Wu, Y., Patuano, A., Mashhoodi, B., Lenzholzer, S., Acred, A., & Zertuche, L. N. (2024). How small green spaces cool urban neighbourhoods: Optimising distribution, size and shape.Landscape and Urban Planning,253, 105224.https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2024.105224
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选择了四种代表不同城市形态的社区类型（T1-T4）。对于每种类型，根据小型绿地的大小、形状和分布生成了八种设计方案（S1-S8） 使用 ENVI-met 模拟了不同方案的热感觉，并针对每种社区类型运行了无绿地基准案例的模拟，以便进行比较。 针对每种方案计算了绿地内外空间的热感觉（以生理等效温度 (PET) 表示），并得出了公园冷岛 (PCI) 效应。然后对四种社区类型的设计方案的降温性能进行了排名。
在小型绿地内，不同情况下的平均生理等效温度 (PET) 可相差高达 4 ℃。 形状为方形的较大绿地可使内部的 PET 更凉爽。 为了在绿地外部获得良好的冷却，分组的小绿地配置可以将 PET 降低 1.3 ℃，其中绿地的分布是影响最大的因素。 PCI 效果主要由绿地的大小和形状决定，其中尺寸越大、形状越方形，冷却效果越好。 但对于有放射状街道的街区，这更多地与空间分布有关，这可使狭窄街道旁的线性绿地的 PCI 降低 10.2 ℃。
引言：
小型绿地作为城市降温的干预措施
绿地被认为是通过蒸散和遮荫实现的最有效的局部降温解决方案之一。
在城市中嵌入更多小型绿色空间得到了更多的关注。
在考虑小型绿地的降温效果时，研究尚未达成共识。小型绿地的降温效果可能有所不同，其根本原因有待探索。
空间分布、大小、形状和周围形态
影响小型绿地降温效果的主要因素包括城市绿地的空间分布、绿地规模、形状以及周围城市形态。然而各个研究的结果存在差异。
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空间分布：Asgarian等（2015）指出斑块分散越均匀，研究区域的地表温度（LST）越低；而Zhang等（2017）指出聚集的绿地会改善邻近区域的降温，而分散的绿地则会增强更大范围的降温。此外，相邻公园的降温效果可能会相互影响，使温度估算变得复杂（Lin等，2015）。因此，考虑到前期研究的不一致性和数量较少，小绿地的空间组合仍需探索。
规模：一些在亚洲和欧洲温带、地中海或亚热带气候区城市的研究表明，有效规模（效率阈值）为 0.5–0.96 公顷。然而，在同一地区，其他研究表明，2 公顷以下的绿地没有降温效果，甚至可能比周围地区更温暖。因此，在这些情况下，多大规模的小绿地最有效仍不确定。
形状：多数研究认为方形或圆形绿地降温效应更强，降温面积更大；不规则形和带状公园的公园冷岛强度较低。但也有研究表明，不规则形状由于包含更多远离斑块边缘的核心区域，降温效应更明显。因此，不同背景下绿地形状与降温效应的关系可能不同，并且与大小、聚集性等其他因素的协同作用有关。
周围城市形态：要分析城市形态的影响，必须考虑地理区域、城市街区配置和街道模式。鉴于西欧与热浪相关的死亡率不断上升（Rousi 等人，2022 年），必须关注该地区气候温和的城市。Wu等人（2022 年）分析了易受高温影响的西欧街区的街道峡谷方向和高宽比、街道总长度、建筑街区的建筑面积比和形状因素的组合，确定了四种最容易遭受热应力的类型。这些类型可用于探索特定的周围形态如何影响小型绿地的降温潜力。
分布、大小、形状和周围形态等参数会影响小型绿地的降温效果，但它们的协同影响仍不清楚。例如，线性绿地（成组分布）与方形绿地（分散分布）的降温效果比较尚未得到很好的研究。因此，开发和分析结合这些参数的设计方案势在必行。
为了从空间上了解不同场景的降温效果，先前的研究大多使用公园冷岛 (PCI) 效应指标。PCI 效应测量绿地内外缓冲区之间的温差。高 PCI 效应通常表示绿地比周围环境凉爽。然而，这并不一定意味着绿地能更有效地冷却周围环境；它也可能表明周围地区较温暖。因此，在关注 PCI 效应之前，必须分别了解不同设计场景之间的内部降温差异以及这些场景之间的外部降温差异。这一探索将使人们更深入地了解小型绿地在城市社区中提供的热效益。
社区小绿地设计场景
位于欧洲温带气候城市的易热地区的四种街区类型（T1、T2、T3 和 T4）被用来代表不同的街区形态。它们是基于对 656 个街区的聚类分析而开发的，考虑了街道朝向、街道高宽比、街区形状、街区容积率等不同的形态组合（Wu 等，2022 年）。
在这四种类型中，每个建筑街区都是一个庭院，高度为 20 米，尺寸为 72 x 50 米。类型之间的差异由每个特定 H/W 比和街道朝向所占街道面积的百分比定义。
H/W 比有三种变化：H/W=0.83、H/W=1.25、H/W=2.5。虽然高度始终为 20 米，但街道宽度分别为 24 米、16 米和 8 米。主干道是街区中心最宽的街道，次要街道是主干道周围第二宽的街道。
从现有研究中选择了最有效的植被类型，以最大程度地发挥降温潜力。由于树冠高、形状圆柱的大树已被证明能有效降温，建议树木高 25 米，树冠高 12 米，形状圆柱形。草坪和地被植物的标准是 25 厘米高的草。
为了增强指南的适用性，我们没有指定物种，而是建立了一个通用的树和草模型。
关于植被配置，草地总面积设定为 1 公顷，代表小型绿地。为了解不同大小、形状和分布的降温效果，所有场景都涉及布置四个相同的 2500 平方米绿地，每个设计场景中总面积为 1 公顷。对于每个 2500 平方米的绿地，树木在周边提供遮荫，在中心留出开放区域供居民进行户外活动。这种配置是与城市设计师协商后制定的，通常用于小型绿地。每棵树的间距等于树冠大小，这已被证明有利于降温。因此，每个场景都包含 48 棵树以最大限度地提高降温效果。在与城市设计师合作的基础上，我们制定了八种针对小型绿地的大小、形状和分布的设计场景（S1-S8）。在本研究中，使用形状指数表示绿地的形状。值 1.13 表示绿地为正方形。随着值的增加，绿地变得更加线性。
由于每种社区类型都有 8 种设计方案，而社区类型有 4 种，因此总共有 32 个绿化案例。这些案例与没有绿化的 4 个 S0 进行了比较。因此，模拟了 36 个案例。这些类型的虚拟抽象表示用作插入 8 种不同设计方案（S1-S8）的环境。
模拟方法：
为了生成具有代表性的热浪日的天气概况，我们使用了 2002 年至 2021 年德比尔特、伦敦和巴黎气象站的数据，重点关注气候温和、社区类型易热的欧洲城市，这些城市分别是阿姆斯特丹、伦敦和巴黎。根据这三个城市的气象机构的说法，热浪日的定义是最高日气温超过 30 °C。德比尔特有 69 天这样的热浪日，伦敦有 83 天，巴黎有 206 天。利用这些数据，确定了典型热浪日的天气条件，并将其用作模拟的输入。热浪日期间盛行风向为东风，风速为 3 米/秒。详细天气数据和风概况见图S1和表S1。
在本研究中采用生理等效温度（PET）来量化行人层面的热环境。对于西欧人来说，高 PET（>41°C）表示感觉“非常热”，而中等 PET（18-23°C）表示“舒适”的状态(Matzarakis et al., 1999)。PET 是使用 ENVI-met 模块 Biomet 计算的，高度为离地面 1.5 米，代表典型的行人体验。重点关注 13:00 至 15:00 之间的 PET，这是一天中最热的时段，此时降温干预措施最有效。时间序列中的 PET 差异如图S2所示。
周围区域热感觉分析
计算了三个基于热感觉的指标：内部PET in、外部ΔPET out和公园冷岛（PCI）。
“内部”是指小型绿地内的平均 PET，用于测量在这些区域内直接体验到的热感觉。“外部”指标通过计算有绿地和没有绿地的绿地外街道的平均 PET 之间的差异来衡量绿地对周围社区的影响。这种方法确保比较不受不同环境因素的影响，从而可以清楚地了解增加绿地如何影响周围地区的热舒适度。“ PCI ”量化了绿地内部和外部的平均 PET 差异。
还使用了 MRT、Ta 和 WS 的局部值（每个值都会影响 PET），以更好地了解场景内和场景之间的热环境变化。我们的模拟结果表明，社区绿地的降温效果延伸至 350 米。因此，只有中心 350 米 x 350 米区域（高度为 1.5 米）是分析的重点。所有空间分析均在 ArcGIS Pro 3.1 中进行并可视化。
进行了单因素方差分析 (ANOVA)，以确定不同设计方案的制冷效果之间是否存在显著差异。
Tukey 的 HSD 事后检验确定了存在显著差异的特定设计方案对。所有统计分析均使用 R 4.3.1 进行并可视化。
为每种社区类型建立了分层制冷排名，根据 PET 值的增加，将方案从最有效到最无效排列。对于每种社区类型，针对内部、外部和 PCI 指标建立了三个不同的排名。评分机制为最高排名授予 8 分，第八名降低到 1 分。设计指南中制冷效率的最终排名是通过汇总每个排名的分数以得出累积分数来确定的。
研究结果：
不同绿化设计方案观察到的降温效果因不同的街区类型而异。
根据单因素方差分析结果，不同设计方案和不同街区类型之间的降温效果存在显著差异。
小绿地内的热感觉影响
一般来说，较大的方形绿地，尤其是在东北-西南和西北-东南街道狭窄的街区，或与东西向狭窄街道对齐的线性绿地，有利于在绿地内产生较凉爽的局部小气候。
小绿地外的热感觉影响
显示由于增加绿化而导致 PET 减少（比较有绿化和没有绿化的每个设计场景）。PET 变化的负值以蓝色表示。该图表明，用绿地取代建筑物会持续降低街区温度，突出表明绿地比单独的建筑物提供更有效的冷却。它还显示了冷却效果如何扩展到绿地之外的空间模式。
小型绿地的空间分布和周围形态是影响其为周边地区降温能力的最重要因素。最有效的降温发生在聚集在一起并靠近宽阔街道的小型绿地上。
公园周边的冷岛效应
对于具有规则街道网格的街区，当小绿地呈方形并聚集在一起时，PCI 效应更强。 然而，对于具有放射状街道的街区，当绿地紧邻狭窄街道时，PCI 效应更强。宽阔街道覆盖率较高的街区（街道 H/W 比较低）具有更强的 PCI 效应。
讨论
绿地设计参数和社区类型对降温效果的影响
我们的结果表明，对于绿地内部的降温效果，大小是影响最大的参数，其次是形状和空间分布；对于外部，空间分布影响最大，而大小和形状的影响没有明显差异。对于 PCI，其顺序与绿地内部降温的排序相似。这种相似性可以归因于绿地外部的温度变化比内部小得多。因此，PCI 主要由绿地内的 PET 决定。虽然许多先前的研究使用 PCI 来分析（大多是大型）绿地的降温效果，但我们的研究表明，当以小型绿地为研究目标时，应关注绿地内外的降温效果，而不是 PCI。
社区类型
拥有西北-东南和东北-西南街道的街区通常更凉爽。这是因为在一天中最热的时段，太阳角度与建筑物垂直，导致大部分绿地区域被遮蔽。然而，对于线性绿地，当它们的方向与风向平行时，在拥有 NS 和 EW 街道的街区中它们会更凉爽。这与之前的研究一致，表明与风向平行的植物会增强蒸散作用，从而降低空气温度。
树荫与建筑物遮荫重叠时，降温效果会降低。也强调了建筑物遮阳在降低白天温度方面的重要性。由于原始 PET 相对较低，因此降低了绿地的潜在降温效益。放射状宽阔的街道有利于更有效地将冷却扩散到周边区域。
设计指南
原创性：
较高的 PCI 可能表示绿地内有一个凉爽的避难所，但不会对更广泛的社区产生重大影响； 绿地内部冷却和 PCI 效应遵循类似的趋势，构成类似的局部冷却措施； 绿地外部的冷却提供了一个单独的指标，显示了小型绿地将冷却延伸到其边界之外并与周围城市形态互动的潜力。
结论
本研究旨在制定优化小型绿地以实现城市降温的指导方针。研究使用 ENVI-met 微气候模拟了 32 个设计场景，这些场景的绿地大小、形状和空间分布各不相同，涉及四种一般社区类型。具体而言，研究探讨了绿地大小、形状和分布对热舒适度的影响：1）绿地内部，2）绿地外部，3）考虑公园冷岛 (PCI) 效应。
1）绿地内的热感：由于集聚效应，面积较大的方形绿地可提供更凉爽的局部 PET。与盛行风方向一致的线性公园也能有效降温，尤其是在建筑物遮荫的情况下。大小是影响最大的因素，其次是形状，然后是分布。在 32 个模拟中，绿化和城市形态的多样性在最热和最冷的情景之间产生了 4 °C 的差异。
2）绿地外的热感：绿地外的降温效果更多地与空间分布有关，而不是大小或形状。成群的绿地或毗邻宽阔街道的大型绿地能提供更多的降温效果。绿地能更有效地为街道较宽的街区降温。将绿地与无绿地进行比较，空间平均 PET 最大减幅为 1.3 °C。
3）PCI 效应： PCI 效应与绿地内的 PET 结果一致，方形和分组绿地表现出更强的 PCI 效应。绿地相对于城市环境的位置导致不同社区类型的差异。分散的小绿地通常效果较差，除非有良好的遮荫和避风。观察到的 PCI 效应范围为 −3.1 °C 至 −10.2 °C。
小型绿地在白天对城市降温很有效，但其效果取决于设计和社区形态。针对社区的指导方针对于最大限度地提高降温效益至关重要。本研究提供了一个新颖的框架，用于制定城市社区小型绿地的设计指南，涉及绿地的空间分布、大小和形状等关键的城市设计方面。
