减少不透水面更加重要。

1.2.2用地类型与热环境的关系对福州市现状各类用地平均LST进行对比，工业用地地温普遍高于其他用地，其次是物流用地、商业用地、交通用地、三类居住等。

图6：福州市现状用地类型平均温度对比进一步分析上述LST较高地类在福州市目前的占量，提取高温区内用地现状进行统计，占地面积较多的为高层居住及棚户区，约占43%，工业用地占36%，此外商业用地在高温区中比例也较高，图7。

图7：高温区内各类用地分布比例综合以上分析，可知三类居住（主要是棚户区）、工业区LST普遍高于其他地类，且这两类用地在福州市用地比重中较高，是重点治理的地类。

1.2.3人口密度与热岛效应热岛效应影响因素众多，以上分析了下垫面与热岛的关系，将下垫面信息进一步细化，如城市布局、用地类型等都对热岛有或多或少的影响，而这些因素的载体都是人，是人的空间行为导致城市有了不同的功能布局。

人作为城市主要的活动主体，也是热量排放的一个主要源头，人类每天的衣食住行都在进行大量的热排放。

将福州市人口密度数据与LST数据进行回归分析，发现两者呈现幂函数正相关（图8），即人口越密集，LST越高。

对人口处于0~20000人/km2的数据进行局部放大分析，可发现，当人口密度从7000人/km2变化至8000人/km2时，温度增长速度变缓，而当人口密度大于12000人/km2时，这种增长趋势更加平缓（图9，表3）。

这说明，在人口稀疏地区，随着人口密度不断增长，LST以较快速度升高，一旦达到一定的人口聚集度后，地表增温速度变缓。

而形成较大的人口聚集度后，人口密度的增长对LST作用效果变得较为不明显，此时，影响LST的主因可能是其他因素。

图8：人口密度与LST的关系图9：人口密度与LST局部放大图表3：人口密度与LST增长关系2城市热环境改善策略2.1提倡低冲击开发，减少不透水表面，优化绿地系统结构，因地制宜增设水面在前文分析中可看出，不透水面不断增多，自然生态表面不断减少是城市热岛形成的首要贡献因子。

因此减少不透水表面，增加植被和水体是减缓热岛效应的关键措施。

低冲击开发是一种城市与自然和谐相处的城市开发模式，其核心思想是在城市建设过程中，采取各种手段减轻城市建设对生态环境的冲击和破坏，保持和恢复自然生态。

低冲击开发模式可延伸至城市建设的各个方面，如资源利用、产业发展、生活模式、市政建设等等，而在空间表现形式上，最为直观的就是下垫面性质的不同。

低冲击开发模式最初提出的领域是城市雨洪管理，所提倡的就是自然原生态的透水地表，要尽量减少硬化的不透水表面。

因此我们提倡低冲击开发，并针对城市几大高温功能区，提出了不透水率改善的建议，如对工业区的无污染区域路面，可采用透水材质，详细见图10。

在减少不透水表面的同时，加强城市绿化也是非常必要的。

研究表明，当一个区域的绿化覆盖率达到30%时，热岛强度明显减弱；城市森林覆盖率每增加10%，气温降低的理论最高值为2.16%，当覆盖率达到50%时，气温降低的理论最高值可达13%。

因此在城市规划中，应增加城市绿地的比重，使其覆盖率达到30%~50%[4]。

但城市不同的绿化形式所达到的改善热环境的效果不同，为了提高城市绿地的热环境改善效果，可根据不同下垫面进行针对性的植被规划。

如针对工业区排热大的特点，可沿道路、给热管道以及热源厂区的屋顶、墙壁、地面构建多层次立体植被覆盖盖层。

详见图10。

在上节分析中看到，水体也是减缓城市热岛的一大法宝。

福州目前有107条内河水系，除此之外还有穿城而过的闽江和乌龙江，是个水网体系丰富的区域。

可充分利用水系资源来缓解城市热岛。

回顾福州城的发展，是一个海退城进，山水城演变的过程，到清代形成了六大内河水系。

但随着城市建设，一些内河和周边的池塘被填埋，规模较大的有大航河和东湖。

新版绿地系统规划中，已规划恢复东湖并结合建设绿地公园，这一规划对缓解城市热岛起到了积极作用。

除此之外，福州市可结合现状条件，恢复一些水系功能，并因地制宜地增设水面，营造城市降温廊道及斑块。

图10：城市下垫面改善策略2.2分区分类治理，重点治理地温高且占地比例高的地类在热环境成因分析中可知工业用地、商业用地、三类居住及二类居住用地LST较高，且在高温区内所占比例也高，是热岛治理的重点地类斑块。

而单看各区情况，还存在一定差别，针对各区问题推进治理重点。

鼓楼区高温地类占比较多的是二类居住、商业用地和三类居住；台江区是二类居住、三类居住、二类工业区和商业用地；晋安区主要是一类工业和三类居住；仓山区主要是三类居住、二类工业和二类居住；马尾区主要是工业区和三类居住；闽侯主要是三类工业和三类居住（图11）。

明确了重点治理的地类后，进一步在空间上进行落实。

对各行政区划内的社区求取平均温度，提取出其中高于42°C的社区，这些社区所在区域基本属于热岛所在地，是需要整治的社区（表4）。

其中仓山区和晋安区因工业用地较多，高温社区数量明显高于其他区，是重点整治区域（图12）。

图11：各区高温地类分布表4：各区治理重点地类及社区统计2.3选择多中心用地混合的城市发展模式，疏解老城区人口通过相关分析，可知多中心的城市发展模式有利用城市整体能耗的降低[4]。